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Background: The combination of high-throughput transcript profiling and next-generation sequencing technologies is a prerequisite for genome-wide comprehensive transcriptome analysis. Our recent innovation of deepSuperSAGE is based on an advanced SuperSAGE protocol and its combination with massively parallel pyrosequencing on Roche's 454 sequencing platform. As a demonstration of the power of this combination, we have chosen the salt stress transcriptomes of roots and nodules of the third most important legume crop chickpea (Cicer arietinum L.). While our report is more technology-oriented, it nevertheless addresses a major world-wide problem for crops generally: high salinity. Together with low temperatures and water stress, high salinity is responsible for crop losses of millions of tons of various legume (and other) crops. Continuously deteriorating environmental conditions will combine with salinity stress to further compromise crop yields. As a good example for such stress-exposed crop plants, we started to characterize salt stress responses of chickpeas on the transcriptome level. Results: We used deepSuperSAGE to detect early global transcriptome changes in salt-stressed chickpea. The salt stress responses of 86,919 transcripts representing 17,918 unique 26bp deepSuperSAGE tags (UniTags) from roots of the salt-tolerant variety INRAT-93 two hours after treatment with 25 mM NaCl were characterized. Additionally, the expression of 57,281 transcripts representing 13,115 UniTags was monitored in nodules of the same plants. From a total of 144,200 analyzed 26bp tags in roots and nodules together, 21,401 unique transcripts were identified. Of these, only 363 and 106 specific transcripts, respectively, were commonly up- or down-regulated (>3.0-fold) under salt stress in both organs, witnessing a differential organ-specific response to stress. Profiting from recent pioneer works on massive cDNA sequencing in chickpea, more than 9,400 UniTags were able to be linked to UniProt entries. Additionally, gene ontology (GO) categories over-representation analysis enabled to filter out enriched biological processes among the differentially expressed UniTags. Subsequently, the gathered information was further cross-checked with stress-related pathways. From several filtered pathways, here we focus exemplarily on transcripts associated with the generation and scavenging of reactive oxygen species (ROS), as well as on transcripts involved in Na+ homeostasis. Although both processes are already very well characterized in other plants, the information generated in the present work is of high value. Information on expression profiles and sequence similarity for several hundreds of transcripts of potential interest is now available. Conclusions: This report demonstrates, that the combination of the high-throughput transcriptome profiling technology SuperSAGE with one of the next-generation sequencing platforms allows deep insights into the first molecular reactions of a plant exposed to salinity. Cross validation with recent reports enriched the information about the salt stress dynamics of more than 9,000 chickpea ESTs, and enlarged their pool of alternative transcripts isoforms. As an example for the high resolution of the employed technology that we coin deepSuperSAGE, we demonstrate that ROS-scavenging and -generating pathways undergo strong global transcriptome changes in chickpea roots and nodules already 2 hours after onset of moderate salt stress (25mM NaCl). Additionally, a set of more than 15 candidate transcripts are proposed to be potential components of the salt overly sensitive (SOS) pathway in chickpea. Newly identified transcript isoforms are potential targets for breeding novel cultivars with high salinity tolerance. We demonstrate that these targets can be integrated into breeding schemes by micro-arrays and RT-PCR assays downstream of the generation of 26bp tags by SuperSAGE.
G-protein coupled receptors (GPCRs) are the key players in signal perception and transduction and one of the currently most important class of drug targets. An example of high pharmacological relevance is the human endothelin (ET) system comprising two rhodopsin-like GPCRs, the endothelin A (ETA) and the endothelin B (ETB) receptor. Both receptors are major modulators in cardiovascular regulation and show striking diversities in biological responses affecting vasoconstriction and blood pressure regulation as well as many other physiological processes. Numerous disorders are associated with ET dysfunction and ET antagonism is considered an efficient treatment of diseases like heart failure, hypertension, diabetes, artherosclerosis and even cancer. This study exemplifies strategies and approaches for the preparative scale synthesis of GPCRs in individual cell-free (CF) systems based on E. coli, a newly emerging and promising technique for the production of even very difficult membrane proteins. The preparation of high quality samples in sufficient amounts is still a major bottleneck for the structural determination of the ET receptors. Heterologous overexpression has been a challenge now for decades but extensive studies with conventional cell-based systems had only limited success. A central milestone of this study was the development of efficient preparative scale expression protocols of the ETA receptor in qualities sufficient for structural analysis by using individual CF systems. Newly designed optimization strategies, the implementation of a variety of CF expression modes and the development of specific quality control assays finally resulted in the production of several milligrams of ETA receptor per one millilitre of reaction mixture. The versatility of CF expression was extensively used to modulate GPCR sample quality by modification of the solubilization environment with detergents and lipids in a variety of combinations at different stages of the production process. Downstream processing procedures of CF synthesized GPCRs were systematically optimized and sample properties were analysed with respect to homogeneity, protein stability and receptor ligand binding competence. Evaluation was accomplished by an array of complementary and specifically modified techniques. Depending on its hydrophobic environment, CF production of the ETA receptor resulted in non-aggregated, monodisperse forms with sufficient long-term stability and high degrees of secondary structure thermostability. The obtained results document the CF production of the ETA receptor in two different modes as an example of a class A GPCR in ligand-binding competent and non-aggregated form in quantities sufficient for structural approaches. The presented strategy could serve as basic guideline for the production of related receptors in similar systems.
Während der vergangenen Jahrzehnte stieg die durchschnittliche Lebenserwartung der Bevölkerung in den westlichen Industrieländern durch die Verbesserung der allgemeinen Lebensbedingungen, insbesondere durch die Fortschritte in der Hygiene und der Medizin sowie stabile politische Verhältnisse, kontinuierlich an. Aufgrund dieser demographischen Entwicklung zu einer zunehmend älter werdenden Gesellschaft nimmt auch das Auftreten von progressiven, altersabhängigen Erkrankungen, wie zum Beispiel der Parkinson‟schen Krankheit zu. Dieser Trend stellt sowohl für die betroffenen Patienten und ihre Angehörigen als auch für die Gesundheits- und Sozialsysteme eine gewaltige und kostenintensive Herausforderung dar. Um wirkungsvolle Therapien entwickeln zu können, die früh im Krankheitsverlauf eingreifen und die Manifestation der Erkrankung verhindern oder verzögern beziehungs-weise die darauf abzielen, die Symptome der Erkrankung nach deren Manifestation zu lindern, ist es unerlässlich, die diesen progressiven, altersabhängigen Krankheiten zugrundeliegenden Mechanismen zu erforschen und entsprechende krankheitsspezifische, molekulare Biomarker zu identifizieren. Darüber hinaus stellt die Identifizierung solcher Biomarker einen wichtigen Ansatzpunkt für die klinische Diagnostik und Therapeutik sowie für die Entwicklung neuer therapeutischer Behandlungsstrategien dar. Das subzellulär vorwiegend präsynaptisch lokalisierte Protein alpha-Synuklein blieb in den Jahren nach seiner Erstbeschreibung 1988 durch Luc Maroteaux von der biomedizinischen Forschung weitgehend unbeachtet. Erst die Assoziationen von unterschiedlichen Mutationen des alpha-Synuklein-Gens mit seltenen, autosomal-dominant vererbten, monogenetischen Varianten der Parkinson‟schen Krankheit (PARK1 und PARK4) seit 1997 sowie die Identifizierung des Proteins im Jahre 1998 als Hauptbestandteil von intrazellulären Proteinaggregaten (Lewy-Körpern und Lewy-Neuriten), deren Vorkommen charakteristisch für progressive, neurodegenerative und unter dem Sammelbegriff „Synukleinopathien“ klassifizierte Erkrankungen (wie beispielsweise auch die häufigen, sporadischen Formen der Parkinson‟schen Krankheit) ist, ließen das alpha-Synuklein in den Fokus der biomedizinischen Forschung rücken. Trotz intensiver Bemühungen der weltweiten Forschungsgemeinschaft konnten seitdem in den vergangenen 13 Jahren die physiologischen Funktionen von alpha-Synuklein und die den unterschiedlichen Synukleinopathien zugrundeliegenden, molekularen pathophysiologischen Mechanismen nicht genau identifiziert werden. Stattdessen führte die intensive Forschung an alpha-Synuklein mit den unterschiedlichsten experimentellen Herangehensweisen und Modellsystemen zu verschiedenen und teilweise kontroversen Hypothesen und Theorien über dessen physiologische Funktion und pathophysiologische Wirkungsweisen. Die in dieser Dissertationschrift dargestellten experimentellen Untersuchungen wurden an zwei speziellen transgenen Mausmodellen durchgeführt, die entweder einen vollständigen Mangel (= „knockout“; KO) des alpha-Synuklein-Proteins oder eine transgene Überexpression von humanem, A53T-mutierten alpha-Synuklein aufwiesen. Das Hauptziel der dargestellten Studien war es, neue Erkenntnisse hinsichtlich der physiologischen Funktionen des alpha-Synuklein-Proteins, beziehungsweise der krankheits-relevanten, pathophysiologischen Mechanismen der den familiären PARK1- und PARK4-Varianten der Parkinson‟schen Krankheit zugrundeliegenden alpha-Synuklein-Mutationen (Substitution von Alanin durch Threonin an Position 53 der Aminosäuresequenz (A53T; PARK1) sowie Überexpression (Genduplikation/-triplikation; PARK4)) zu gewinnen...
