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Ziel der Studie: Die akute alkoholinduzierte Fettleber stellt das erste Stadium alkoholischer Leberer-krankungen dar. Bereits eine akute Alkoholintoxikation führt zu einer signifikanten Ak-kumulation von Fett in den Hepatozyten. Trotz verbesserter serologischer und bildge-bender Diagnoseverfahren ist die Leberbiopsie nach wie vor der Goldstandard zur Di-agnose einer Fettleber. Mögliche Komplikationen als invasives Verfahren, Stichproben-fehler sowie eine geringe Sensitivität im Bereich geringgradiger Verfettung sind die größten Nachteile der Leberbiopsie. Ziel dieser Studie war es, mit Hilfe der 1H-Magnetresonzspektroskopie eine akute alkoholinduzierte Fettleber zu diagnostizieren und quantitativ zu beurteilen. Um die Korrelation zwischen spektroskopisch gemesse-nem Leberfettgehalt und histologischer, biochemischer sowie laborchemischer Analyse zu bestimmen, wurde eine alkoholinduzierte Fettleber im Tiermodell verwendet.
Methodik: In 20 Lewis-Ratten wurde eine alkoholische Fettleber mittels gastraler Ethanol-Applikation induziert; 10 Ratten dienten als Kontrolle. Der intrahepatische Fettgehalt wurde mittels 1H-MRS (3.0 T) als prozentuales Verhältnis zwischen Lipid- und Was-ser-Peak berechnet. Fettgehalt sowie Triglyceride wurden nach Entnahme der Leber histologisch und biochemisch (nach FOLCH) bestimmt. Um spezifische Leberenzyme zu untersuchen, wurde Blut aus dem orbitalen Venenplexus entnommen.
Ergebnisse: In allen 20 Tieren konnte nach Ethanolapplikation eine Leberverfettung mittels 1H-MRS nachgewiesen werden. Histologisch zeigten 16 Tiere eine Fettleber. Ebenso zeigte sich nach Ethanolgabe und folgender biochemischer Analyse im Durschnitt eine Erhö-hung des Triglyceridgehalts, welcher einer Leberverfettung entsprach. Es fanden sich statistisch signifikante Korrelationen zwischen der histologisch bestimmten intrahepati-schen Verfettung und dem spektroskopisch gemessenen Fettgehalt (Pearson-Korrelationskoeffizient r = 0.90, p < 0.01) sowie zwischen der biochemischen Analyse nach FOLCH und 1H-MRS (r = 0.97, p < 0.01). Ebenso zeigte sich eine positive signifi-kante Korrelation zwischen spektroskopisch gemessener Leberverfettung und den Le-berparametern AST (r = 0.91, p < 0.05) und ALT (r = 0.84, p < 0.05).
Schlussfolgerung: Es konnte gezeigt werden, dass bereits geringgradige intrahepatische Verfettungen prä-zise quantitativ mittels 3.0 T-Protonen-MR-Spektroskopie darstellbar sind. Somit kann die Methode – bei Beachtung geeigneter Grenzwerte histologischer Messungen – als verlässliche diagnostische Alternative in Betracht gezogen werden. Bereits 48 Stunden nach Alkoholintoxikation ist mittels 1H-MRS eine exakte Differenzierung gesunder und pathologischer Lebern möglich – entscheidend vor allem im Rahmen einer Prätrans-plantationsdiagnostik bei Verdacht auf eine akute Fettleber. Darüber hinaus ist die 1H-MRS anderen bildgebenden Verfahren wie Ultraschall, CT und MRT in der genauen Quantifizierung intrahepatischen Fettgehalts überlegen. Der Einsatz erscheint auch in der Diagnostik und Verlaufskontrolle alkoholischer Lebererkrankungen in Zukunft sinnvoll. Kommende Untersuchung sollten an einem größeren Probandenkollektiv durchgeführt werden, um den Stellewert der 1H-MRS zu unterstreichen.
To overcome poor treatment response of pediatric high-risk acute lymphoblastic leukemia (ALL), novel treatment strategies are required to reactivate programmed cell death in this malignancy. Therefore, we take advantage of using small-molecule antagonists of Inhibitor of apoptosis (IAP) proteins, so called Smac mimetics such as BV6, which are described to overcome apoptosis resistance and thereby sensitize tumor cells for several apoptotic stimuli. To address the question whether redox alterations can sensitize leukemic cells for Smac mimetic-mediated cell death, we interfered with the cellular redox status in different ALL cell lines. Here, we show for the first time that redox alterations, mediated by the glutathione depleting agent Buthioninesulfoximine (BSO), prime ALL cells for BV6-induced apoptosis. Besides ALL cell lines, BV6/BSO cotreatment similarly synergizes in cell death induction in patient-derived primary leukemic samples. In contrast, the combination treatment does not exert any cytotoxicity against peripheral blood lymphocytes (PBLs) or mesenchymal stroma cells (MSCs) from healthy donors, suggesting some tumor selectivity of this treatment. We also identify the underlying molecular mechanism of the novel synergistic drug interaction of BSO and BV6. We demonstrate that both agents act in concert to increase reactive oxygen species (ROS) production, lipid peroxidation and finally apoptotic cell death. Enhanced ROS levels in the combination treatment account for cell death induction, since several ROS scavengers, like NAC, MnTBAP and Trolox attenuate BSO/BV6-induced apoptosis. BSO/BV6-induced ROS can be mainly classified as lipid peroxides, since the vitamin E derivate α-Tocopherol as well as Glutathione peroxidase 4 (GPX4), which both specifically reduce lipid-membrane peroxides, prevent lipid peroxidation, caspase activation and cell death induction. Vice versa, GPX4 knockdown and pharmacological inhibition of GPX4 by RSL3 or Erastin enhance BV6-induced cell death. Importantly, cell death induction critically depends on the formation of a complex consisting of RIP1/FADD/Caspase-8, since all complex components are required for ROS production, lipid peroxidation and cell death induction. Taken together, we demonstrate that BSO and BV6 cooperate to induce ROS production and lipid peroxidation which are eventually required for caspase activation and cell death execution. Collectively, findings of this study indicate that BV6-induced apoptosis is mediated via redox alterations offering promising new treatment strategy to overcome apoptosis resistance in ALL.
Hepatocellular carcinoma (HCC) is the fifth most common malignant tumor and third leading cause of cancer-related death worldwide. Most cases arise as a consequence of underlying liver disease, e.g. developed from chronic hepatitis B or C infectionsalcohol abuse or obesity, and are most often associated with liver cirrhosis. Hypoxiand the hypoxia inducible factors (HIF)-1α and -2α promote tumor progression of HCC, not only affecting tumor cell proliferation and invasion, but also angiogenesis and lymphangiogenesis and thus, increasing the risk of metastasis.
HCC is characterized as one of the most vascularized solid tumors. While HIF-1α and HIF-2α are frequently up-regulated in HCC only HIF-2α is correlated with high patientlethality. HIF-dependent regulation of HCC angiogenesis is controversially discussed.VEGFA, for example, as the most prominent factor inducing tumor angiogenesis represents not only a HIF-1 target, but also a HIF-2 target gene in HCC. This questions whether both isoforms have overlapping functions in regulating the angiogenic switch in HCC.
Besides angiogenesis also tumor-associated lymphangiogenesis significantly influences patient survival in HCC. Lymphatic spread is an important clinical determinant for the prognosis of HCC, but little is known how lymphangiogenesis is controlled in this context. To date, mainly HIF-1α was positively correlated with olymphatic invasion and metastasis in HCC, while a defined role of HIF-2α is missing. Thus, although HIF-1α and HIF-2α are structurally alike and regulate overlapping but not identical sets of target genes, they promote highly divergent outcomes in cancer progression and may even have counteracting roles. The aim of my work was to characterize the specific role of HIF-1α and HIF-2α in the angiogenic switch and lymphangiogenesis induction during HCC development.
Therefore, I created a stable knockdown of HIF-1α and HIF-2α in HepG2 cells and generated cocultures of HepG2 spheroids and embryonic bodies derived from embryonic mouse stem cells as an in vitro tumor model mimicking the cancer microenvironment to analyze which HIF isoform has key regulatory functions in HCC (lymph)angiogenesis. In cocultures with a HIF-2α knockdown angiogenesis was attenuated but lymphangiogenesis increased, while the knockdown of HIF-1α was without effect. Microarray analysis identified plasminogen activator inhibitor 1 (PAI-1)and insulin-like growth factor binding protein 1 (IGFBP1) as HIF-2 target genes.However, prominent angiogenic and lymphangiogenic factors such as VEGFs, PDGFB, ANG and their receptors were not regulated in a HIF-dependent manner. As PAI-1 was linked to angiogenesis in literature and IGF-signaling, which is negatively regulated by IGFBP-1, was correlated with lymphangiogenesis, I decided to investigate their HIF-2α-dependent influence on HCC (lymph)angiogenesis. The knockdown of PAI-1 in HepG2 cells also lowered angiogenesis in PAI-1k/d cocultures similar to the HIF-2α k/d phenotype. PAI-1 as the potent inhibitor of tPA and uPA, both inducing the conversion of plasminogen to plasmin, also inhibits plasmin directly. Therefore, I assumed an increase of plasmin in HIF-2α k/d and PAI-1 k/d cocultures as a result of the reduced PAI-1 levels. Blocking plasmin with aprotinin in HIF-2α k/d cocultures restored angioge nesis, suggesting that HIF-2α increases PAI-1 to lower concentrations of active plasmin, thereby supporting angiogenesis. In further experiments I could exclude PAI-1 to reduce angiogenesis by inducing plasmin-mediated apoptosis of differentiating stem cells in PAI-1 k/d and HIF-2α k/d cocultures, but demonstrated an increase of VEGFA165 degradation in these cocultures, suggesting plasmin-catalyzed proteolysis of VEGF as an additional layer of regulation required to explain the angiogenic phenotype. Besides the pivotal role of PAI-1 in angiogenesis I also investigated its potentialinfluence in lymphangiogenesis. Indeed, the knockdown of PAI-1 reduced lymphaticstructures and implied an important but opposing role in lymphangiogenesis comparedto induced lymphangiogenesis in HIF-2α k/d cocultures. However, blocking plasmin again with aprotinin in HIF-2α k/d cocultures restored lymphangiogenesis to the level of control virus, which indicates a divergent lymphangiogenic role of plasmin in PAI-1 k/d and HIF-2α k/d cocultures, possibly because of other essential pathways masking the lymphangiogenic effects of PAI-1 in HIF-2α k/d cocultures.
