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Die Ausbreitung von HIV stellt ein kontinuierlich wachsendes Problem dar [132]. Durch Einführung der hochaktiven antiretroviralen Therapie (HAART) konnte die Morbidität und Mortalität der HIV-Infektion deutlich gesenkt werden, jedoch limitieren Resistenzbildungen des Virus und Toxizität der Medikamente den Erfolg. Eine mögliche Therapiealternative bietet die HIV-Gentherapie. Hierbei werden Zellen eines Patienten genetisch modifiziert, so dass sie ein antivirales Genprodukt exprimieren. In der Arbeitsgruppe von Laer (Georg-Speyer-Haus, Frankfurt) wurde der retrovirale Vektor M87o entwickelt, der das antivirale, membranverankerte Peptid maC46 kodiert. Dieses hemmt als Fusionsinhibitor effizient den Viruseintritt von HIV. Als Zielzellen einer HIV-Gentherapie können neben TLymphozyten, den eigentlichen Zielzellen von HIV, auch deren Vorläufer, die hämatopoetischen Stammzellen, verwendet werden. Durch Generierung der gesamten Hämatopoese sollte dies zur Expression des antiviralen Transgens in allen Blutzelllinien führen. Besonders wichtig hierbei ist, dass die Funktion der hämatopoetischen Stammzellen durch die genetische Modifikation möglichst nicht gestört wird. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, toxische Effekte von M87o auf die Repopulierungsfähigkeit hämatopoetischer Stammzellen auszuschließen. Neben den Toxizitätsanalysen sollte auch die Langzeitexpression des retroviralen Vektors nach Transplantation genetisch modifizierter T- und Stammzellen untersucht werden. Eine stabile Expression des Transgens ist vor allem in T-Lymphozyten als Hauptzielzellen von HIV ausschlaggebend für den Erfolg der Gentherapie. Daher war ein weiteres Ziel dieser Arbeit, die Transgenexpression in vivo besonders in T-Lymphozyten im Verlauf zu untersuchen. Hierzu wurden in einem syngenen Mausmodell hämatopoetische Stammzellen mit dem retroviralen Vektor M87o transduziert und in bestrahlte Rag1-defiziente Mäuse transplantiert. Damit mögliche toxische Effekte von M87o auf die Hämatopoese nicht durch den Anteil untransduzierter Zellen im Transplantat maskiert werden, wurde in einer Versuchgruppe der Anteil transduzierter Stammzellen durch MACS-Sortierung auf über 95% angehoben. bAls Kontrollgruppen wurden untransduzierte, aber gleichermaßen kultivierte Stammzellen sowie mit dem Kontrollvektor M87c transduzierte Stammzellen transplantiert. Im folgenden Beobachtungszeitraum von 18-20 Wochen wurde regelmäßig das periphere Blut der Empfängertiere analysiert sowie nach Tötung der Tiere die einzelnen Zellpopulationen der hämatopoetischen Organe Blut, Lymphknoten und Milz charakterisiert. Hierbei konnte keine Toxizität durch M87o nachgewiesen werden. Zwar wurde für M87o-angereicherte Stammzelltransplantate eine verminderte bzw. verzögerte Lymphozytenrepopulierung beobachtet, dies war jedoch wahrscheinlich auf eine eingeschränkte „Fitness“ der Stammzellen durch den Sortierungsprozess und eine geringere Zellzahl im Transplantat zurückzuführen. M87o-transduzierte Stammzellen waren schließlich in der Lage, die komplette Lymphopoese zu generieren. Im Blut, Lymphknoten und Milz der Rezipienten konnten NK-, T- und B-Zellen nachgewiesen werden. Die lymphatische Differenzierung wurde also durch M87o nicht beeinträchtigt. Eine Aussage über die Toxizität von M87o auf die Myelopoese konnte leider nicht getroffen werden. Nach subletaler Bestrahlung der Empfängertiere und damit nur teilweisen Ablation des endogenen Knochenmarks wurden die meisten Zellen der myeloischen Linie durch die Wirts-Stammzellen generiert. Es müssen somit hinsichtlich der Unbedenklichkeit von M87o noch weitere präklinische Untersuchungen erfolgen, bei denen durch letale Bestrahlung der Empfängertiere lediglich die durch Spenderzellen differenzierte Myelopoese analysiert werden kann. Bei den Untersuchungen zur Transgenexpression nach Transplantation genetisch modifizierter Stammzellen konnte eine Langzeitexpression des maC46-Peptids auf allen lymphatischen Zelllinien (T-, B- und NK-Zellen) nachgewiesen werden. Dies zeigt also, dass eine stabile und effiziente Integration des Transgens und somit eine langfristige Expression in vivo möglich ist. Im Verlauf konnten jedoch bei nahezu allen Tieren fallende Anteile M87o-exprimierender Lymphozyten nachgewiesen werden. Dieser beobachtete Expressionsverlust war variabel hinsichtlich des zeitlichen Auftretens sowie zelltypabhängig. Die höchsten Anteile M87o-exprimierender Zellen zeigten sich innerhalb der B-Lymphozyten. Im Rahmen der M87o-Expressionsanalyse nach Transplantation genetisch modifizierter T-Lymphozyten wurden T-Lymphozyten mit unterschiedlicher Transduktionseffizienz in Rag1-defiziente Mäuse transplantiert. Unterschiede in der Langzeitexpression in Abhängigkeit von der ins Genom integrierten Kopienzahl des Vektors konnten hierbei nicht eindeutig gezeigt werden. Bei einigen Tieren konnte eine relativ langfristige in vivo Expression des maC46-Peptids nachgewiesen werden, bei anderen hingegen nachlassende Transgenexpressionen. Insgesamt war die Aussagekraft hier jedoch durch eine nach Transplantation auftretende schwere Kolitis bei den Versuchstieren und somit limitierte Beobachtungszeit stark eingeschränkt.