Lichtgesteuerte Channelrhodopsine (ChR) haben im letzten Jahrzehnt neue Wege zur Untersuchung neurophysiologischer Zusammenhänge eröffnet. Die ersten grundlegenden Charakterisierungen von Channelrhodpsin-1 und Channelrhodopsin-2 (ChR-1 und ChR-2) zeigten bereits die hohe Selektivität dieser Ionenkanäle für Protonen gegenüber monovalenten und divalenten Kationen und veranschaulichten die Dominanz der einwärtsgerichteten gegenüber den auswärtsgerichteten Kationenströmen durch die Kanalpore (Einwärtsgleichrichtung) (Nagel et al., 2002; Nagel et al., 2003). Nach Expression von Channelrhodopsin können erregbare Zellen mit einem Ruhepotential von -60 mV durch Licht depolarisiert und Aktionspotentiale (AP’s) ausgelöst werden (Boyden et al., 2005; Li et al., 2005; Nagel et al., 2005b). Aufgrund der Einwärtsgleichrichtung von ChR nehmen die lichtaktivierten Ströme mit zunehmender Depolarisation ab, sodass die vollständige Ausbildung des AP’s nicht gestört wird. Dadurch wird ChR zu einem optimalen optogenetischen Werkzeug. Dennoch ist die Einwärtsgleichrichtung bisher wenig detailliert charakterisiert. Auch die zugrunde liegenden Mechanismen sind nicht genau bekannt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte anhand von Patch-Clamp Messungen gezeigt werden, dass zwei Mechanismen die Rektifizierung des Kanalstroms durch ChR-2 hervorrufen: eine Spannungsabhängigkeit der Einzelkanalleitfähigkeit und eine Spannungsabhängigkeit der Offenwahrscheinlichkeit. Die Spannungsabhängigkeit der Einzelkanalleitfähigkeit ist von der Art der geleiteten Ionen abhängig und konnte experimentell über die Unterschiede der stationären IV-Kurve für H+ und Na+ bei symmetrischen Ionenkonzentrationen bewiesen werden. Des Weiteren wurden die Resultate für unterschiedliche Ionenbedingungen anhand eines Ionenbindungsmodells mit einem „3-Barrieren 2-Bindungsstellen“ Profil für die Kanalpore simuliert. Die Spannungsabhängigkeit der Offenwahrscheinlichkeit ist an eine Lichtadaption des ChR-2 Proteins gekoppelt. Diese Lichtadaption konnte mithilfe von repetitiven Messungen, d.h. Strommessungen mit mehrfachen kurzen Lichtblitzen (10 ns), gezeigt werden. Da die Lichtadaption wie auch die Kanalkinetik stark vom pH abhängig sind, ist anzunehmen, dass mechanistisch wichtige De- und Reprotonierungsreaktionen mit diesen Prozessen einhergehen. Ferner konnte über die Untersuchung der elektrophysiologischen Eigenschaften der ChR-2 Mutante E90A eine Region im Protein identifiziert werden, die höchstwahrscheinlich am Protonentransport durch die Kanalpore beteiligt ist. Die Mutante E90A wies eine verringerte Protonenleitfähigkeit und eine natriumabhängige Blockierung der lichtaktivierten Ströme bei niedrigem extrazellulären pH auf. Doppelbelichtungsexperimente mit gelbem oder kurzwelligem blauen Licht ergaben außerdem neue Hinweise auf die Identität einiger Intermediate des Photozyklus. Die vorgestellten Ergebnisse weisen darauf hin, dass die bisher beschriebene „lichtadaptierte“ Form, die als P480 Intermediat bezeichnet wird, eher einem P520 Intermediat entspricht. Außerdem konnte im Rahmen dieser Arbeit eine funktionelle Beteiligung des Intermediats P390, in dem die Schiff Base deprotoniert ist, am Photostrom von ChR-2 im Wildtyp-Protein gezeigt werden. Diese Beteiligung ist bisher nur für ChR-2 Mutanten bekannt (Bamann et al., 2010). Neben der Untersuchung der Kanaleigenschaften von ChR-2 wurde in dieser Arbeit auch der Frage nachgegangen, ob an den Photozyklus von ChR-2 eine vektorielle Protonenverschiebung über der Membran gekoppelt ist. Mithilfe der BLM-Technik und Patch-Clamp Messungen an elektrofusionierten HEK-293 Zellen (Zimmermann et al., 2006) konnte gezeigt werden, dass auch ohne elektrochemische Triebkraft lichtaktivierte Ströme (Pumpströme) zu beobachten sind, die einer vektoriellen Protonenverschiebung von 0,2 - 0,4 Ladungen pro Photozyklus entsprechen. Die Doppelbelichtungsexperimente und der vektorielle Protonentransport geben einen Einblick in den Zusammenhang zwischen Photozyklus und den funktionalen Zuständen des Kanals. Die Ergebnisse zeigen das komplexe Geflecht zwischen Spannungsabhängigkeit, der Kinetik und den offenen Zuständen und wurden in einem Modell zusammengefasst. Weiterhin wurde in dieser Arbeit eine stabile Zelllinie für die Expression von ChR-1 etabliert, die eine genauere Charakterisierung dieses Proteins möglich macht. Es konnte gezeigt werden, dass ChR-1 ebenso wie ChR-2 eine Kationenleitfähigkeit besitzt. Aus zeitaufgelösten Messungen wurde außerdem ermittelt, dass ChR-1 gegenüber ChR-2 eine verkürzte Zykluszeit besitzt. Die verkürzte Zykluszeit von ChR-1, die zu kleineren Gesamtstromamplituden im Vergleich zu ChR-2 führt und die vergleichsweise geringere Expression, v.a. in transienten Expressionssystemen, limitiert dessen neurophysiologische Anwendung. Zusammenfassend stellt die vorliegende Dissertation eine detaillierte biophysikalische Charakterisierung von Channelrhodopsinen dar, die neue Erkenntnisse über die mechanistische Kopplung der Kanalfunktion an den Photozyklus hervorbringt. Zudem kann sie eine Grundlage für die gezielte Suche nach Channelrhodopsin Mutanten bieten, deren Kinetik oder analeigenschaften für die neurophysiologische Anwendung optimiert sind.