HIF-2α resulting in reduced IGFBP1 expression induced the differentiation of stem cells toward a lymphatic cell type and significantly enhanced the assembly of human dermal lymphatic endothelial cells into tubes. These data point the first time to an important impact of HIF-2 in the regulatin of lymphangiogenesis in vitro by inducing IGFBP1 and thus, scavenging IGF-1. Furthermore, matrigel plug assays to investigate the in vivorelevance of these observations confirmed HIF-2α as a crucial factor in the regulation of lymphangiogenesis in vivo
In conclusion, this work provides evidence that HIF-2α is a key regulator of angiogenesis and lymphangiogenesis in HCC by regulating PAI-1 and IGFBP1. HIF-2α positively influences the angiogenic switch via PAI-1 and negatively affects lymphangiogenesis via IGFBP1 expression. Targeting HIF-2α in HCC to reduce tumor angiogenesis should be approached carefully, as it might be overcome by induced lymphangiogenesis and metastasis.
During this study clumped isotope analysis of carbonates was established at the Goethe University of Frankfurt, Germany. Therefore, preparation protocols and analytical parameters were elaborated to obtain precise and accurate Δ47 data. Briefly, analyte CO2 was cleaned cryogenically using glass extraction lines to remove traces of water that enable re-equilibration of C–O bonds in the gases. Furthermore, analyte CO2 was passed through a gas chromatograph (GC) to clean it from contaminants that produce isobaric interferences with m/z 47. Initially, phosphoric acid digestions of carbonates was conducted at 25 °C in McCrea-type reaction vessels. Afterwards samples were reacted at 90 °C using a common acid bath. Mass spectrometric analyses were performed using a MAT 253 equipped with a dual inlet system. Δ47 values were directly projected to the absolute scale using CO2 gases equilibrated at distinct temperatures.
In cooperation with Stefano Bernasconi and his research group at ETH Zurich we studied the non-linearity that occurs for the measurement of m/z 47. This effect results from secondary electrons created by the m/z 44 beam. These electrons cause a negative background on the m/z 47 collector. A correction procedure was proposed that relies on the determination of the negative background on the m/z 47 Faraday cup. This approach might reduce time-consuming analyses of heated gases which were used so far to account for the observed non-linearity. However, the suggested correction of the negative background on the m/z 47 cup is only applicable if the slit width of the m/z 44 beam is significantly wider than that of the m/z 47 beam.
This thesis, furthermore, presents a comparison of the different phosphoric acid digestion techniques which are commonly used for carbonate clumped isotope analysis. For calcitic and aragonitic material digested at 25 °C in McCrea-type vessels we observed that the sample size has an effect on Δ47 data: higher mean Δ47 values and a larger scatter of data were received for samples <7 mg than for larger aliquots. For carbonate samples digested at 90 °C in a common acid bath no sample size effect was determined. We assume that secondary re-equilibration of CO2 with water preferentially occurs at 25 °C producing the observed differences. However, a sample size effect can be avoided if reaction temperature is increased to 90 °C.
In order to make carbonate Δ47 data obtained from acid digestions at 90 °C comparable to Δ47 data received from reactions at 25 °C the difference of the acid fractionation factores (Δ47*25-90) between both temperatures has to be known. For the determination of the Δ47*25-90 value we have considered Δ47 data made at 25 °C from samples >7 mg only. For calicte and aragonite we obtained differences in fractionation factores of 0.075‰ and 0.066‰, respectively. These Δ47*25-90 values are coincident with the theoretical prediction of 0.069‰ proposed for calcite (Guo et al., 2009).
Moreover, this dissertation comprises a calibration study of the clumped isotope thermometer based on various natural calcites that grew between 9 and 38 °C. The samples include a brachiopod shell, a bivalve shell, an eggshell of an ostrich and foraminifera tests which formed from distinct biomineralizing processes. Furthermore we included an authigenic carbonate crystallized from biological-induced precipitation. The following linear relationship between 1/T2 and Δ47 was determined (with Δ47 in ‰ and T in K):
Δ47 = 0.0327 (± 0.0026) x 106 / T2 + 0.3030 (± 0.0308) (R2 = 0.9915)
This equation differs from the pioneering Ghosh et al. (2006a) calibration. However, our regression line is statistically indistinguishable from that of Henkes et al. (2013) which is based on aragonitic mollusks and calcitic brachiopod shells. Both studies have in common that calibration data were, at first, directly referenced to the absolute scale. In addition, both datasets rely on similar digestion techniques. Furthermore, the two calibrations are conform with the theoretical prediction of Guo et al. (2009).
The calcite calibration of the clumped isotope paleothermometer received in this study was applied to Δ47 data measured for Silurian brachiopods shells from Gotland/Sweden. Prior to isotopic analysis the fossils were intensively investigated for their preservation state (CL, SEM, trace elements). The lowest T(Δ47) values of ca. 28 to 33 °C were estimated from ultrastructurally well-preserved regions of some shells. For these samples also the lowest δ18Ow values of Silurian seawater were determined. These estimates of ca. −1‰ confirm the assumption that the δ18O value of the Silurian ocean was buffered to (0 ± 1)‰.
Nevertheless, most studied shells were characterized by a patchwork of pristine and altered shell portions resulting in elevated T(Δ47) values which plot mostly between 40 and 60 °C. Our results indicate that the clumped isotopic composition of the shells were altered at low water-rock ratios, not affecting the δ18O values. Δ47 and δ18O data of associated diagenetic phases (sparitic and micritic phases of the inner fillings of the fossils) provide evidence that the sparitic cements grew during several diagenetic events which occurred at different temperatures in fluid-buffered systems. We, furthermore, conclude that the micritic phases lithified at a very early diagenetic stage with the δ18O values being most probably close to a Silurian seawater composition
Vorhofflimmern ist die am weitesten verbreitete Herzrhythmusstörung. Die bisherige antiarrhythmische Therapie ist durch erhebliche kardiale und extrakardiale Nebenwirkungen nur wenig zufriedenstellend. Die Erforschung neuer antiarrhythmischer Substanzen ist aufgrund begrenzt zur Verfügung stehenden menschlichen Probematerials erschwert. Vorhofgewebe wird z.B. bei Herzoperationen gewonnen und kann dann für Forschungszwecke eingesetzt werden. Die Herzzellen sind allerdings sehr empfindlich, weswegen sie meist bereits nach einigen Stunden nicht mehr für weitere Untersuchungen zu gebrauchen sind. Man ist daher auf das Tiermodell angewiesen. Da das Schweineherz dem des Menschen sehr ähnlich ist, stellt es hier ein ideales Testsystem für neue Antiarrhythmika dar. In neuesten Studien wurde in Schweineherzen der IK,PO als ein vielversprechenden Angriffspunkt vorhofselektiver Antiarrhythmika beschrieben. Die diesem Strom zugrundeliegenden Kanaleinheiten sind jedoch zum jetzigen Zeitpunkt nicht genau erforscht.
Ziel der Arbeit war, ein stabiles Modell der Zellkultur mit atrialen Kardiomyozyten zu etablieren. An den kultivierten Herzzellen sollten elektrophysiologische aber auch molekular- und proteinbiologische Methoden angewandt werden. Das Modell sollte mit Zellen aus Schweineherzen erprobt werden und dazu dienen Untersuchungen an Zellen aus einer Gewebepräparation über mehrere Tage durchzuführen. Darüber hinaus sollte die Zellkultur dazu dienen einen Gen-„Knockdown“ anwenden zu können. Der IK,PO und dem diesem Strom möglicherweise zugrundeliegenden Kanaluntereinheiten Kv1.5, Kv4.3, KChIP2 und TASK-1 sollten hierbei charakterisiert werden.
Atriumzellen aus Schweineherzen wurden isoliert und direkt nach Zellisolation sowie unter dem Einfluss der Zellkultur nach bis zu 48 Stunden untersucht. Es kamen die Patch-Clamp-Technik, Real-time-PCR- und Western-Blot-Analysen zum Einsatz. Die Wirkung verschiedener Substanzen auf den IK,PO wurde getestet. Das Kv1.5-Protein wurde dargestellt und mRNA-Analysen für Kv1.5, Kv4.3, KChIP2 und TASK-1 durchgeführt.
Ein Teil der Zellen wurde mit einer gegen Kv1.5 gerichteten siRNA behandelt und anschließend mRNA-Analysen durchgeführt sowie der IK,PO–Strom gemessen.
Die atrialen Kardiomyozyten des Schweines in Kultur zeigten bis zu 48 Stunden vitale Eigenschaften und zeigten sich für die Patch-Clamp-Technik, Real-time-PCR und Western-Blot-Analysen als geeignet. Im Vergleich zu den frisch präparierten Zellen war eine signifikante Zunahme der Stromdichte für den IK,PO zu messen. Die Kinetik des IK,PO-Stroms sowie das Verhalten gegenüber den Substanzen AV0118, Heteropodatoxin und PAP-1 blieben im Vergleich zu den frisch präparierten Zellen unverändert. In Western-Blot-Analysen war im Vergleich zu frisch isolierten Zellen eine Zunahme des Kv1.5-Proteins zu sehen. Die mRNA-Expression des Kv1.5 war dagegen auf ca. ein Sechstel verringert. Eine Abnahme der mRNA-Expression auf ein Zehntel konnte für die Kanaleinheit KChIP2 gesehen werden. Kv4.3 wurde hingegen bis fast auf ein Zweieinhalbfaches vermehrt exprimiert, während die RNA-Expression für TASK-1 konstant blieb. Ein „Knockdown“ des Kv1.5 mit siRNA zeigte eine weitere Reduktion der Kv1.5 mRNA ohne eine messbare zusätzliche Veränderung des IK,PO.