Over the past two decades the “one drug – one target – one disease” concept became the prevalent paradigm in drug discovery. The main idea of this approach is the identification of a single protein target whose inhibition leads to a successful treatment of the examined disease. The predominant assumption is that highly selective ligands would avoid unwanted side effects caused by binding to secondary non-therapeutic targets. In recent years the results of post-genomic and network biology showed that proteins rarely act in isolated systems but rather as a part of a highly connected network [1]. In addition this connectivity leads to more robust systems that cannot be interfered by the inhibition of a single target of that network and consequently might not lead to the desired therapeutic effect [2]. Furthermore studies prove that robust systems are rather affected by weak inhibitions of several parts than by a complete inhibition of a single selected element of that system [3]. Therefore there is an increasing interest in developing drugs that take effect on multiple targets simultaneously but is concurrently a great challenge for medicinal chemists. There has to be a sufficient activity on each target as well as an adequate pharmacokinetic profile [4]. Early design strategies tried to link the pharmacophors of known inhibitors, however these methods often lead to high molecular weight and low ligand efficacy. We present a new rational approach based on a retrosynthetic combinatorial analysis procedure [5] on approved ligands of multiple targets. These RECAP fragments are used to design a large combinatorial library containing molecules featuring chemical properties of each ligand class. The molecules are further validated by machine learning models, like random forests and self-organizing maps, regarding their activity on the targets of interest.
Introduction: Systemic inflammation (e.g. following surgery) involves Toll-like receptor (TLR) signaling and leads to an endocrine stress response. This study aims to investigate a possible influence of TLR2 and TLR4 single nucleotide polymorphisms (SNPs) on perioperative adrenocorticotropic hormone (ACTH) and cortisol regulation in serum of cardiac surgical patients. To investigate the link to systemic inflammation in this context, we additionally measured 10 different cytokines in the serum. Methods: 338 patients admitted for elective cardiac surgery were included in this prospective observational clinical cohort study. Genomic DNA of patients was screened for TLR2 and TLR4 SNPs. Serum concentrations of ACTH, cortisol, interferon (IFN)-, interleukin (IL)-1, IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-8, IL-10, tumor necrosis factor (TNF)- and granulocyte macro-phage-colony stimulating factor (GM-CSF) were determined before surgery, immediately post surgery and on the first postoperative day. Results: 13 patients were identified as TLR2 SNP carrier, 51 as TLR4 SNP carrier and 274 pa-tients as non-carrier. Basal levels of ACTH, cortisol and cytokines did not differ between groups. In all three groups a significant, transient perioperative rise of cortisol could be ob-served. However, only in the non-carrier group this was accompanied by a significant ACTH rise, TLR4 SNP carriers had significant lower ACTH levels compared to non-carriers ((mean[95% confidence intervals]) non-carriers: 201.9[187.7 to 216.1]pg/ml; TLR4 SNP car-riers: 149.9[118.4 to 181.5]pg/ml; TLR2 SNP carriers: 176.4[110.5 to 242.3]pg/ml). Compared to non-carriers, TLR4 SNP carriers showed significant lower serum IL-8, IL-10 and GM-CSF peaks ((mean[95% confidence intervals]): IL-8: non-carriers: 42.6[36.7 to 48.5]pg/ml, TLR4 SNP carriers: 23.7[10.7 to 36.8]pg/ml; IL-10: non-carriers: 83.8[70.3 to 97.4]pg/ml, TLR4 SNP carriers: 54.2[24.1 to 84.2]pg/ml; GM-CSF: non-carriers: 33.0[27.8 to 38.3]pg/ml, TLR4 SNP carriers: 20.2[8.6 to 31.8]pg/ml). No significant changes over time or between the groups were found for the other cytokines. Conclusions: Regulation of the immunoendocrine stress response during systemic inflamma-tion is influenced by the presence of a TLR4 SNP. Cardiac surgical patients carrying this ge-notype showed decreased serum concentrations of ACTH, IL-8, IL-10 and GM-CSF. This finding might have impact on interpreting previous and designing future trials on diagnosing and modulating immunoendocrine dysregulation (e.g. adrenal insufficiency) during systemic inflammation and sepsis.
Adhesion and host cell modulation: critical pathogenicity determinants of Bartonella henselae
(2011)
Bartonella henselae, the agent of cat scratch disease and the vasculoproliferative disorders bacillary angiomatosis and peliosis hepatis, contains to date two groups of described pathogenicity factors: adhesins and type IV secretion systems. Bartonella adhesin A (BadA), the Trw system and possibly filamentous hemagglutinin act as promiscous or specific adhesins, whereas the virulence locus (Vir)B/VirD4 type IV secretion system modulates a variety of host cell functions. BadA mediates bacterial adherence to endothelial cells and extracellular matrix proteins and triggers the induction of angiogenic gene programming. The VirB/VirD4 type IV secretion system is responsible for, e.g., inhibition of host cell apoptosis, bacterial persistence in erythrocytes, and endothelial sprouting. The Trw-conjugation system of Bartonella spp. mediates host-specific adherence to erythrocytes. Filamentous hemagglutinins represent additional potential pathogenicity factors which are not yet characterized. The exact molecular functions of these pathogenicity factors and their contribution to an orchestral interplay need to be analyzed to understand B. henselae pathogenicity in detail.
Jahresbericht 2008 / HeBIS
(2009)