Die kontrastmittelverstärkte MRT hat in den letzten Jahren als Bildgebungsmethode in der abdominellen Diagnostik eine zunehmende Bedeutung in der klinischen Patientenversorgung gewonnen. Neben der Entwicklung neuer Geräte mit schnellen Untersuchungssequenzen in Atemstillstand, hat auch der Einsatz von MRT-Kontrastmitteln entscheidend dazu beigetragen. Mit der Entwicklung neuer Kontrastmittel - höher konzentriert – stellt sich die Frage, ob und wie sich diese von den Standardkontrastmitteln hinsichtlich der Kontrastierung von Organparenchym, Organläsion und Gefäßen unterscheiden. Diese Studie konzentrierte sich auf mögliche Unterschiede zwischen dem neuen höher konzentrierten Kontrastmittel Gadobutrol und dem Standardkontrastmittel Gd-DTPA im Hinblick auf die Charakterisierung von Nierenläsionen. Gadobutrol 1,0 M (Gadovist®, Schering AG, Deutschland), ein hochmolares Gd-Chelat, hat im Vergleich zu herkömmlichem niedermolaren Gd-DTPA (Magnevist®, Bayer Schering Pharma, Deutschland) einen größeren Effekt auf die Verkürzung der T1-Relaxationszeit bei geringerer Osmolalität und Viskosität. Die höhere Konzentration ermöglicht eine Reduktion des Kontrastmittelvolumens und damit einen kompakteren Bolus. Ziel dieser Studie war die Evaluierung des höher konzentrierten Gadobutrols (1,0 molar) im Vergleich zum niedermolekularen Standardkontrastmittel Gd-DTPA (0,5 molar) in der MRT-Nierendiagnostik hinsichtlich der Differenzierung von Nierenläsionen. Außerdem sollen die erzielten Ergebnisse genutzt werden, um die klinischen Anwendungsmöglichkeiten von Gadobutrol erweitern zu können. Die Ergebnisse der vorliegenden interindividuellen Phase-III-Studie basieren auf der MRT-Untersuchung und Auswertung von 30 Patienten mit verschiedenen Nierenläsionen (benigne und maligne) vor und nach Applikation von Gadobutrol 1,0 M bzw. Gd-DTPA 0,5 M. Die Wahl des Kontrastmittels erfolgte nach einer randomisierten Zuordnung. Hierbei erhielten 15 Patienten Gadobutrol 1,0 M und 15 Patienten Gd-DTPA 0,5 M. Die MRT-Befunde wurden mit einem definierten Goldstandard korreliert. Die Applikation beider Kontrastmittel erfolgte nach der automatisierten Bolusmethode, damit eine dynamische Bildgebung ermöglicht werden konnte. Dabei konnte für beide KM eine gute Verträglichkeit evaluiert werden. Die Ergebnisse dieser Studie haben gezeigt, dass bezüglich der Kontrastierung des Nierenparenchyms signifikante Unterschiede zwischen den untersuchten Gadolinium-Chelaten bestehen. Hierbei zeigte sich in der T1-gewichteten Gadobutrol-verstärkten Dynamik während der nephrographischen Phase eine stärkere Anreicherung in Nierenrinde und Nierenmark mit einem langsameren Übertritt des Kontrastmittels ins Nierenbeckenkelchsystem im Vergleich zur Gd-DTPA-verstärkten Bildgebung. Die stärkere Kontrastierung des Nierenmarks während dieser wichtigen Phase ermöglichte eine bessere Abgrenzung und Sichtbarkeit der Nierenläsionen zum umliegenden Gewebe. Die Nierenläsionen zeigten Unterschiede in der Kontrastmittelaufnahme, mit einem Trend für höhere Werte für die Gadobutrol-Gruppe. Gleiche Resultate ergaben sich für die Gefäßkontrastierung. Hier zeigte Gadobutrol-verstärkte Bildgebung keine wesentliche Erhöhung des arteriellen und venösen Gefäßsignals gegenüber dem Standardkontrastmittel Gd-DTPA. Unter Verwendung beider Kontrastmittel konnte eine gute Bildqualität erzielt werden. Jedoch erzielte dabei das höher konzentrierte Gadobutrol höhere Werte im Vergleich zu dem Standardkontrastmittel Gd-DTPA. Ferner zeigte sich für den Gadobutrol-Kontrast eine verbesserte Abgrenzbarkeit der Nierenläsionen. Bezüglich der diagnostischen Sicherheit in der Differenzierung der Nierenläsionen ließ sich zwischen den beiden Kontrastmitteln kein wesentlicher Unterschied feststellen. Die Ergebnisse dieser Studie weisen darauf hin, dass Gadobutrol 1,0 M als höher konzentriertes MR-Kontrastmittel ein gut geeignetes Kontrastmittel zur Detektion und Differenzierung von Nierenläsionen ist. Es kann ebenso wie das bis jetzt verwendete niedermolare Kontrastmittel Gd-DTPA 0,5 M bei der Abklärung von Nierenpathologien mittels MRT eingesetzt werden.
In der vorliegenden Arbeit soll die selektive Wirkung der Nukleosidanaloga Fludarabin und Cytarabin auf maligne Zellen überprüft werden. Dazu wird die Sensibilität unterschiedlicher Zellen gegenüber den beiden Zytostatika mittels Durchflußzytometrie bestimmt. Außerdem wird als pharmakokinetischer Parameter die intrazelluläre Konzentration des jeweiligen aktiven Metaboliten, F-Ara-ATP und Ara-CTP mit Hilfe der Hochdruckflüssigkeitschromatographie ermittelt. Als Vertreter der gesunden Zellen werden Lymphozyten gesunder Spender sowie in einem einmaligen Versuch hochaufgereinigte CD34+-Stammzellen untersucht. Stellvertretend für maligne Zellen werden die Experimente an Zellen der T-lymphoiden Zelllinie Molt4 und der erythroleukämischen Zelllinie K562 durchgeführt. Anhand der pharmakokinetischen Untersuchungen kann eine höhere Bildung an aktivem Triphosphat in malignen Zellen gegenüber gesunden Lymphozyten sowohl für Fludarabin- als auch für Cytarabininkubation nachgewiesen werden. Stammzellen scheinen eine Stellung zwischen den malignen Zellen und den Lymphozyten einzunehmen. Letztere Ergebnisse bleiben zu verifizieren. Untersuchungen der Sensibilität der malignen Zellen gegenüber Fludarabin und Cytarabin mit Hilfe der Durchflußzytometrie ergeben jeweils eine erhöhte Zytotoxizität gegenüber Molt4-Zellen, nicht jedoch gegenüber K562-Zellen im Vergleich zu gesunden Lymphozyten. Während die pharmakokinetischen Ergebnisse eine erhöhte Sensibilität für maligne Zellen gegenüber Fludarabin und Cytarabin aufgrund höherer intrazellulärer Triphosphatspiegel suggerieren, zeigen die durchflußzytometrischen Messungen, dass sich allein auf dieser Basis keine Aussage über die Sensibilität der Zellen gegenüber dem jeweiligen Zytostatikum machen lässt. Eine selektive Wirkung von Nukleosidanaloga auf maligne Zellen lässt sich anhand der gewonnenen Daten vermuten, aber nicht beweisen. Hierzu sind weitere Untersuchungen unerlässlich.