Die Arbeit hat gezeigt, dass primäre Kulturen atrialer Kardiomyozyten des Schweines für elektrophysiologische sowie molekularbiologische Versuche geeignet sind. Der im Interesse stehende Strom IK,PO hat sich unter Kulturbedingungen zwar vergrößert, jedoch blieben Kinetik und vor allem die Eigenschaft auf verschiedene Substanzen zu reagieren unverändert. Es ist somit möglich neue Substanzen in der Entwicklung von Antiarrhythmika an kultivierten Herzzellen zu testen und somit die Anzahl der für die Experimente benötigten Tiere zu verringern. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass neben dem Kv1.5 die Kanaleinheiten der Kv4.3 und KChIP2 wesentlich zum IK,PO betragen. Die vorliegenden Ergebnisse deuten darauf, dass Kv1.5 den Grundstrom des IK,PO bildet und Kv4.3 vornehmlich den Spitzenstrom des IK,PO ausmacht. Kv1.5 wird dabei vermutlich wesentlich durch KChIP2 gehemmt. KChIP2 spielt eine nachweisliche Rolle in der Pathogenese von Herzrhythmusstörungen und zeigt im Vergleich zu Kv1.5 und Kv4.3 eine höhere Gewebespezifität. KChIP2-Blocker könnten in der Entwicklung vorhofselektiver Antiarrhythmika vielversprechende Ergebnisse liefern.
Theater der Spur
(2014)
The subject of this thesis is the experimental investigation of the neutron-capture cross sections of the neutron-rich, short-lived boron isotopes 13B and 14B, as they are thought to influence the rapid neutron-capture process (r process) nucleosynthesis in a neutrino-driven wind scenario.
The 13;14B(n,g)14;15B reactions were studied in inverse kinematics via Coulomb dissociation at the LAND/R3B setup (Reactions with Relativistic Radioactive Beams). A radioactive beam of 14;15B was produced via in-flight fragmentation and directed onto a lead-target at about 500 AMeV. The neutron breakup of the projectile within the electromagnetic field of the target nucleus was investigated in a kinematically complete measurement. All outgoing reaction products were detected and analyzed in order to reconstruct the excitation energy.
The differential Coulomb dissociation cross sections as a function of the excitation energy were obtained and first experimental constraints on the photoabsorption and the neutron-capture cross sections were deduced. The results were compared to theoretical approximations of the cross sections in question. The Coulomb dissociation cross section of 15B into 14B(g.s.) + n was determined to be s(15B;14B(g:s:)+n) CD = 81(8stat)(10syst) mb ; while the Coulomb dissociation cross section of 14B into a neutron and 13B in its ground state was found to be s(14B;13B(g:s:)+n) CD = 281(25stat)(43syst) mb: Furthermore, new information on the nuclear structure of 14B were achieved, as the spectral shape of the differential Coulomb dissociation cross section indicates a halolike structure of the nucleus.
Additionally, the Coulomb dissociation of 11Be was investigated and compared to previous measurements in order to verify the present analysis. The corresponding Coulomb dissociation cross section of 11Be into 10Be(g.s.) + n was found to be 450(40stat)(54syst ) mb, which is in good agreement with the results of Palit et al.
The number of multilingual texts in the World Wide Web (WWW) is increasing dramatically and a multilingual economic zone like the European Union (EU) requires the availability of multilingual Natural Language Processing (NLP) tools. Due to a rapid development of NLP tools, many lexical, syntactic, semantic and other linguistic features have been used in different NLP applications. However, there are some situations where these features can not be used due the application type or unavailability of NLP resources for some of the languages. That is why an application that is intended to handle multilingual texts must have features that are not dependent on a particular language and specific linguistic tools. In this thesis, we will focus on two such applications: text readability and source and translation classification.
In this thesis, we provide 18 features that are not only suitable for both applications, but are also language and linguistic tools independent. In order to build a readability classifier, we use texts from three different languages: English, German and Bangla. Our proposed features achieve a classification accuracy that is comparable with a classifier using 40 linguistic features. The readability classifier achieves a classification F-score of 74.21% on the English Wikipedia corpus, an F-score of 75.47% on the English textbook corpus, an F-score of 86.46% on the Bangla textbook corpus and an F-score of 86.26% on the German GEO/GEOLino corpus.
We used more than two million sentence pairs from 21 European languages in order to build the source and translation classifier. The classifier using the same eighteen features achieves a classification accuracy of 86.63%. We also used the same features to build a classifier that classifies translated texts based on their origin. The classifier achieves classification accuracy of 75% for texts from 10 European languages. In this thesis, we also provide four different corpora, three for text readability analysis and one for corpus based translation studies.
In der so umfangreichen wie differenzierten Bruegelforschung dominieren religiöse und moralische Deutungen, die auf eine pessimistische Weltsicht des Künstlers schließen. Dem gegenüber priorisiert die vorliegende Arbeit säkulare und materielle Optionen, die einer optimistischen Weltsicht den Boden bereiten konnten. Diese ambitionierte Akzentsetzung ist anhand des zeitgenössischen Kontexts prinzipiell legitimiert und anhand von Bildbelegen praktisch veranschaulicht.
Eine konkretisierte kunstgeschichtliche Positionsbestimmung Bruegels seine systematische Abgrenzung von der romanistischen Konkurrenz ebenso heraus wie den originären Beitrag zur Weiterentwicklung der nicht-romanistischen Malerei seiner Zeit. Für seine innovativen Bildkonzepte gibt es einen gemeinsamen Nenner. Das ist die erweiterte Einbeziehung des Betrachters, der vom passiven Rezipienten zum aktiven Interpreten aufgewertet ist, nicht zuletzt mit dem Ziel, zeitgenössische Wirklichkeit und deren Widersprüche, Defizite und Alternativen diskutierbar zu machen.
Eine modifizierte sozialgeschichtliche Positionsbestimmung Bruegels geht vom Doppelcharakter der zeitgenössischen Transformationsprozesse in den spanischen Niederlanden aus. In der Regel rückt man religiöse Kontroversen und politische Konflikte in den Vordergrund, die destruktiven Potenziale des gesellschaftlichen Wandels und deren Wiederspiegelung im Bruegelwerk. Danach wird der Künstler tendenziell als religiöser Dissident und politischer Opponent qualifiziert. Stattdessen wird hier die ökonomische Expansion, die wirtschaftliche Dynamik als vorrangig angesehen, welche die Heimat Bruegels, die Metropole Antwerpen und ihr Umland, zu einer europäischen Vorsprungsregion werden ließ. Das lenkt den Blick auf die Reflexion des sozialökonomischen Kontexts im Bruegel-Oeuvre, die der Entwicklung der gesellschaftlichen Produktivkraft und die Rolle nicht nur der agrarischen Arbeit erkennbar werden lässt.
Damit ist der Boden bereitet für die Frage nach säkularer Kritik und sozialer Utopie in den Gemälden, denen die beiden folgenden Hauptteile der Arbeit gewidmet sind, dem „Sturz des Ikarus“ (Teil B) und dem „Turmbau zu Babel“ (Teil C). Beide Kapitel setzten sich intensiv mit Referenztexten und Referenzbildern sowie mit der Rezeptionsgeschichte auseinander und münden jeweils in den Entwurf einer konkurrierenden Deutung zu den traditionellen Thesen von der Bestrafung menschlicher Hybris ein:
Die konkurrierende Deutung des „Ikarussturzes“ kommt zu dem Ergebnis, dass die sozialgeschichtliche Substanz des Gemäldes in der Überbietung antiker durch frühneuzeitliche Arbeits- und Verkehrsformen zu entdecken ist. Eine latente sozialutopische Perspektive klingt in den dabei imaginierten Indizien für Arbeits- und Techniklob an.
Die konkurrierende Deutung der Turmbaugemälde gipfelt in dem Vorschlag, die sozialutopischen Potenziale aus dem Übergang vom „Wiener Turmbau“ zum Rotterdamer Turmbau“ abzuleiten. Sie kommt zu dem Ergebnis, dass die Bruegelsche Turmbau-Folge die Entwicklung einer Arbeitsutopie und einer Architekturutopie sowie deren Zusammenfassung zu einer Gesellschaftsutopie vorstellbar macht. Dabei ist der Optimismus keineswegs ungebrochen, das Konstrukt nicht frei von Skepsis, weil Bedrohungen des Projekts von innen und außen Teil des Bildgeschehens sind.
Versucht eine gesunde Person, regungslos auf einer Stelle zu stehen, so kann man feststellen, dass diese vermeintlich einfache Aufgabe nicht zu erfüllen ist. Dieses scheinbar statische Gleichgewicht beim ruhigen Stehen ist bei genauer Betrachtung beherrscht von subtilen, kontinuierlichen Körperschwankungen. Warum treten solche variablen Muster im Gleichgewichtsprozess auf? Die Untersuchung (Ursachenforschung, Beschreibung, Bewertung) dieser Fluktuationen ist Gegenstand der vorliegenden grundlagenwissenschaftlichen Arbeit.
Azulen: Für die Orientierungsfehlordnung im Azulen werden mit Kraftfeld-Methoden sowie mit quantenmechanischen Methoden an einem Satz geordneter Kristallstrukturmodelle Gitterenergieminimierung durchgeführt. Die Modelle zeigen sehr ähnliche Gitterenergien. Keine signifikante Nahordnung ist zu erkennen. Es liegt eine statistische Orientierungsfehlordnung vor. Die Auslenkungsparameter in der experimentellen Kristallstruktur werden durch die Überlagerung der berechneten Atompositionen gut reproduziert.
Perinon-Pigmente P.R. 194, P.O. 43 und V.R. 14: Für das cis-Isomer (P.R. 194), das trans-Isomer (P.O. 43) und den Mischkristall (V.R. 14) der Perinone werden geordnete Kristallstrukturmodelle aufgestellt und Gitterenergieminimierung mit Kraftfeld-Methoden sowie quantenmechanischen Methoden durchgeführt.
In der Orientierungsfehlordnung von P.R. 194 zeigen sich kurze Korrelationsreichweiten für alle Richtungen. Die Lokalstruktur wird über Variationen der exakten Positionen und Orientierungen der Moleküle beschrieben. Die experimentellen Auslenkungsparameter werden durch Überlagerung berechneter Atompositionen reproduziert.
Für trans-Perinon sind keine Hinweise auf eine Fehlordnung zu erkennen.
Im Mischkristall der beiden Isomere (Küpenfarbstoff V.R. 14) liegen eine Positions- und eine Orientierungsfehlordnung vor. Quantenmechanische Gitterenergieoptimierungen zeigen zwei Bandbreiten der Gitterenergie für geordnete Kristallstrukturmodelle, getrennt anhand der Orientierung der Moleküle des trans-Isomers. Die ungewöhnlichen experimentellen Auslenkungsparameter und Positionen der Atome werden ebenfalls durch die Überlagerung berechneter Atompositionen gut reproduziert.
Die Nachbarschaftswahrscheinlichkeiten werden über eine statistische Auswertung der Häufigkeiten einzelner Nachbarschaften genähert beschrieben und zeigen stark anisotrope Präferenzen. Die intermolekularen Wechselwirkungen werden mit Kraftfeldmethoden qualitativ charakterisiert und zeigen eine zu den Nachbarschaftswahrscheinlichkeiten sehr ähnliche Anisotropie.
PTCBI: Im cis-Isomer von PTCBI beobachtet man eine dem P.R. 194 ähnliche Orientierungsfehlordnung. Anhand der Ergebnisse der Gitterenergieminimierungen wird eine statistische Fehlordnung angenommen.
Für das trans-Isomer von PTCBI findet man durch Gitterenergieminimierungen ein theoretisches energetisch ungünstiges Polymorph in der Raumgruppe P 21/c.
Für den PTCBI-Mischkristall wird aus der Auswertung von Röntgenpulverdiagrammen eine zum cis-Isomer isotype Struktur abgeleitet. Für diese Struktur wird eine dem V.R. 14 ähnliche Positions- und Orientierungsfehlordnung untersucht. In der statistischen Auswertung der Gitterenergien zeigen alle Modelle vergleichbare und gleichzeitig sehr niedrige relative Wahrscheinlichkeiten. Für die Lokalstruktur sind keine klaren Präferenzen für bestimmte Motive erkennbar. Im PTCBI-Mischkristall wird eine nahezu statistische Fehlordnung erwartet. Die Wechselwirkungen der geordneten zentralen Kohlenstoffgerüste der Perylen-Tetracarbonsäure bestimmen die Packung in cis-PTCBI und im PTCBI-Mischkristall.
P.R. 170: Die Struktur der β-Phase von Pigment Rot 170 besteht aus geordneten Schichten. Die Komponente des Translationsvektors zwischen den Schichten in b-Richtung beträgt entweder ty = +0,421 oder ty = -0,421. Die Abfolge der Translationsvektoren ist weder periodisch noch völlig zufällig.
Gitterenergieminimierungen an kombinatorisch vollständigen Sätzen geordneter Modelle mit einem maßgeschneiderten Kraftfeld werden durchgeführt. Erhaltene Gitterenergien erlauben die Beschreibung der Lokalstruktur durch bevorzugte Stapelsequenzen. Darin beeinflussen die nächsten und übernächsten Nachbarn die Energie und die Geometrie einer einzelnen Schicht.
Relative Wahrscheinlichkeiten (respektive der Entartungen) für endliche lokale Motive werden mit der Boltzmann-Statistik berechnet. So tritt das Motiv + + − mit einer Wahrscheinlichkeit von ca. 61,4% auf, während das Motiv − + − mit einer Wahrscheinlichkeit von ca. 23,3% wesentlich seltener erscheint. Das Motiv + + + ist mit der Wahrscheinlichkeit von ca. 15,3% am seltensten. Mit diesen relativen Wahrscheinlichkeiten werden Strukturmodelle in Superzellen mit bis zu 100 aufeinanderfolgenden Schichten aufgebaut und zur Simulation der Röntgenbeugungsdaten verwendet. Damit werden Pulver- wie Einkristalldaten gut reproduziert, inklusive der diffusen Streuung.
Septulen: Für Septulen werden Unterschiede in der Konformation der Moleküle zwischen der Gasphase und dem Festkörper beobachtet. Berechnungen der Einzelmolekülenergien sowie Gitterenergieminimierungen werden mit rigiden sowie flexiblen Molekülen für beide Konformationen durchgeführt. Die Konformationsänderung zwischen Gasphase und Festkörper bedeutet einen Verlust an Energie, welcher durch die günstigere Packung und durch den Gewinn an Gitterenergie wettgemacht wird. Ähnlich günstige Gitterenergien wurden für die Gasphasen-Konformation nicht gefunden.
Terrestrial climate and ecosystem evolution during ‘Greenhouse Earth’ phases of the early Paleogene remain incompletely known. Particularly, paleobotanical records from high southern latitudes are giving only limited insights into the Paleocene and early Eocene vegetation of the region. Hence, data from continuous well-calibrated sequences are required to make progress with the reconstruction of terrestrial climate and ecosystem dynamics from the southern latitudes during the early Paleogene.
In order to elucidate the terrestrial conditions from the high southern latitudes during the early Paleogene, terrestrial palynology was applied in the present study to two well-dated deep-marine sediment cores located at the Australo-Antarctic region: (i) IODP Site U1356 (Wilkes Land margin, East Antarctica) and (ii) ODP Site 1172 (East Tasman Plateau, southwest Pacific Ocean). The studied sequence from IODP Site U1356 comprises mid-shelfal sediments from the early to middle Eocene (53.9 – 46 million years ago [Ma]). For the ODP Site 1172, the studied succession is characterized by sediments deposited in shallow marine environments of the middle Paleocene to the early Eocene (60.7 – 54.2 Ma).
Based on the obtained pollen and spores (sporomorphs) results from the studied sequences of Site U1356 and Site 1172, this study aims to: (1) decipher the terrestrial climate conditions along the Australo-Antarctic region from the middle Paleocene to the middle Eocene; (2) evaluate the structure, diversity and compositional patterns of forests that throve in the Australo-Antarctic region during the early Paleogene; (3) understand the response of forests from the high southern latitudes to the climate dynamics from the early Paleogene; (4) establish a connection between the generated terrestrial palynomorph data and published Sea Surface Temperatures (SSTs) from the same cores.
To decipher the terrestrial climatic conditions on the Australo-Antarctic region, this study relies on the nearest living relative (NLR) concept that assumes that fossil taxa have similar climate requirements as their modern counterparts. This approach was applied to the sporomorph results of Site U1356 and Site 1172, following mainly the bioclimatic analysis. With regard to the structure and diversity patterns of the vegetation from the same region, the present study presents combined qualitative (i.e., reconstruction of the vegetation based mainly on the habitats of the known living relatives) and quantitative (i.e., application of ordination techniques, rarefaction and diversity indices) analyses of the fossil sporomorphs results.
The overall results from the paleoclimatic and vegetation reconstruction approaches applied in the present study, indicate that temperate and paratropical forests during the early Paleogene throve under different climatic conditions on the Wilkes Land margin and on Tasmania, at paleolatitudes of ∼70°S and ∼65°S, respectively.
Specifically, the sporomorph results from Site U1356, suggest that a highly diverse forest similar to present-day forests from New Caledonia was thriving on Antarctica during the early Eocene (53.9 – 51.9 Ma). These forests were characterized by the presence of termophilous taxa that are restricted today to tropical and subtropical settings, notably Bombacoideae, Strasburgeria, Beauprea, Spathiphyllum, Anacolosa and Lygodium. In combination with MBT/CBT paleotemperature results, they provide strong evidence for near-tropical warmth at least in the coastal lowlands along the Wilkes Land margin. The coeval presence of frost tolerant taxa such as Nothofagus, Araucariaceae and Podocarpaceae during the early Eocene on the same record suggests that paratropical forests were thriving along the Wilkes Land margin. Due to the presence of this kind of vegetation, it is possible to suggest that forests in this region were subject to a climatic gradient related to differences in elevation and/or the proximity to the coastline.
By the middle Eocene, the paratropical forests that characterized the vegetation of the early Eocene on the Wilkes Land margin were replaced by low diversity temperate forests dominated by Nothofagus, and similar to present-day cool-temperate forests from New Zealand. The dominance of these forests and the absence of thermophilous elements together with the lower temperatures suggested by the MBT/CBT and the sporomorph-based temperatures indicate consistently cooler conditions during this time interval.
With regard to the sporomorph results of Site 1172, this study suggests that three vegetation types were thriving on Tasmania from the middle Paleocene to the early Eocene under different climatic conditions. During the middle to late Paleocene, warm-temperate forests dominated by Podocarpaceae and Araucariaceae were the prevailing vegetation on Tasmania. The dominance of these forests was interrupted by the transient predominance of cool-temperate forests dominated by Nothofagus and Araucariaceae across the middle/late Paleocene transition interval (~59.5 to ~59.0 Ma). This cool-temperate forest was characterized by a lack of frost-sensitive elements (i.e., palms and cycads) indicating cooler conditions with harsher winters on Tasmania during this time interval. By the early Eocene, and linked with the Paleocene Eocene Thermal Maximum (PETM), Paleocene temperate forests dominated by gymnosperms were replaced by paratropical rainforests with the remarkable presence of the tropical mangrove palm Nypa during the PETM and the earliest Eocene. The overall results from Site U1356 and Site 1172, provide a new assessment of the terrestrial climatic conditions in the Australo-Antarctic region for validating climate models and understanding the response of high-latitude terrestrial ecosystems to the climate dynamics of the early Paleogene on southern latitudes.
The climatic conditions in the higher latitudes during the early Paleogene were further unravelled by comparing the obtained terrestrial and marine results. The integration of the obtained sporomorph data with previously published TEX86-based SSTs from Site 1172 documents that the vegetation dynamics were closely linked with the temperature evolution from the Australo-Antarctic region. Moreover, the comparison of TEX86-based SSTs and sporomorph-based climatic estimations from Site 1172 suggests a warm-season bias of both calibrations of TEX86 (i.e., TEX86Hand TEX86H), when this proxy is applied to high southern latitudes records of the early Paleogene.
Einleitung: Im Rahmen dieser retrospektiven Studie wurde die Auswirkung der frühen reduzierten Belastung auf Festigkeit der Implantatverankerung untersucht. Zusätzlich wurde geprüft, welchen Einfluss die Faktoren Implantatlänge, Knochenqualität, Augmentationsart und Implantatlokalisation auf die Festigkeit der Implantatverankerung nach der frühen reduzierten Belastung haben.