In der vorliegenden Studie wurde die Erfolgsrate der intrauterinen Insemination im Hinblick auf die andrologischen Parameter analysiert. Der praktische Teil dieser Arbeit bestand darin, einen Fragebogen mit allen interessierenden Merkmalen zu erstellen. Anschließend wurden die Patientendaten aller im Jahre 2003 mittels intrauteriner Insemination in der Frauenklinik der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main behandelter Paare, anhand des erstellten Fragebogens erfasst. Die zusammengetragenen Daten wurden in einer Excel-Datentabelle ausgewertet und anschließend anhand des Chi-Quadrat-Vierfeldertests auf ihre statistische Signifikanz hin überprüft. Das Nichtschwangerenkollektiv, welches sich aus 197 Paaren zusammensetzte, wurde mit dem Schwangerenkollektiv, bestehend aus 35 Paaren, verglichen. Insgesamt wurden 475 Behandlungszyklen durchgeführt. Es kam insgesamt zu 36 Schwangerschaften (2 Schwangerschaften davon bei einem Paar nach Abort in der ersten Schwangerschaft), woraus eine Schwangerschaftsrate von 15,5 % resultiert und eine Wahrscheinlichkeit einer Schwangerschaft pro Behandlungszyklus 7,6 % errechnet wurde. Als die wichtigsten prognostischen Faktoren haben sich folgende Parameter herausgestellt. Erstens die Anzahl an schnell progressiven Spermien im Ejakulat. Es sollten mindestens 1 Million sein, sind weniger als 1 Millionen schnell progressiver Spermien vorhanden, kann mittels intrauteriner Insemination zwar eine Schwangerschaft erzielt werden, jedoch ist die Erfolgsaussicht deutlich geringer. Zweitens der Grad der Teratozoospermie. Eine moderate Teratozoospermie zeigte ein gutes Outcome bei der intrauterinen Insemination, wohingegen bei Paaren mit einer schweren Teratozoospermie die intrauterine Insemination kritisch betrachtet werden muss. In dieser Studie lag die Grenze bei 6 % Normalformen. Paaren mit mindestens 6 % Normalformen im Ejakulat kann zu einer intrauterinen Insemination geraten werden. Somit lässt sich zusammenfassend aus dieser Studie schlussfolgern, dass die intrauterine Insemination als eine im Vergleich zur IVF und ICSI relativ gering invasive und kostengünstige Methode bei moderater andrologischer Sterilität immer noch als Behandlung der ersten Wahl in Betracht kommt. Bei einer schweren männlichen Sterilität sollte die Indikation strenger gestellt werden und Alternativmethoden, wie z. B. die ICSI, als primäre Behandlungsoption zum Einsatz kommen.
Signal-dependent regulation of actin dynamics is essential for many cellular processes, including directional cell migration. In particular, cell migration is initiated by lamellipodia, actin-based protrusions of the plasma membrane. The formation of these protruding structures require incessant assembly and disassembly of actin filaments. The Arp2/3 complex and WAVE proteins are essential for both lamellipodium formation and its dynamics. WAVEs mediate the activation of the Arp2/3 complex downstream of the small GTPase Rac, thus being critical for Rac- and RTK-induced actin polymerization and cell migration. The WAVE-family proteins are always found associated with multiprotein complexes. The most abundant WAVE-based complex is referred to as the WANP (WAVE2-Abi-1-Nap1-PIR121) complex. IQGAP1 is a huge scaffolding protein with multiple protein-interacting domains. IQGAP1 participates in many fundamental activities, including regulation of the actin cytoskeleton, mitogenic, adhesive and migratory responses, as well as in cell polarity and cellular trafficking. IQGAP1 binds to N-WASP, thus raising the possibility that it might control actin nucleation by the Arp2/3 complex. In this study, IQGAP1 was found co-immunoprecipitated not only with WAVE, but also with the endogenous WANP-complex subunits. Correspondingly, IQGAP1 associated to both anti-WAVE and anti-Abi-1 immuno-complexes. Pull-down experiments proved that IQGAP1 binds directly to the WANP-complex subunits. Physical interaction between IQGAP1 and the reconstituted WANP complex could also be demonstrated. Together, these data indicate that IQGAP1 is an accessory component of the WANP complex. Interestingly, the IQGAP-WANP complex disassembled after either EGF stimulation or transfection with constitutively active Cdc42 and Rac1. HeLa cells devoid of IQGAP1 showed diminished and less persistent ruffling upon EGF, but not HGF, stimulation in comparison with the control. This phenotype was accompanied by a strong reduction in chemotaxis towards both growth factors, which was as dramatic as in WANP-complex knockdown (KD) cells. Moreover, GM130 and Giantin showed a polarized and flat ribbon-like pattern in control cells, as it is expected for cis- and cis/medial-Golgi markers. Conversely, small and dispersed vesicular structures were found in both IQGAP1 KD and WANP-complex KD cells. Importantly, Arp2/3-complex silencing resulted in the same phenotypes. Consistently, Brefeldin A-induced disassembly of the Golgi strongly inhibited the IQGAP1-WANP-complex interaction and chemotaxis towards EGF in wild-type cells. The re-expression of an RNAi-resistant wild-type IQGAP1 in IQGAP1 KD cells fully rescued both the ruffling abilities and Golgi structure. A constitutively active mutant, unable to bind to neither Rac1 /Cdc42 nor the WANP complex, could reconstitute only the former defect. Hence, this study shows that actin dynamics regulated by the IQGAP1-WANP complex controls Golgi-apparatus architecture and its contribution to cell chemotaxis. The working model here proposes that at the Golgi apparatus, recruitment of the WANP complex by IQGAP1 leads to the assembly of actin filaments required to maintain the appropriated Golgi morphology. The dissociation of the complex may be required to allow the remodeling of the Golgi membranes in order to respond following a chemoattractant gradient.
In this work we study compact stars, i.e. neutron stars, as cosmic laboratories for the nuclear matter. With a mass of around 1 - 3 solar masses and a radius of around 10km, compact stars are very dense and, besides nucleons, can contain exotic matter such as hyperons or quark matter. The KaoS collaboration studied nuclear matter for densities up to 2-3 times saturation density by analysing kaon multiplicities from Au+Au and C+C collisions. The results show that nuclear matter in the corresponding density region is very compressible, with a compressibility of <200MeV. For such soft nuclear equations of state the maximum masses of neutron stars are ca. 1.8 - 1.9 solar masses, whereas the central densities are higher than 5 times nuclear saturation density and therefore point towards a possible phase transition to quark matter. If quark matter would be present in the interior of neutron stars, so-called hybrid stars, it could be produced already during their birth in supernova explosions. To study this we implement a quark matter phase transition in a hadronic equation of state which is used in supernova simulations. Supernova simulations of low and intermediate mass progenitors and two different bag constants show a collapse of the proto neutron star due to the softening of the equations of state in the quark-hadron mixed phase. The stiffening of the equation of state for pure quark matter halts the collapse and leads to the production of a second shock wave. The second shock wave is energetic enough to lead to an explosion of the star and produces a neutrino burst when passing the neutrinospheres. Furthermore, first studies of the longtime cooling of hybrid stars show, that colour superconductivity can significantly influence the cooling behaviour of hybrid stars, if all quarks form Cooper Pairs. For the so-called CSL phase (colour-spin locking) with pairing energies of several MeV, the cooling of the quark phase is suppressed and the hybrid star appears as a pure hadronic star.
Primäre Hirntumore des Zentralen Nervensystems (gehen aus Nervenzellen, Gliazellen, Hirnhäute (Meningen) und auch Hirngefäße aus. Das anaplastische Astrozytom, Oligodendrogliom und Oligoastrozytom (WHO-Grad III) und auch die bösartigste Form, das Glioblastoma multiforme (WHO-Grad IV) bilden den wesentlichen Anteil der astrozytären Tumoren. Bedingt durch die ungünstige Prognose für Patienten mit Glioblastomen bedarf es einer Optimierung der therapeutischen Maßnahmen. Die momentane Therapie besteht nach Konstitution des Patienten und der Lokalisation des Tumors meist aus der Operation mit angeschlossener Strahlen- und eventueller adjuvanten Chemotherapie. Die Prognose ist abhängig von verschiedenen Faktoren, wie der Ausbreitung und der Lokalisation des Tumors und hat sich in den letzten Jahren leider nur unwesentlich verbessert, da immer noch von einer medianen Überlebenszeit des Patienten zwischen 8 und 15 Monaten im Falle eines Glioblastoms ausgegangen werden kann. Die Entstehung und Progression von malignen Tumorerkrankungen sind eng mit Störungen und Defekten in Signalwegen, die das Zellüberleben und den Zelltod regulieren, verknüpft. Aberrationen, wie die Blockade von Tumorsuppressorgenen, oder die Aktivierung bzw. Überexpression von Onkogenen, führen zur veränderten Expression von Zelltod-inhibitorischen Genen wie den anti-apoptotischen Bcl-2 Familienmitgliedern, und letztendlich zu Abweichungen der normalen zellulären Homöostase. Veränderungen dieser Art bewirken, dass Tumorzellen die Fähigkeit erhalten, unkontrolliert zu proliferieren, infiltrativ zu wachsen und eine eigene Vaskularisierung zu initiieren. Tumorzellen besitzen eine erhöhte Apoptose- und Zelltodresistenz, die maßgeblich durch die stark erhöhte Expression von anti-apoptotischen Bcl-2-Proteinen gekennzeichnet ist. In der vorliegenden Arbeit stand daher die Fragestellung im Mittelpunkt, inwieweit anti-apoptotische Proteine der Bcl-2-Familie zur Resistenz von malignen Gliomzellen gegen die Apoptose und den autophagischen Zelltod beitragen und wie diese Mechanismen gezielt überwunden werden können. Die Blockade der vier Familienmitglieder der Bcl-2-Subfamilie (Bcl-2, Bcl-xL, Mcl-1, Bcl-w) wurde über den Einsatz von spezifischen Inhibitoren, den sogenannten BH3-Mimetika, vermittelt. BH3-Mimetika besitzen eine hohe Affinität zur Bindungstasche der Bcl-2-Proteine, wobei durch die Bindung eine Blockade des Proteins hervorgerufen wird. Die eingesetzten BH3-Mimetika haben unterschiedliche Bindungsprofile und können daher ein, zwei oder mehrere Proteine der Bcl-2-Familie inhibieren. Die verwendeten Inhibitoren BH3I-2, HA14-1 und ABT-737, die nur eine limitierte Wirkung auf den Zelltod von Gliomzellen entfalteten, sind allesamt nicht in der Lage, Mcl-1 zu blockieren. Deshalb wurde zusätzlich ein Pan-Bcl-2-Inhibitor, das (-)-Gossypol, verwendet. Dieser Inhibitor hemmt alle anti-apoptotischen Bcl-2-Familienmitglieder, und steigerte über die Inhibition und Degradation von Mcl-1 effizient den Zelltod von Gliomzellen. Dagegen zeigte die (-)-Gossypol-Behandlung in nicht transformierte Astrozytenkulturen keine zytotoxischen Effekte. Zusätzlich wurde nachgewiesen, dass durch das BH3-Mimetikum (-)-Gossypol ein autophagischer Zelltod induziert wird. Unter der Verwendung eines charakteristischen Markerproteins, dem LC3-Protein, konnte nach Induktion des nicht-apoptotischen, autophagischen Zelltodes durch (-)-Gossypol eine Translokation von GFP-LC3 in die Autophagosomen und Autolysosomen festgestellt werden. Viele Gliome weisen eine Methylierung des MGMT-Promotors auf, die es den Zellen erschwert, schnell DNA-Schäden zu reparieren. Aufgrund dieser Methylierung sind diese Tumoren sensitiv für eine Behandlung mit alkylierenden Substanzen (Temozolomid). Auf Grundlage dieser Beobachtungen wurden die kombinatorischen Effekte von BH3 Mimetika und Temozolomid in MGMT-positiven (U87) und MGMT-negativen (U343) Gliomzelllinien verglichen, wobei sich lediglich in MGMT-negativen U343-Gliomzellen signifikante, kombinierte Effekte ergaben. Dieser Zelltod war mit einer Potenzierung der Autophagie assoziiert, nicht jedoch mit einer Aktivierung von Caspasen und einer lysosomalen Dysfunktion. Die Depletion des endogenen Autophagieinhibitors mTOR bewirkte nach den Behandlungen mit (-)-Gossyol und TMZ einen zusätzlichen zytotoxischen Effekt. Im Gegensatz dazu wurde durch lentivirale RNA-Interferenz gegen die Autophagiegene ATG5 und Beclin1 eine potente Reduktion der zellulären Autophagie und des autophagischen Zelltodes erreicht. Insgesamt unterstreichen diese Daten die zentrale Rolle von Bcl-2 Proteinen für die Regulation der Autophagie und legen nahe, dass durch (-)-Gossypol und (-)-Gossypol in Kombination mit Temozlomid in Gliomzellen zytotoxische Autophagie induziert wird.
All-over in Europe, unemployment became a growing problem from the mid 1980s to the mid 1990s. Nevertheless, the effects on the economical situation of the unemployed and the whole population are quite different in European countries. In this paper we first give a brief overview over the development of unemployment rates in eight member states of the European Union and over the different reactions to provide the social protection of the unemployed. Therefore we look at the social security expenditures, the level of income replacement for the unemployed and recent social policy reforms concerning them. In the second section of the paper, we examine the development of income distribution and poverty taking different poverty lines into consideration. There is no general pattern neither for the relationship of inequality among the unemployed to the whole economically active population nor for the development from the 80s to the 90s. But one can say that in countries with increasing income inequality also poverty is rising (especially in the UK) and that where inequality among the unemployed is less pronounced the proportions of the poor went down from the mid 80s to the mid 90s (France and Ireland). In nearly all countries the risk of being poor is ernormously high for the unemployed, Denmark is the only exception.
To sum up our findings we come to the following statements. - During the period from 1973 to 1993 inequality of the personal distribution of equivalent pre-government income increased to some extent, as was to be expected given the enormous rise in unemployment. - Inequality of post-government income also increased slightly, but was much lower than inequality of pre-government income due to the equalizing effect of the German tax and transfer system. - In 1993 inequality of pre-government income was higher, and inequality of post-government income was considerably lower in East Germany than in West Germany; the West German tax and transfer system that was transferred to East Germany after reunification - with some additional but temporary minimum regulations - seems to have had a stronger equalizing effect in the East than in the West. - A decomposition into three age groups, the young and the middle-aged group sub-divided further according to whether household members were affected by unemployment, showed that within-groups inequality explained by far more of overall inequality than between-groups inequality. - The relative positions of the two young groups as well as of the middle-aged group with unemployed members deteriorated with respect to their equivalent pre-government and post-government incomes. - During the first period with rising unemployment (1973 to 1978), the development of within-groups inequality and of between-groups inequality contributed to about the same extent to the increase of overall inequality of pre-government income. But this was fully compensated by the tax and transfer system as there were only a negligible change in inequality of equivalent net income and very slight effects of the (four) components of change which nearly compensated each other. - During the last period from 1988 to 1993 the equalizing effect of the German tax and transfer system seems to have weakened, at least in the western part of Germany. The increase in inequality of equivalent net income is mainly due to developments of within group inequalities.
Im folgenden Beitrag wird zunächst die Entwicklung der personellen Einkommensverteilung in Deutschland zwischen 1993 und 1998 auf der Basis der Einkommens- und Verbrauchsstichproben (EVS) dargestellt. Dabei werden - ähnlich wie in früheren Analysen auf Basis der EVS und des Sozio-ökonomischen Panels (SOEP) - hoch aggregierte Indikatoren berechnet, mit denen die Informationsfülle einer Mikrodatenquelle zu nur einer Zahl bzw. zu einer eindimensionalen relativen Häufigkeitsverteilung verdichtet wird. In einem zweiten Schritt und schwerpunktmäßig wird untersucht, welche Verteilungsstrukturen sich hinter diesen Darstellungen der Gesamtverteilung verbergen.