Material und Methoden: In die Studie wurden Patienten einbezogen, die sich einer Implantationstherapie in Poliklinik für Zahnärztliche Chirurgie und Implantologie in ZZMK (Carolinum) der J. W. Goethe-Universität in dem Zeitraum von Januar 2001 bis Februar 2010 unterzogen haben. Alle teilnehmenden Patienten wurden von einem Behandler betreut. Es wurden ausschließlich Ankylos Implantate (Dentsply, Mannheim, Deutschland) verwendet. Die Festigkeit der Implantatverankerung wurde mit Periotets gemessen. Die Implantationstherapie lief grundsätzlich nach den Rahmenbedingungen der frühen reduzierten Implantatbelastung ab. Nach einer mindestens sechswöchigen geschlossen Einheilung (statische Phase) wurden die Implantate freigelegt und mit Standardabutment versorgt, anschließend wurde der erste Periotestwert erhoben. Die statische Phase nach externem Sinuslift betrug im Schnitt 5 Monate. Für weitere vier bis acht Wochen (dynamische Phase) wurden die Implantate mit Provisorien in Infraokklusion versorgt, bei zahnlosen Patienten wurden die Implantate durch die provisorische Versorgung grundsätzlich verblockt. Patienten wurden unterwiesen, nur weiche Kost zu sich zu nehmen. Nach vier bis acht Wochen im Anschluss an die dynamische Phase wurde der zweite Periotestwert erhoben. Definitiver Zahnersatz mit korrekt eingestellter Okklusion wurde eingegliedert. Die Periotestwerte vor und nach der frühen reduzierten Implantatbelastung wurden zusammengetragen und statistisch ausgewertet.
Ergebnisse: Bei 247 Patienten wurden im Zeitraum von 01.01.2001 bis 01.03.2010 634 Ankylos Implantate inseriert. In der statischen Phase gingen sieben Implantate verloren, restliche 627 Implantate wurden früh reduziert belastet. Kein Implantat ging in der dynamischen Phase verloren. Innerhalb des ersten Jahres unter voller funktioneller Belastung ging kein Implantat aufgrund von knöcherner Überbelastung verloren. Lediglich ein Implantat musste aufgrund von Abutmentfraktur ein Jahr nach der Eingliederung des definitiven Zahnersatzes entfernt werden. Die Periotestwerte nahmen bei 556 Implantaten um mindestens eine Einheit der Periotestwertskala ab. Diese Veränderung der Periotestwerte war statistisch signifikant (p = 0,0001). Der Einfluss der Faktoren Implantatlänge, Knochenqualität, Implantatlokalisation, Augmentationsverfahren auf die Reduktion der Periotestwerte um eine Einheit war statistisch nicht signifikant. Die Reduktion der Periotestwerte um mindestens zwei Einheiten trat bei 409 von insgesamt 627 Implantaten auf und war statistisch signifikant in den Gruppen „weiche Knochenqualität“, „Implantatlänge 8mm, 9,5mm“, „externer Sinuslift“, „Oberkiefer“ (p = 0,001). In zwei Gruppen, nämlich „11mm und 14mm“ sowie „Standardverfahren, laterale Augmentation, interner Sinuslift“ trat eine Abnahme der Periotestwerte statistisch signifikant seltener auf (p = 0,045 bei „11 und 14 mm“ und p = 0,033 bei „Standardverfahren, laterale Augmentation und interner Sinuslift“).
Schlussfolgerung:Die frühe reduzierte Implantatbelastung hat keinen negativen Einfluss auf den Implantaterfolg. Beim Vorliegen von ungünstigen Voraussetzungen, wie unzureichendem Knochenangebot und Knochenqualität sowie Implantation im Oberkiefer, verbessert sich die Festigkeit der Implantatverankerung besonders deutlich. Das Konzept zeichnet sich durch das breite Indikationsspektrum und die hohe Überlebensrate trotz der verkürzten Therapiezeit aus.
In Reaktion auf zellulären Stress wie etwa Schädigungen der DNA oder die vermehrte Aktivität von Onkogenen aktivieren vorgeschaltete Signalkaskaden den Transkriptionsfaktor (TF) p53. Dieser kann über die Aktivierung der Expression von Zielgenen wiederum die Zellteilung stoppen, die Reparatur von DNA Schäden initiieren oder in schweren Fällen die Eliminierung der Zelle durch Apoptose einleiten. Ist p53 durch Mutationen deaktiviert, können sich entartete somatische Zellen vermehren und in der Folge Krebs entstehen.
In Wirbeltieren finden sich neben p53 mit p63 und p73 zwei weitere TFs, welche während der Evolution aus dem gleichen gemeinsamen Vorläufer durch Genduplikationen hervorgegangen sind. Die drei TFs sind modular aufgebaut und alle Isoformen verfügen jeweils minimal über eine DNA Bindungsdomäne (DBD) und eine Tetramerisierungsdomäne (TD). Werden die p53 ähnlichen TFs aktiviert, lagern sie sich über die TD vermittelt zu Tetrameren zusammen, wodurch ihre DBDs kooperativ an DNA Sequenzmotive binden können. Die DBD ist auch über große phylogenetische Abstände hinweg hoch konserviert, wodurch bereits gezeigt werden konnte, dass auch primitive vielzellige Tiere bereits Homologe dieser TF Familie besitzen. Im Vergleich zur DBD variiert die Proteinsequenz der TD deutlich stärker, was andeutet, dass deren Struktur im Laufe der Evolution erhebliche Veränderungen durchlaufen hat. Diese Veränderungen aufzuklären ist das übergeordnete Forschungsvorhaben zu dem diese Dissertationsschrift beiträgt.
Ciona intestinalis (C.int.) ist eine Spezies aus dem Unterstamm der Manteltiere. Diese sind die engsten lebenden Verwandten der Wirbeltiere und C.int. ist ein populärer Modelorganismus für die Erforschung der Embryonalentwicklung. Sein Genom kodiert für zwei p53 ähnliche TFs, welche mit p53/p73-a und p53/p73-b bezeichnet werden. Die Struktur ihrer TDs wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit mittels Kernspinresonanz (NMR) Spektroskopie untersucht.
Die TD von menschlichem p53 (hp53) ist ein Dimer aus Dimeren. Jedes Monomer formt einen beta-Strang und eine alpha-Helix. Im primären Dimer lagern diese sich so zusammen, dass ein beta-Faltblatt entsteht und die alpha-Helices mit entgegen gesetzter Orientierung der Länge nach aneinander packen. Zwei dieser Dimer lagern sich dann so zum Tetramer zusammen, dass zwischen pol-ständigen beta-Faltblättern ein Bündel aus vier Helices entsteht. Dieses Motiv ist auch in den TDs der Ciona Proteine hochkonserviert und wird im Folgenden als Kern?TD bezeichnet. In den TDs von menschlichem p63 und p73 (hp63 und hp73) verfügt jedes Monomer an seinem C-terminus noch über eine zweite Helix. Die zweiten Helices eines jeden Dimers greifen wie Klammern um das jeweils andere primäre Dimer und stabilisieren so das Tetramer. Entscheidend für die stabile Anbindung an die Kern?TD ist dabei ein charakteristisches Tyrosin-Arginin (YR) Motiv in der zweiten Helix, welches sich auch in der Sequenz der TD von C.int. p53/p73-a wiederfindet. Analysen der Sekundärstruktur auf Basis von NMR Experimenten ergaben jedoch, dass die TD von C.int. p53/p73-a bei 25°C keine zweite Helix ausbildet. Mit Hilfe von chimären TD Peptiden, in denen Teile der Ciona Sequenz gegen die entsprechenden Abschnitte von hp73 ausgetauscht wurden, konnte gezeigt werden, dass die Kern TD von C.int. p53/p73-a fähig ist eine zweite Helix zu stabilisieren und hierfür neben dem YR Motiv auch der Sequenzabschnitt zwischen erster und zweiter Helix entscheidend ist. Stabilisierende Substitutionen in diesem Bereich bewirkten ebenso wie ein Absenken der Temperatur die Ausbildung einer zweiten Helix, welche jedoch im Gegensatz zu jener in hp73 nur transient faltet und auch nicht essentiell für die Bildung des Tetramers ist, wohl aber dessen Stabilität erhöht.
Spezifisch in der Entwicklungslinie von Ciona kam es dazu, dass eine, für eine entsprechende Vorläuferversion von C.int. p53/p73-a kodierende, mRNA spontan zurück in DNA übersetzt und ins Genom eingefügt wurde. Die durch diese Retrotransposition erzeugte neue Genkopie C.int. p53/p73-b muss demnach ursprünglich einmal für die gleiche Proteinsequenz kodiert haben, innerhalb der TD finden sich konservierte Reste jedoch nur im Bereich der Kern TD.
Von der TD von C.int. p53/p73-b wurde die molekulare Struktur in freier Lösung mittels NMR ermittelt. Diese zeigte, dass interessanterweise in der TD von C.int. p53/p73-b jedes Monomer am C-terminus eine stabil gefaltete, zweite Helix besitzt. Obwohl diese zweite Helix sich aus einer Sequenz faltet, die keinerlei Sequenzhomologie zu homologen Proteinen aus Wirbeltieren aufweist, lagert sie sich in einer Position auf die Kern TD, welche der in hp73 sehr nahe kommt. Da die primären Dimere der Kern TD aber anders als in hp63 und hp73 durch Salzbrücken miteinander verbunden sind, ist die zweite Helix jedoch nicht essentiell, um das Tetramer zu stabilisieren. Vermutlich kommt der zweiten Helix von C.int. p53/p73-b vielmehr u.a. die Aufgabe zu die Bildung von Heterotetrameren aus C.int. p53/p73-a und –b zu unterbinden.
Zusammengenommen zeigen die Ergebnisse, dass die Architektur der TD mit zweiter Helix bereits der Prototyp für die TDs aller p53 ähnlichen Proteine der Wirbel- und Manteltiere war und die als eine Art Klammer das Tetramer stabilisierende zweite Helix sich nicht erst während der Evolution der Wirbeltiere entwickelt hat.
Funktionalisierung mikro- und nanostrukturierter Oberflächen zur spezifischen Proteinimmobilisierung
(2014)
Die vollständige Sequenzierung des humanen Genoms zu Beginn dieses Jahrtausends leitete einen Boom der Genomik ein, in deren Anfangszeiten man sich jedoch vor einer großen Herausforderung sah. Aufgrund der selbst bei einfachen Organismen großen Anzahl kodierender Gene und auch vor dem Hintergrund ständig wachsender Datenbanken mit immer neuen vollständig sequenzierten Arten, stellten sich genetische Analysen mit klassischen Methoden als zu zeit- und kostenaufwändig heraus. Die Entwicklung sog. DNA-Chips – feste Substrate, die mehre zehn- bis hunderttausend verschiedene Oligonukleotide tragen und die parallele Durchführung einer großen Anzahl von genetischen Analysen in sehr kurzer Zeit bei vergleichsweise geringen Kosten erlaubten – lösten dieses Problem. Analog hierzu werden Protein-Chips ähnlich gute Erfolgsaussichten in der Proteomik beschieden. Der Aufbau eines Protein-Chips ist dem eines DNA-Chips sehr ähnlich, allerdings sind die Anforderungen, die für eine funktionale Immobilisierung von Proteinen an eine Substratoberfläche gestellt werden, ungleich höher. Es muss gewährleistet sein, dass durch die Verankerung auf dem Substrat die native Struktur der Proteine nicht zerstört wird, dass die immobilisierten Proteine in einer Orientierung vorliegen, in der wichtige Merkmale, wie Bindungsmotive, aktive Zentren usw. weiterhin zugänglich sind und dass unspezifische Proteinadsorptionen auf ein Minimum reduziert werden. Ziel dieser Arbeit war es, ein Konzept für eine Protein-Chip-Plattform zu entwickeln, welches diese Voraussetzungen erfüllt.
Einleitend wird die Erarbeitung eines Assays zur Analyse einer Antikörper-Antigenwechselwirkung mittels Oberflächenplasmonresonanz-(SPR)-spektroskopie dargestellt. Da diese Technik ebenfalls eine native Immobilisierung von Proteinen auf einem festen Substrat erfordert, stellt sie eine Vorform der Protein-Chip-gestützten Analyse dar. Dem entsprechend werden an SPR-Oberflächen ähnliche Anforderungen gestellt wie an Protein-Chips. In der Etablierungsphase des SPR-Assays wurden zunächst grundlegende Parameter wie die Immobilisierungs- und Regenerationsbedingungen optimiert. Anschließend wurde überprüft, ob Antigen und Antikörper unter den gewählten Versuchsbedingungen noch miteinander interagieren konnten und die Wechselwirkung zwischen beiden Proteinen nicht beeinträchtig wurde. Hauptziel des SPR-Assays war die Überprüfung der Bindeaktivität verschiedener Chargen des Antikörpers im Vergleich zu einer Referenz-Charge unter Berücksichtigung eines möglichen Einflusses der Lagerzeit. Als Ergebnis konnte zwar eine geringe Abnahme der Bindungsaktivität beobachtet werden, welche eindeutig mit der Lagerzeit korrelierte, ein signifikanter Unterschied zwischen den zu vergleichenden Chargen war jedoch nicht erkennbar.
Der weitaus größere Teil der in dieser Dissertation beschriebenen Ergebnisse betrifft die Konzeption neuer Protein-Chip-Architekturen. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe um Armin Gölzhäuser von der Universität Bielefeld wurde eine Protein-Chip-Plattform erarbeitet, für deren Herstellung Nitrobiphenyl-(NBPT)-Monolagen auf Gold mit Hilfe chemischer Lithographie im Mikro bzw. Nanomaßstab strukturiert wurden. Die Strukturen wurden anschließend mit multivalenten NTA-Verbindungen funktionalisiert, sodass Proteine mit His-Tag spezifisch darauf verankert werden konnten. Die wichtigsten Vorteile dieses Systems sind eine hohe Bindungsstabilität der immobilisierten Proteine, eine aufgrund der weiten Verbreitung des His-NTA-Systems leichte Verfügbarkeit His-getaggter Proteine sowie die Erhaltung ihres nativen Zustandes bei gleichzeitig uniformer Orientierung auf der Substratoberfläche. Nachdem zunächst die grundsätzliche Machbarkeit der Strukturierung und Funktionalisierung gezeigt wurde, folgte eine eingehende Charakterisierung der einzelnen Fertigungsschritte per Rasterkraftmikroskopie (AFM) und SPR-Spektroskopie, um diese anschließend weiter zu optimieren. So konnte die Proteinresistenz in den Bereichen zwischen den Mikro- bzw. Nanostrukturen, in denen keine Proteine binden sollten, deutlich verbessert werden. Zusätzlich wurde die Effizienz der Oberflächenfunktionalisierung gesteigert, sodass eine höhere Immobilisierungsdichte möglich war. Die Funktionalität des verbesserten Protein-Chips wurde mittels AFM und konfokaler Fluoreszenzmikroskopie (CLSM) überprüft. Es konnte eine hochspezifische und stabile, aber gleichzeitig reversible Bindung His-getaggter Proteine auf dem Protein-Chip gezeigt werden. Die bis dahin nass-chemisch durchgeführten Fertigungsschritte wurden in der Folge ins Hochvakuum übertragen, um die Herstellung dieser Protein-Chips mittels Gasphasenabscheidung zu ermöglichen. Als Ergebnis dieser Arbeiten konnten proteinresistente EG3-Monolagen allein durch Gasphasendeposition generiert werden. Bis auf die Funktionalisierung mit trisNTAs konnten im Rahmen dieser Arbeit sämtliche Fertigungsschritte in die Gasphase übertragen werden. Protein-Chips, die auf diese Art hergestellt worden waren, hatten in Hinsicht auf Bindungsspezifität und -stabilität ebenso gute Eigenschaften wie Protein-Chips aus der klassischen nass-chemischen Fertigung. Zusätzlich wurde parallel zu diesen Arbeiten ein neuer Ansatz zur Strukturierung und trisNTA-Funktionalisierung von EG3-SAMs erarbeitet.
Ein zweiter Protein-Chip-Prototyp sollte durch orthogonale Funktionalisierung von nano-strukturierten Glasoberflächen mit Polyenthylenglykol (PEG) und multivalenten Chelatoren hergestellt werden. CLSM-Untersuchten ergaben zunächst, dass dieser Ansatz der orthogonalen Funktionalisierung nicht gelang, da auf den Goldstrukturen nur wenig Protein zu binden schien, während in den vermeintlich proteinresistenten PEG-Bereichen eine vergleichsweise große Menge His-getaggter Proteine adsorbierte. Nach einer Reihe von Versuchen stand fest, dass sich die Verfahren zur Funktionalisierung mit PEG und bisNTA-Thiolen gegenseitig störten. Die PEGylierung verhinderte die anschließende Ausbildung einer dicht-gepackten bisNTA-SAM, was zwar durch vorheriges Aufbringen einer Schutz-SAM aus Undecylthiolen gemildert, aber nicht vollständig verhindert werden konnte. Die anschließende Funktionalisierung der Nanostrukturen mit bisNTA-Thiolen führte wiederum zur Dotierung der PEG-Schicht mit bisNTA-Thiolen, sodass diese Schicht ihre Proteinresistenz verlor. Da dieser ungewollte Prozess seine Ursache in der zweistufigen PEGylierungsreaktion hatte und dieser auch durch verschiedenste Block-Verfahren nicht vollständig verhindert werden konnte, wurde ein alternatives, einstufiges PEGylierungsverfahren getestet. Dieses hatte eine deutliche Verbesserung der Oberflächeneigenschaften zur Folge. Einerseits zeigten die Glasbereiche nun eine sehr gute Proteinresistenz, zum Anderen hatte das neue PEGylierungsverfahren keine negativen Auswirkungen auf die Ausbildung von bisNTA-SAMs. Mittels CLSM konnte auf Mikrostrukturen eine hochspezifische Proteinbindung beobachtet werden, während die PEGylierten Glasbereiche frei von Proteinen blieben. Interessanterweise konnte auf entsprechend funktionalisierten Nanostrukturen jedoch keine Proteinbindung nachgewiesen werden. Hierfür sind mehrere Ursachen denkbar, zu deren Klärung es weiterer Untersuchungen bedarf.
Der Entwicklung eines Instrumentes, eines standardisierten schriftlichen Intensiv-Interviews zur Messung von Einstellungen zu Recht und Gesetz, werden in Teil A der Arbeit theoretische Überlegungen vorangestellt. Der in der Rechtswissenschaft zentrale und umstrittene Begriff „Recht“ wird nur in seiner aktuellen und allgemeinen Bedeutung aufgenommen, in einer allgemeinen Bedeutung wie sie von Laien erfasst wird. Der Begriff „Recht“ wird weiter eingegrenzt auf ein Normverständnis in strafrechtlicher Sicht.
Alltägliche Situationen aus verschiedenen Gebieten des Strafrechts (Fälle) sollen die „Items“ bilden, zu denen Jugendliche, Heranwachsende und junge Erwachsene aus unterschiedlichen Schichten der Bevölkerung und mit verschiedenem Bildungsstand ihre Auffassungen aufschreiben. Begriffe wie Recht, Norm, Moral, Einstellung, Meinung, Stereotyp, Vorurteil und auch Überlegungen zum Verständnis von Recht und Gesetz als „Wert“ werden aufgenommen und im Zusammenhang mit der Entwicklung eines neuen Forschungsverfahrens erörtert.
5 Hypothesen werden formuliert zu Einstellungen von Recht und Gesetz und zur Wert-Orientierung von Individuen.
Vielfältige Überlegungen zur Entwicklung der Items (der Fälle) des standardisierten schriftlichen Intensiv-Interviews und der den Befragten vorzulegenden Stufen-Antworten stehen an. Die zu den einzelnen Items vorgegebenen Stufen-Antworten sollen Normorientierung, Einstellungen zu Recht und Gesetz, in verschiedenem Ausmaß abbilden. Der Inhalt wenigstens einer Item-Stufen-Antwort entspricht der Norm und der Inhalt einer Antwort ist klar nicht normorientiert. Die zusätzlich formulierten alternativen Stufen-Antworten zwischen einer Antwort mit klarer Normorientierung und einer Antwort mit fehlender Normorientierung sind „mehr oder weniger normorientiert“, sie berücksichtigen Aspekte der Normorientierung. Jene werden dargelegt und diskutiert. Besonders beachtet wird die Punkt-Bewertung der entworfenen Stufen-Antworten. Jene bilden schließlich den Einstellungs-Score des Individuums, den „Messwert“, der Auskunft gibt über seine individuelle Normorientierung, seine Einstellung zu Strafrecht und Gesetz.