Die menschliche Kommunikation von Angesicht zu Angesicht findet hauptsächlich auf audiovisueller Ebene statt. Normalerweise liefert der Gesprächspartner sowohl visuelle als auch auditorische Information. Es ist einfacher jemanden zu verstehen, wenn ein visueller Eingang vorliegt, weil visuelle Signale wie Mund- oder Zungenbewegungen komplementäre Informationen zum auditorischen Eingang liefern. In dieser Studie wurden die Hypothesen aufgestellt, dass (I) sowohl die Spracherkennung als auch die Stimmenerkennung bei fehlendem visuellem Eingang durch Zugriff auf visuelle Sprecher-spezifische Informationen optimiert werden kann und, dass (11) diese Optimierung auf Gehirnarealen für die visuelle Gesichtsverarbeitung beruht. Diesen Hypothesen wurde mit Hilfe von Verhaltenstests und der funktionellen Bildgebung in zwei Gruppen nachgegangen: Probanden mit einer mangelnden Fähigkeit, Gesichter zu erkennen (Prosopagnosie), und entsprechende Kontrollprobanden. Die Ergebnisse zeigten, dass das Beobachten einer bestimmten Person beim Reden für 2 min die darauffolgende rein auditorische Spracherkennung sowie die Stimmenerkennung verbessert. Bei beiden Gruppen, sowohl bei den Prosopagnostikern als auch bei den Kontrollprobanden, konnten die verbesserten Verhaltensdaten beim Erkennen des Sprachinhalts auf ein Areal zurückgeführt werden, das für die Verarbeitung von Gesichtsbewegungen zuständig ist. Bessere Verhaltensdaten bei der Stimmenerkennung konnten nur bei den Kontrollprobanden nachgewiesen werden, was auf einem Areal beruht, das der Verarbeitung der Gesichtserkennung zugeordnet wird. Diese Befunde stellen gängige unisensorische Modelle der Sprachverarbeitung infrage, da hier gezeigt werden konnte, dass das Gehirn selbst bei der rein auditorischen Spracherkennung auf zuvor gelernte audiovisuelle Zusammenhänge zurückgreift um die Kommunikation zu optimieren. Das legt die Möglichkeit nahe, dass dieser Optimierung Sprecher-spezifische audiovisuelle interne Modelle zugrunde liegen, welche benutzt werden, um ein sprechendes Gesicht zu simulieren.
Vibronic (vibrational-electronic) transition is one of the fundamental processes in molecular physics. Indeed, vibronic transition is essential both in radiative and nonradiative photophysical or photochemical properties of molecules such as absorption, emission, Raman scattering, circular dichroism, electron transfer, internal conversion, etc. A detailed understanding of these transitions in varying systems, especially for (large) biomolecules, is thus of particular interest. Describing vibronic transitions in polyatomic systems with hundreds of atoms is, however, a difficult task due to the large number of coupled degrees of freedom. Even within the relatively crude harmonic approximation, such as for Born-Oppenheimer harmonic potential energy surfaces, the brute-force evaluation of Franck-Condon intensity profiles in a time-independent sum-over-states approach is prohibitive for complex systems owing to the vast number of multi-dimensional Franck-Condon integrals. The main goal of this thesis is to describe a variety of molecular vibronic transitions, with special focus on the development of approaches that are applicable to extended molecular systems. We use various representations of Fermi’s golden rule in frequency, time and phase spaces via coherent states to reduce the computational complexity. Although each representation has benefits and shortcomings in its evaluation, they complement each other. Peak assignment of a spectrum can be made directly after calculation in the frequency domain but this sum-over-states route is usually slow. In contrast, computation is considerably faster in the time domain with Fourier transformation but the peak assignment is not directly available. The representation in phase space does not immediately provide physically-meaningful quantities but it can link frequency and time domains. This has been applied to, herein, for example (non-Condon) absorption spectra of benzene and electron transfer of bacteriochlorophyll in the photosynthetic reaction center at finite temperature. This work is a significant step in the treatment of vibronic structure, allowing for the accurate and efficient treatment of complex systems, and provides a new analysis tool for molecular science.
Die Detektion und die Charakterisierung von Leberläsionen gehört zu den wichtigsten Aufgaben der radiologischen Leberdiagnostik. Dafür stehen verschiedene bildgebende Verfahren wie Sonographie, Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) zur Verfügung. Aufgrund der technischen Verbesserungen und der Entwicklung von neuen Sequenzen zur Leberbildgebung in der MRT hat sich die Diagnostik von fokalen Leberläsionen entscheidend verbessert. Verbunden mit dem Einsatz von modernen MRT-Kontrastmitteln ist die MRT in den letzten Jahren zum Goldstandard für die bildgebende Diagnostik von Lebertumoren, vor allem in deren Differentialdiagnose, avanciert. Magnevist® (Gd-DPTA), wurde 1988 als erstes extrazelluläres MRT-Kontrastmittel auf dem Markt eingeführt, und ist seither verfügbar. Resovist® (SHU 555 A) ist ein leberspezifisches, superparamagnetisches Kontrastmittel bestehend aus Eisenoxid (SPIO)- Partikeln, das seit 2001 für die Magnetresonanztomographie der Leber zugelassen ist. Als ein extrazelluläres Kontrastmittel ist Gadovist® (Gadobutrol), das einzige 1.0 molare Kontrastmittel, seit dem Jahr 2000 von der deutschen Gesundheitsbehörde (BfArM) für die Magnetresonanztomographie des zentralen Nervensystems zugelassen. Das Sicherheitsprofil, Kontrastverhalten und die Wertigkeit von Gadovist® in der Diagnostik der Leber wurde unter Verwendung unterschiedlicher Sequenzprotokolle in Phase-III-Studien weiter untersucht. Als ein Teil einer klinisch offenen, randomisierten, doppelblinden, interindividuell kontrollierten Phase III-Studie wurden 60 Patienten mit dem hochgradigen Verdacht auf eine Leberläsion oder mit einer bekannten Leberläsion an unserem Institut in diese Studie eingeschlossen. Der Hälfte der Patienten wurde Gadobutrol (Gadovist®, Molarität 1,0 mol/l), der anderen Hälfte Gd-DTPA (Magnevist®, Molarität 0,5 mol/l) intravenös im Bolus für die MRTBildgebung der Leber appliziert. Hierbei wurden keine schwerwiegenden Nebenwirkungen registriert. Die Sicherheit und Verträglichkeit von Gadobutrol war mit der von herkömmlichen, Gadolinium-haltigen MRT-Kontrastmitteln vergleichbar. Routinemäßig wurden weitere Vergleichsuntersuchungen bei den Patienten aufgrund der vorliegenden Erkrankung durchgeführt. Als Goldstandard zur Erfassung der Leberläsionen wurden MRT-Untersuchungen mit Resovist® (50 Patienten), CT-Untersuchungen (10 Patienten), Sonographie, Biopsie, chirurgische Maßnahmen, Szintigraphie und Laboruntersuchungen eingesetzt. In der dynamischen und statischen Gd-verstärkten MRT wiesen die einzelnen Läsionen in Abhängigkeit vom Vaskularisationsgrad ein spezifisches Kontrastverhalten auf, was eine Unterscheidung in maligne und benigne zu einem hohen Grad ermöglichte. In der eisenverstärkten MRT zeigte sich die T2- gewichtete Sequenz als die geeignetste Methode zur Detektion und Differenzierung der Leberläsionen. Besonders bei den gutartigen Lebertumoren mit Kupffer’schen Sternzellen, wie FNH oder hoch differenzierten HCC’s, war ein signifikanter Signalintensitätsverlust zu evaluieren. Anders hingegen zeigten die undifferenzierten bis mäßig differenzierten HCC’s und maligne Lebermetastasen keinen wesentlichen Signalintensitätsabfall. In einem Vergleich mit dem Goldstandard wurden die Sensivität, die Spezifität und die Genauigkeit der nativen-MRT, Gd-MRT, SPIO-MRT/CT und SPIO-MRT ermittelt. Der Einsatz von MRT-Kontrastmitteln führte zur Erhöhung von Sensivität, Spezifität und Genauigkeit bei der Untersuchung der Leberläsionen im Vergleich zur MRT ohne Kontrastmittel. Die Sensivität von Gadolinium-MRT (94%) war vergleichbar mit der von SPIO-MRT/CT (96%) und SPIO-MRT (95%). Im indirekten Vergleich wurde für die Gadobutrol-MRT eine höhere Sensivität (100%) als für die Gd-DTPA-MRT (86%) dokumentiert. Die Spezifität war bei Gadolinium-MRT mit 88% schlechter als bei SPIO-MRT/CT (95%) und SPIO-MRT (95 %). In der indirekten Evaluierung zeigte sich für die Gadobutrol-MRT eine höhere Sensivität (100%) und Spezifität (91%) als für die Gd-DTPA-MRT (Sensivität 86%, Spezifität 84%). Die diagnostische Genauigkeit der Gd-DTPA-verstärkten MRT war mit 85% schlechter als die der Gadobutrol-verstärkten MRT (96%). Jedoch war zwischen der Genauigkeit von Gadobutrol-MRT (96%), SPIO-MRT/CT (96%) und SPIO-MRT (95%) kein statistisch signifikanter Unterschied feststellbar. Insgesamt zeigte sich für die Gadobutrol-verstärkte MRT im Vergleich zur Gd-DTPAverstärkten MRT eine verbesserte Sensivität, Spezifität und diagnostische Genauigkeit. Aufgrund des interindividuellen Ansatzes der Studie konnte kein direkter Vergleich der Wertigkeit zwischen den beiden extrazelluären Kontrastmitteln dargestellt werden. Die Ergebnisse dieser Studie weisen Gadovist® als ein ausgezeichnetes extrazelluläres Kontrastmittel mit gutem Sicherheitsprofil, hoher Detektionsrate, ausgezeichneter Charakterisierung von Lebertumoren und guter diagnostischer Genauigkeit aus.
Die vorliegende Dissertation analysiert Großinvestorhandelsstrategien in illiquiden Finanzmärkten. Ein Großinvestor beeinflusst die Preise der Wertpapiere, die er handelt, so dass der daraus resultierende Feedbackeffekt berücksichtigt werden muss. Der Preisprozess wird durch eine Familie von cadlag Semimartingalen modelliert, die in dem zusätzlichen Parameter stetig differenzierbar ist. Ziel ist es, eine möglichst allgemeine Strategiemenge zu bestimmen, für die eine Vermögensdynamik definiert werden kann. Es sind dies vorhersehbare Prozesse von wohldefinierter quadratischer Variation entlang Stoppzeiten. Sie erweisen sich als laglad. Die Vermögensdynamikzerlegung zeigt, dass bei stetigen adaptierten Strategien von endlicher Variation (zahme Strategien) die quadratischen Transaktionskostenterme verschwinden und der Gewinnprozess nur noch aus einem nichtlinearen stochastischen Integral besteht. Es wird gezeigt, unter welchen Bedingungen gewisse Approximationen vorhersehbarer laglad Strategien durch adaptierte stetige Strategien von endlicher Variation möglich sind. Im Fall, dass der Approximationsfehler für die Risikoeinstellung des Großinvestors erträglich ist, kann er seine Investmentziele durch Verwendung dieser zahmen Strategien, Liquiditätskosten vermeidend, erreichen. In diesem Fall ist der Gewinnprozess durch das nicht-lineare stochastische Integral gegeben.
Hintergrund: Träger eines bestimmten Haplotyps des Gens der GTP Cyclohydrolase (GCH1) gaben im Anschluss an eine Diskektomie nach chronischer lumbaler Radikulopathie weniger Schmerzen an und hatten in experimentellen Schmerzmessungen höhere Schmerzschwellen. Die ex-vivo GCH1-Hochregulierung und BH4-Produktion nach Forskolinstimulierung war reduziert, während die Grundwerte der BH4-Konzentration nicht verändert waren. Diese Beobachtungen legen nahe, dass der Haplotyp hauptsächlich Veränderungen zeigt, wenn das GCH1-System provoziert wird. Diese Studie zielt darauf ab, (1) diese Hypothese zu testen und (2) die schmerzprotektiven Eigenschaften, die diesem Haplotyp zuvor zugeschrieben wurden in unabhängigen Rahmen zu reproduzieren. Methodik: Hierzu wurden experimentelle Schmerzmodelle mit Sensitisierung (lokale Hautentzündung, topische Capsaicinapplikation) und ohne Sensitisierung (punktuell-mechanischer Druck, stumpfer Druck, thermischer und elektrischer Schmerz) an 10 homozygoten Trägern und 22 homozygoten Nichtträgern des angeblich schmerzprotektiven GCH1-Haplotyps durchgeführt. GCH1-, iNOS-Hochregulierung und BH4-Produktion wurden ex-vivo in Leukozyten nach LPS-Stimulation für 24 Stunden ermittelt. Ergebnisse: Träger dieses GCH1-Haplotyps hatten höhere Schmerzschwellen für punktuell-mechanischen Druck (von Frey Haare) im Anschluss an eine lokale Hautentzündung (18.1 ± 11.3 vs. 9 ± 2.8 g; p = 0.005) und im kleineren Rahmen für thermischen Schmerz nach Hyperalgesieinduktion durch Capsaicincreme (35.2 ± 0.9 vs. 36.6 ± 2.4 _C; p = 0.026). Dem hingegen konnten bei den Schmerzmodellen ohne Sensitisierung keine genotypabhängigen Effekte beobachtet werden. GCH1-, BH4 und iNOS-Hochregulierung in Leukozyten nach 24-stündiger LPS-Stimulation waren vermindert bei Trägern des GCH1-Haplotyps, woraus sich schließen lässt, dass sich die Genotypgruppen im Hinblick auf die Regulationsvorgänge im Biopterinstoffwechsel unterscheiden. Schlussfolgerung: Diese Studie bestätigt die vorherigen Befunde, dass eine verminderte GCH1-Funktion oder GCH1-Induzierbarkeit als Folge von genetischen Polymorphismen einen schmerzprotektiven Effekt mit sich bringt. Als Erweiterung der Vorresultate zeigt diese Arbeit, dass sich der schmerzprotektive Effekt vorzugsweise in Schmerzmodellen mit Sensitisierung ausprägt. Dies legt eine besondere Rolle von BH4 bei spezifischen Schmerzprozessen nahe.