Es wird im Voraus festgelegt, welche „Summen-Scores“ eine „positive“ Einstellung, welche nur eine „neutrale“ und welche „Summen-Scores“ eine „negative“ Einstellung zu Recht und Gesetz abbilden.
Voruntersuchungen zum Verständnis der Items (der Fälle), eine Überprüfung der Item-Formulierungen, Untersuchungen zum Verständnis der Test-Instruktion und zur Durchführung des Verfahrens mit Hilfe von Befragungen von etwa 100 Jugendlichen und Erwachsenen aus unterschiedlichen sozialen Schichten und mit verschiedenem Bildungsgrad führen in 2006 schließlich zur Endfassung des standardisierten schriftlichen Intensiv-Interviews. Jenes wird dargestellt zusammen mit den entworfenen zusätzlichen Fragen zur Person der Untersuchungsteilnehmer.
Teil B der Arbeit beschreibt und diskutiert erste empirische Befragungen von 13 anfallenden Stichproben mit dem Intensiv-Interview, die in den Jahren 2006 bis 2010 mit 100 Jugendlichen und jungen Erwachsenen, Studierenden einer Universität oder Hochschule, Schülern der 9. Klasse einer Hauptschule und Schülern der 11. Klasse zweier Gymnasien durchgeführt wurden.
Die einzelnen Stichproben mit ihren Personmerkmalen werden charakterisiert.
Stets wird überprüft, ob die ermittelten Ergebnisse die formulierten Hypothesen eher unterstützen oder ob die Hypothesen mit den erhobenen Daten nicht begründet werden können.
Validierungsbemühungen zum Verfahren beziehen sich in den Stichproben 1-5 auch auf die Beantwortung einzelner Items. Sie überprüfen, welche Items die Befragten relativ ähnlich beantworten und zu welchen Items die Testpersonen in unterschiedlicher Weise Stellung nehmen.
Zu 13 anfallenden Stichproben wird gefragt: lassen sich mit dem neuen Verfahren Unterschiede in der Einstellung zu Recht und Gesetz zwischen den Befragten beschreiben? Haben weibliche Jugendliche, Heranwachsende und junge Erwachsene statistisch bedeutsam positivere Einstellung zu Recht und Gesetz als männliche? Können statistisch bedeutsame geschlechtsspezifische Differenzen bei berichteten Konflikten mit dem Gesetz nachgewiesen werden? Gibt es statistisch bedeutsame Unterschiede in den Einstellungen zu Recht und Gesetz zwischen Schülern der 9. Klasse Hauptschule, Schülern der 11. Klasse Gymnasium und einer homogenen Stichprobe von Studierenden einer Universität oder Hochschule?
Zusätzlich erhoben werden die religiöse und politische Orientierung der Probanden.
Jene werden in ihrer Beziehung zu den Einstellungen zu Recht und Gesetz untersucht und verglichen.
Zur Wert-Einstellung der Probanden wird mit einem dafür entworfenen Verfahren untersucht, welche Position erhält der Wert-Bereich „Freiheit, Rechtssicherheit, Gleichheit vor dem Gesetz“ im Vergleich zu neun weiteren Wert-Bereichen in den drei Status-Gruppen?
Aufgabe und Inhalt dieser Arbeit war es zu untersuchen, inwieweit ein zielgruppenspezifisches Trainingsprogramm (IST - infanteriespezifisches Training) und die Verwendung der stochastischen Resonanztherapie (SRT Zeptoring) Einfluss auf die Steigerung der motorischen Fähigkeiten Kraft, Ausdauer, Koordination und Schnelligkeit während der militärischen Ausbildung hat. Dazu wurden an 2 Probandengruppen (Experimentalgruppe: Feldwebelanwärterlehrgang Fallschirmjägertruppe, n = 38; Kontrollgruppe: Zugführerlehrgang für Offiziere/-anwärter Fallschirmjägertruppe, n = 26) verschiedene sportmotorische Testungen (BFT; McGill Rumpfkrafttest; Testor- Koordinationstestung; Herzfrequenzmessung und -dokumentation) zur Untersuchung und Darstellung der spezifischen physischen Fitness vollzogen und ausgewertet. Die Experimentalgruppe durchlief das zu untersuchende 7-wöchige IST- Zirkeltraining (14 Trainingseinheiten/2-mal wöchentlich), bestehend aus 15 Übungen, welche neben den Kraftfähigkeiten auch die anderen zu testenden motorischen Fähigkeiten beanspruchten. In diesem Programm wurden Hilfsmittel des täglichen Bedarfs (Reifen, Sandsäcke etc.), Körpergewichtstraining und Trainingsgeräte wie Kettlebells und Schlingentrainer verwendet, um v.a. die funktionellen Bewegungsanforderungen zu trainieren, welche einen Transfer zu den Bewegungsmustern des militärischen Alltags darstellen. Die Durchführung unterlag den planerischen und zeitlichen Vorgaben und Gegebenheiten des Lehrgangsalltags, so dass die Durchführungsbedingungen möglichst realistisch und damit auf andere Ausbildungsabschnitte reproduzierbar sind. Zur Untersuchung des möglichen Einflusses der SRT (2-mal wöchentlich/ je 1 Minute vor den Trainingseinheiten IST) wurde zu Beginn der Trainingsintervention die Experimentalgruppe in zwei gleich große und leistungsstarke Subgruppen (Gruppe „IST+SRT“; Gruppe „IST“; je n=19) mittels Parallelisierungsverfahren aufgeteilt. Die Kontrollgruppe führte während des Untersuchungszeitraums kein spezielles Training durch, hierdurch sollten die Lehrgangsbelastungen und die Wirkungen der Treatments erkennbar gemacht werden.
Ergebnisse: Die Auswertungen des BFT ergaben, dass die Probanden der Experimentalgruppe in den Disziplinen Klimmhang (+ 16,00 % ; p < 0,001) und 11 × 10-m-Sprint (– 4,90 % ; p < 0,001) einen deutlichen Leistungszuwachs erzielten, nur die Zeiten 1000-m-Lauf verschlechterten sich leicht um + 0,60 % (p = 0,622). Die Teilnehmer der Kontrollgruppe hatten in allen Bereichen deutliche Leistungseinbußen (Klimmhang: – 11,30 %; p < 0,001 / 11 x 10 m Sprint: + 4,50 %; p < 0,001 / 1000-m-Lauf: + 3,50 %; p < 0,01). Gleiches galt für die gemessenen Herzfrequenzen während des 1000-m-Laufs (PRE - POST), die HFmax. / HF ∅-Werte sanken bei der Experimentalgruppe (– 4,82 % / – 4,36 %; p < 0,001 / p < 0,05) und stiegen bei der Kontrollgruppe (+ 0,12 % / + 0,31 %; p = 0,914 / p = 0,886). Dies ist als positive Anpassung der Ausdauerleistungsfähigkeit (Ökonomisierung) bei der Experimental- bzw. als Rückgang dieser Kapazitäten bei der Kontrollgruppe zu bewerten.
Um das Treatment SRT zu untersuchen absolvierte nur ein Teil der Experimentalgruppe dieses Verfahren. Die Ergebnisse dieser Subgruppe („IST + SRT“) zeigen in allen Disziplinen höhere Zuwächse und Effektstärken als dies die Vergleichsgruppe „IST“ (nur IST, keine zusätzliche SRT) erzielte (Klimmhang: + 21,54 % vs. + 10,60 %; p < 0,001 / 11 × 10-m-Sprint: – 6,70 % vs. – 3,05 %; p < 0,001 / 1000-m-Lauf: + 0,54 % vs. + 0,69 %; p = 0,813 bzw. p = 0,687). Besonders der höchstsignifikanter Unterschied zwischen der „IST+SRT“- und „IST“- Gruppe bei den
Leistungsentwicklungen beim 11 × 10 m Sprint, zeigt, dass vor allem bei dieser Disziplin, in der Agilität / Schnelligkeit / Gewandtheit (vgl. EßFELD, 2006) besonders abverlangt wurden, das zusätzliche Treatment SRT besonders wirkungsvoll war. Dieses Testprofil entspricht auch am ehesten den realen Bewegungsformen im Gefecht, weshalb die Anforderungen und der damit bedingte Transfer zu den motorischen Anforderungsprofilen hierbei besonders hervorzuheben ist. Bei den Diziplinen 1000-m-Lauf (zyklische Laufbewegung) und Klimmhang (isometrische Haltearbeit) sind naturgemäß geringere koordinative Anforderungen gegeben, weshalb die Unterschiede zwischen den Subgruppen „IST“ und „IST+SRT“ bzgl. signifikanter Veränderungen nicht so zum tragen kommen, was in gleichem Maße für alle Testübungen des McGill-Verfahrens (isometrische Haltearbeit) der Fall ist.
Bei der Überprüfung der Rumpfkraft (McGill Test) ergab sich, dass erneut die Experimentalgruppe in allen Bereichen deutliche Verbesserungen (p < 0,001) erzielte (Lateralflexion rechts : + 28,75 %; Lateralflexion links: + 23,69 %; Flexion: + 33,41 %; Extension: + 33,71 %), während die Probanden der Kontrollgruppe wiederum einen Rückgang der Ergebnisse vorwiesen (Lateralflexion rechts : – 6,55 %; p < 0,05 / Lateralflexion links: – 4,96 %; p = 0,117 / Flexion: + 1,09 %; p = 0,695 / Extension: – 0,59 %; p = 0,433). Die vormals signifikant besseren Ergebnisse der Kontrollgruppe wurden durch den Leistungszuwachs bei der Experimentalgruppe ausgeglichen, so dass zum Ende der Studie keine signifikanten Unterschiede mehr zwischen den Gruppen ersichtlich waren. Ebenfalls zeigte sich auch bei dieser Testreihe, dass die „IST+SRT“ Gruppe bessere Resultate (POST) und somit höhere Effekte erlangten als die Angehörigen der Subgruppe „IST“ (Lateralflexion rechts: + 33,13 % vs. + 24,50 %; Lateralflexion links: + 25,94 % vs. + 21,41 %; Flexion: + 35,34 % vs. + 31,20 % ; Extension: + 36,45 % vs. + 31,15 %).