Gemeinsam ist den Autoimmunendokrinopathien, dass genetische Faktoren als auch Umweltfaktoren für die Ätiologie von Bedeutung sind. Das Vererbungsschema dieser genetischen Prädispositionsfaktoren ist komplex und schließt mehrere Kandidatengene ein. Besonders die HLA-Gene wurden eingehend in den letzten Jahren untersucht. Sie stellen einen wichtigen Risikofaktor für die Entstehung von Autoimmunendokrinopathien dar. Allerdings ist für keinen der bekannten Autoimmunendokrionopathien die genetische Prädisposition, die durch die HLA-Region vermittelt wird, weder ausreichend noch notwendig für die Entwicklung der Erkrankung. So nehmen weitere Kandidatengene eine bedeutende Rolle in der Entstehung von Autoimmunendokrinopathien ein. In den letzten Jahren haben Studien gezeigt, dass diejenigen Mechanismen des Immunsystems, die zur Erhaltung der peripheren T-Zell-Toleranz beitragen, essentiell für die Kontrolle von autoreaktiven T-Zellen sind. Die Elimination bzw. die Störung solcher Mechanismen kann somit in einer Autoimmunerkrankung münden. Folglich sind Gene, die Einfluss auf diese Mechanismen der peripheren Toleranz ausüben, eindeutige Prädispositionsfaktoren für die Entstehung von Autoimmunerkrankungen. CTLA-4 ist ein essentielles inhibitorisches Regulatormolekül für T-Zellen. In vivo- und In vitro- Untersuchungen haben gezeigt, dass CTLA-4 eine bedeutende Rolle in der Regulation von Selbsttoleranz einnimmt. Damit ist CTLA-4 ein entscheidendes Suspezeptibilitätsgen für Autoimmunität im Allgemeinen und könnte insbesondere für die T-Zell-vermittelten Autoimmunendokrinopathien bedeutend sein. Im Rahmen dieser Arbeit wurde nach einem Zusammenhang dieses Genortes mit Typ 1 Diabetes mellitus, Morbus Addison, Hashimoto-Thyreoiditis und Morbus Basedow in der kaukasischen Bevölkerung geforscht. Bei der Suche nach einer Assoziation zwischen CTLA-4 Polymorphismen und Typ 1 Diabetes mellitus zeigt sich eine signifikante Assoziation des -MH30 C/G - und -1661 A/G - Polymorphismus sowie des +49 A/G Exon 1- Polymorphismus des CTLA-4 Gens mit Typ 1 Diabetes mellitus. Beim Polymorphismus –MH30 C/G des CTLA-4 Gen zeigt sich ein signifikant gehäuftes Auftreten des Allels „G“ bei Patienten, die an Typ 1 Diabetes mellitus erkrankt sind. Dabei vermittelt das Allel „G“ bei der Allelfrequenzanalyse - wie auch bei der Genotypenanalyse ein signifikant erhöhtes Diabetes-Risiko. Das Allel „C“ hingegen ist signifikant seltener an Patienten und scheint somit eher protektiv gegen Typ 1 Diabetes mellitus zu wirken. Bei der Untersuchung des -1661 A/G Polymorphismus des CTLA-4 Gens bei Patienten mit Typ 1 Diabetes mellitus zeigt sich das Allel „A“ als krankheitsprädisponierend. Beim +49 A/G Polymorphismus führt die Substitution von Adenin zu Guanin an Position 49 des Exon 1 zu eine Threonin (Thr) /Alanin (Ala) Substitution am Kodon 17 der Signalpeptidsequenz. Die Untersuchung des +49 A/G Polymorphismus in der deutschen Population verdeutlicht, dass der Genotyp „G/G“ sowie das Allel „G“ (Alanin) krankheitsprädisponierend sind. Das Allel „A“ hat eine protektive Wirkung und tritt gehäuft in der Kontrollgruppe auf. Der – 319 – Promotorpolymorphismus zeigt keine Assoziation mit Typ 1 Diabetes mellitus. Die Haplotypanalyse -MH30/-1661 zeigt, dass der Haplotyp „CG“ bei Typ 1 Diabetes mellitus signifikant häufiger auftritt als in der Kontrollgruppe. Der Haplotyp –MH30G/- 1661G hat eine protektive Wirkung. Weiterhin vermittelt der Haplotyp -318/+49G ein erhöhtes Diabetes-Risiko, während der Haplotyp „C/A“ protektiv wirkt. Des Weiteren wurde die Assoziation der oben genannten vier Polymorphismen im CTLA-4 Gen mit der Autoimmunerkrankung Morbus Addison, untersucht. Beim - 1661A/G-Polymorphismus zeigt sich eine signifikant erhöhte Frequenz des Genotyp „A/A“ bei Patienten mit Morbus Addison. Der Genotyp „G/G“ sowie das Allel „G“ des Exon 1- Polymorphismus sind häufiger bei Patienten mit Morbus Addison als bei den Kontrollen und vermitteln somit ein erhöhtes Risiko an Morbus Addison zu erkranken. Im Gegensatz hierzu hat das Allel „A“ eine protektive Wirkung und tritt gehäuft in der Kontrollgruppe auf. Der –MH30 – Polymorphismus und der Promotorpolymorphismus des CTLA-4 Gen zeigen keine relevanten Assoziationen mit Morbus Addison in der deutschen Population. Die Haplotypanalyse der -319 und +49 Polymorphismen zeigt, dass der Haplotyp „C/A“ eine protektive Wirkung hat und daher das Risiko an Morbus Addison zu erkranken, senkt. Der Haplotyp – 319C/+49G birgt dagegen ein erhöhtes Erkrankungsrisiko. Bei Hashimoto-Thyreoiditis zeigte sich, dass der –MH30 C/G-Polymorphismus mit der Erkrankung assoziiert ist. Im Gegensatz zu den Ergebnissen bei Typ 1 Diabetes mellitus zeigt sich das Allel „C“ als krankheitsprädisponierend. Der Genotyp „C/C“ ist signifikant häufiger im Patientenkollektiv als in der Kontrollgruppe. Das Allel „G“ am Genort CTLA-4 –MH30 wirkt dagegen protekiv. Beim -1661 A/G – Polymorphismus treten beide homozygote Genotypen „A/A“ und „G/G“ im Patientenkollektiv häufiger auf als in der Kontrollgruppe. Der heterozygote Genotyp hingegen „A/G“ ist signifikant seltener in der Patientengruppe zu finden als in der Kontrollgruppe und hat somit eine protektive Wirkung. Die Untersuchung des -319 C/T – und des +49 A/G –Polymorphismus zeigt keine Assoziation mit Hashimoto – Thyreoiditis. Die Haplotypanalyse - MH30 / CTLA-4 – 1661 zeigt, dass die Haplotypen „CG“ und „GG“ eine krankheitsprädisponierende Wirkung haben und gehäuft im Patientenkollektiv auftreten als in der Kontrollgruppe. Der Haplotyp -319/ +49 weist bei Patienten mit Hashimoto- Thyreoiditis keine Assoziation auf. Analog zu den anderen oben aufgeführten Autoimmunendokrinopathien wurden auch vier CTLA-4 Polymorphismen auf ihre Korrelation mit Morbus Basedow hin untersucht. Es konnte hier gezeigt werden, dass die untersuchten Polymorphismen keinen wesentlichen Beitrag zur Vermittelung des genetischen Risikos für Morbus Basedow leisten. Die Korrelationsuntersuchung der Polymorphismen zeigte auch keine Assoziation der Haplotypen mit Morbus Basedow. Dies schließt jedoch das CTLA-4 Gen als ein Suspezeptibilitätsgen für Morbus Basedow nicht aus, zumal Assoziationen mit weiteren in dieser Arbeit nicht untersuchten CTLA-4 Polymorphismen bestehen können. Zusammengefasst wird durch die Untersuchung dieser Doktorarbeit die These unterstützt, dass das CTLA-4 Gen eine wichtige Rolle in der Entstehung der Autoimmunendokrinopathien einnimmt. Die hier untersuchten Polymorphismen des CTLA-4 Gens sind prädisponierende Faktoren für Autoimmunendokrinopathien, insbesondere für Typ 1 Diabetes mellitus, Morbus Addison und Hashimoto-Thyreoiditis.
Succinate:quinone oxidoreductases (SQORs) are integral membrane protein complexes, which couple the two-electron oxidation of succinate to fumarate (succinate → fumarate + 2H+ + 2e-) to the two-electron reduction of quinone to quinol (quinone + 2H+ + 2e- → quinol) as well as catalyzing the opposite reaction, the reduction of fumarate by quinol. In mitochondria and some aerobic bacteria, succinate:ubiquinone reductase, also known as complex II of the aerobic respiratory chain or as succinate dehydrogenase from the tricarboxylic acid (TCA or Krebs) cycle, catalyzes the oxidation of succinate by ubiquinone, which is mildly exergonic under standart conditions and not directly associated with energy storage in the form of a transmembrane electrochemical proton potential (Δp). Gram-positive bacteria do not contain ubiquinone but rather menaquinone, a quinone with significantly lower oxidation-reduction (“redox”) midpoint potential. In these cases, the catalyzed oxidation of succinate by quinone is endergonic under standard conditions. Consequently, these bacteria face a thermodynamic problem in supporting the catalysis of this reaction in vivo. Based on experimental evidence obtained on whole cells and purified membranes, it had previously been proposed that the SQR from Gram-positive bacteria supports this reaction at the expense of the protonmotive force, Δp. Nonetheless, it has been argued that the observed Δp dependence is not associated specifically with the activity of SQR because the occurrence of artifacts in experiments with bacterial membranes and whole cells can not be fully excluded. Clearly, definitive insight into the mechanism of catalysis of this intriguing reaction required a corresponding functional characterization of an isolated, membranebound SQR from a Gram-positive bacterium. The first aim of the present work addresses the question if the general feasibility of the energetically uphill electron transfer from succinate to menaquinone is associated specifically to a single enzyme complex, the SQR. The prerequisite to achieve this goal was stable preparation of this enzyme.