Die Überprüfung der muskulären Balance (McGill Test) der Lendenwirbelsäule (Indikator für eine Verletzungsprophylaxe) zeichnete dasselbe Bild, während sich die Werte der Experimentalgruppe verbesserten, verschlechterten sich diejenigen der Kontrollgruppe.
Die Gleichgewichtsfähigkeit / posturale Kontrolle (mittlere Auslenkung) verbesserte sich bei der Experimentalgruppe (gesamt) um – 8,63 % (p < 0,05); auch hier bei der Gruppe „IST+SRT“ (–10,72 %) deutlicher als bei der Gruppe „IST“ (– 6,37 %). Die Wirkungen der SRT auf die posturale Kontrolle und Körperstabilität konnten darüber hinaus bei einer parallel durchgeführten Untersuchung (Störgrößentest) nachgewiesen werden. Hinsichtlich der Vergleiche der Subgruppenergebnisse (IST+SRT vs. IST) zeigten sich bei der "Zeptorgruppe" signifikante Verbesserungen, nicht jedoch bei der Kontrollgruppe,.
Die Auswertung der Befragung der Trainingsteilnehmer und Ausbilder ergab, dass diese die durchgeführten Trainingsmaßnahmen (IST und SRT) sehr praktikabel, effizient und zielführend empfanden.
Fazit: Die Anforderungen des militärischen Alltags die v.a. hohe Belastungen für den Bewegungsapparat bedeuten sind durch eine Vielzahl von Studien nachgewiesen. Diese beträchtlichen Beanspruchungen müssen muskulär stabilisiert bzw. kompensiert werden, um eine adäquate physische Leistungsfähigkeit in Einsatz und Ausbildung aufrechtzuerhalten bzw. hieraus resultierende Gefahrenpotential von Überlastungserscheinungen / Verletzungen des Bewegungsapparates zu reduzieren. Die gezeigten Ergebnisse der Studie verdeutlichen, dass das
Zusammenwirken der Treatments IST und SRT positive und nachweisliche Steigerungen der (infanterie-)spezifischen Kraft- und Koordinationsparameter und der anaeroben Leistungsfähigkeit bzw. Herzfrequenzwerte unter Belastung erwirkten. Der Zeitaufwand für die Umsetzung dieses Trainingssystems und -verfahrens war verhältnismäßig gering und erfüllte so die lehrgangsbezogenen Richtwerte. Die Aussage, dass eine zweimalige wöchentliche Trainingsintervention die Leistungsfähigkeit der Probanden (Experimentalgruppe) deutlich steigerte wurde durch die dargestellten Ergebnisse der Untersuchungen belegt. Die Lehrgangsbelastungen jedoch, ohne ein regelmäßig durchgeführtes spezifisches Training, führen zu einer Reduktion der physischen Leistungsfähigkeit, was die Ergebnisse der Kontrollgruppe beweisen und die Bewertung der Effekte der Experimentalgruppe noch verstärken.
Ein kraftorientiertes Programm mit funktionell-koordinativen Übungen in Verbindung mit einem spezifischen Warm-Up forciert durch die SRT scheint für die Zielgruppe Infanterist/Fallschirmjäger eine durchgreifend effektive Trainingsmaßnahme zum Ausbau der spezifischen motorischen Anforderungsprofile des militärischen Alltags darzustellen.
Die toxikologische Charakterisierung von Chemikalien und Arzneimitteln basiert auch heute noch hauptsächlich auf Toxizitätstests an Labortieren. Insbesondere die Prüfung auf Kanzerogenität fordert eine große Tieranzahl mit einer hohen Belastung der eingesetzten Tiere und ist sehr zeit- und kostenintensiv. Folglich stellt die Entwicklung von Methoden als Ergänzung und potenziellen Ersatz für Tierversuche ein Ziel der molekularen und zellulären Toxikologie dar. Diese Methoden umfassen verkürzte oder minimal invasive in vivo- sowie in vitro-Versuche, welche der toxikologischen Prüfung von Substanzen gemäß dem 3R-Prinzip dienen könnten.
Das Ziel dieser Arbeit war es, den Einsatz von Toxikoproteomics und -genomics im 28-Tage-Test (Toxizitätsstudie nach wiederholter oraler Gabe in Ratten), die in der Toxikologie routinemäßig durchgeführt werden müssen, zu untersuchen. Daneben wurden entsprechende Lebergewebeproben aus der in vivo-Prüfung mit den Daten aus einem hepatozytären Zellkultursystem als Ersatz- und Ergänzungsmethode verglichen. Identifizierte mechanistische Daten und putative Biomarker könnten für die Ableitung von chronisch-toxischen Potentialen von Substanzen genutzt werden und eine frühere Vorhersage zu kanzerogenen Potentialen von Stoffen erlauben.
Die in der Arbeit gewählten Modellsubstanzen stammten aus drei verschiedenen mechanistischen Kategorien: genotoxische Kanzerogene [Diethylnitrosamin (DEN), Aflatoxin B1 (AFB), Cupferron (CUP)], nicht-genotoxische Kanzerogene [Tetrachlorkohlenstoff (CCl4), Di(2-ethylhexyl)phthalat (DEHP), Clofibrat (CF)] und hepatotoxische Nicht-Kanzerogene [Diallyl Phthalat (DAP), Benzaldehyd (BA), Ketokonazol (KC)].
Im ersten Teil der Arbeit wurden Rattenlebern aus den behandelten Tieren (ausgewählte Substanzen: AFB, CUP, CF, BA, KC) und den entsprechenden Kontrollen auf Veränderungen der globalen Genexpression nach 3, 7 und 28 Behandlungstagen untersucht. Das Ziel war es, nach kurzer Expositionsdauer charakteristische Wirkmechanismen auf Ebene der Genexpression zu erfassen, welche als frühes Indiz für zelluläre Transformation in Richtung Lebertoxizität bzw. Tumorentwicklung verwendet werden könnte. Dabei wurde gezeigt, dass eine Aktivierung verschiedener Prozesse, wie oxidativer Stress, Zellzyklus, Apoptose, Zellwachstum sowie spezifische Mechanismen infolge der verursachten Schädigung durch die eingesetzten Verbindungen bereits ab Tag 3 detektiert werden konnten. Mit der Genexpressionsanalyse wurden zudem auch einige putative Biomarker, welche kanzerogene Veränderungen beschreiben können, an Tag 28 identifiziert. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass die Daten der toxikogenomischen Analyse mit den histopathologischen Beobachtungen für diese Substanzen gestützt werden.
Im darauf folgenden Teil der Arbeit sollte eine Proteommethode zur Identifizierung und Charakterisierung putativer Protein-Biomarker im Plasma eingesetzt werden, die eine verbesserte Vorhersage von Prozessen der chemisch induzierten Leberkanzerogenese innerhalb des geforderten 28-Tage-Tests erlauben. Der Vorteil der Nutzung von Plasma ist, dass die Tiere dafür nicht getötet werden müssen und man den Verlauf der Veränderungen in weniger Tieren über viele Zeitpunkte hinweg verfolgen kann. Hierfür wurde das Rattenplasma von Tag 3, 7 und 28 der mit genotoxischen und Nichtgenotoxischen Kanzerogenen behandelten Tiere mittels zweidimensionaler Gelelektrophorese und anschließender Identifizierung mit MALDI Massenspektrometrie untersucht. Die Ergebnisse zeigten bei den genotoxischen als auch Nichtgenotoxischen Kanzerogenen eine Vielzahl von Proteinen, die in akut toxischen Prozessen, wie z.B. dem Fettstoffwechsel, der Immunantwort und dem Proteinmetabolismus involviert sind. Als putativer Biomarker konnte zum Beispiel Alpha-1-Antitrypsin identifiziert werden, das auch im Serum bei Patienten mit Leberzellkarzinomen erhöht ist. Eine klare Unterscheidung zwischen den Mechanismen der genotoxischen und Nicht-genotoxischen Kanzerogene war allerdings auf Basis dieser begrenzten Daten nicht möglich.
Im dritten Teil der Arbeit wurden Rattenhepatozyten mit den gleichen fünf ausgewählten Ausgangssubstanzen wie im in vivo-Experiment behandelt. Das Ziel bestand darin, die Eignung von primären Rattenhepatozyten in Collagen-Sandwich-Kulturen als in vitro-Modell zur Prädiktion von hepatotoxischen Effekten zu überprüfen. Der Vergleich des in vitro-Systems zu den in vivo-Daten an den Behandlungstagen 3 und 7 zeigte, dass zwischen in vivo und in vitro eine gute Korrelation der mechanistischen Genexpressionsveränderungen nach Behandlung mit AFB und CF zu detektieren war. Des Weiteren lieferte die Behandlung der primären Rattenhepatozyten mit CUP detaillierte Hinweise auf den toxischen Mechanismus, wogegen in den Leberproben keine vergleichbaren Erkenntnisse gewonnen werden konnten. So konnte für CUP in vitro z.B. ein starker Einfluss auf das Netzwerk der nukleären Rezeptoren gezeigt werden. Der Vergleich des in vivo- und in vitro-Testsystems nach Behandlung mit den hepatotoxischen Substanzen KC und BA zeigte im Gegensatz zu AFB und CF nur eine sehr geringe Übereinstimmung der differentiell deregulierten Gene bzw. Signalwege. Ein möglicher Grund für die Unterschiede könnten die eingesetzten Dosierungen sein, welche möglicherweise nicht direkt miteinander verglichen werden können.
Die Ergebnisse dieser Arbeit demonstrieren, dass die eingesetzten molekulartoxikologischen Methoden frühe Hinweise liefern können, die sowohl eine Zuordnung zu toxischen Wirkmechanismen als auch eine Identifizierung von kanzerogenesespezifischer Biomarker-Kandidaten ermöglichen. Zudem zeigte der Vergleich der in vivo / in vitro-Testsysteme eine gute Übereinstimmung in den identifizierten Signalwegen nach Behandlung mit den Testkanzerogenen. In Zukunft könnten diese Methoden in den kürzeren in vivo-Prüfungen wie z.B. 28-Tage-Test eingesetzt werden, um die konventionellen toxikologischen Prüfsysteme zu unterstützen.