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Augmented Reality ist eine Technologie, mit der die Wahrnehmung der realen Umgebung durch computergenerierte Sinnesreize verändert bzw. erweitert wird. Zur Erweiterung dieser „angereicherten Realität“ werden virtuelle Informationen wie z.B. 3D-Objekte, Grafiken und Videos in Echtzeit in Abbildern der realen Umgebung dargestellt. Die Erweiterungen helfen dem Anwender Aufgaben in der Realität auszuführen, da sie ihm Informationen bereitstellen, die er – ohne AR – nicht unmittelbar wahrnehmen könnte. Die Zielsetzung ist, dem Benutzer den Eindruck zu vermitteln, dass die reale Umgebung und die virtuellen Objekte koexistent miteinander verschmelzen. Für AR-Anwendungen existieren zahlreiche potenzielle Einsatzgebiete, doch verhindern bisher einige Probleme die Verbreitung dieser Technologie. Einer breiten Nutzung von AR-Anwendungen steht beispielsweise die Problematik gegenüber, dass deren Erstellung hohe programmiertechnische Anforderungen an die Entwickler stellt. Zur Verminderung dieser Probleme ist es wünschenswert Benutzern ohne Programmierkenntnisse (Autoren) die Entwicklung von AR-Anwendungen zu ermöglichen. Zum anderen bestehen technologische Probleme bei den für die Registrierung der virtuellen Objekte essenziellen Trackingverfahren. Weiterhin weisen die bisherigen AR-Anwendungen im Allgemeinen und die mittels autorenorientierter Systeme erstellten AR-Applikationen im Besonderen Defizite bezüglich der Authentizität der Darstellungen auf. Dabei sind hauptsächlich inkorrekte Verdeckungen und unrealistische Schatten bei den virtuellen Objekten verantwortlich für den Verlust des Koexistenzeindrucks. In dieser Arbeit wird unter Berücksichtigung der Trackingprobleme und auf Basis von Analysen, die die wichtigsten Authentizitätskriterien bestimmen, ein Konzept zur authentischen Integration von virtuellen Objekten in AR-Anwendungen erarbeitet und dargelegt. Auf diesem Integrationsprozess basierend werden Konzepte für Werkzeuge mit grafischen Benutzungsschnittstellen abgeleitet, mit denen Autoren die Erstellung von AR-Anwendungen mit hoher Darstellungsauthentizität ermöglicht wird. Einerseits verfügen die mit diesen Werkzeugen erstellten AR-Anwendungen über eine verbesserte Registrierung der virtuellen Objekte. Andererseits stellen die Werkzeuge Lösungen bereit, damit die virtuellen Objekte der AR-Anwendungen korrekte Verdeckungen aufweisen und über Schatten und Schattierungseffekte verfügen, die mit der tatsächlichen Beleuchtungssituation der realen Umgebung übereinstimmen. Sämtliche dieser Autorenwerkzeuge basieren auf einem in dieser Arbeit dargelegten Prinzip, bei dem die authentische Integration mittels leicht verständlicher bzw. wenig komplexer Arbeitsschritte und auf Basis der Verwendung einer Bildsequenz der realen Zielumgebung stattfindet. Die Konzepte dieser Arbeit werden durch die Implementierung der Autorenwerkzeuge validiert. Dabei zeigt sich, dass die Konzepte technisch umsetzbar sind. Die Evaluierung basiert auf der Gegenüberstellung eines in dieser Arbeit entwickelten Anforderungskatalogs und verdeutlicht die Eignung des Integrationsprozesses und der davon abgeleiteten Konzepte der Autorenwerkzeuge. Die Autorenwerkzeuge werden in eine bestehende, frei verfügbare AR-Autorenumgebung integriert.
Mukoviszidose oder zystische Fibrose (CF) ist die häufigste autosomal-rezessiv Erbkrankheit in der westlichen Welt. Sie wird durch Mutationen in einem Gen verursacht, das den „Cystic Fibrosis Transmembran Conductance Regulator“ (CFTR) kodiert. Das CFTR-Protein ist zum einen ein epithelialer Chloridkanal, zum anderen aber auch ein Regulator zahlreicher anderer epithelialer Ionenkanäle und Transporter. Der Ausfall des CFTR-Proteins verursacht eine Multiorganerkrankung, bei der vorwiegend sekretorische Funktionen beeinträchtigt sind. Besonders betroffen sind Lunge und Pankreas, wobei die Beteiligung der Lunge maßgeblich für die Ausprägung der Erkrankung und deren Letalität ist. Die Mehrzahl der Patienten leidet unter rezidivierenden bronchopulmonalen Infektionen und einer exzessiven pulmonalen Inflammation. Einen wesentlichen Beitrag zur Zerstörung der Lunge liefern dabei jedoch körpereigene neutrophile Granulozyten, die in großer Zahl in die Lunge eindringen, ohne jedoch den Erreger beseitigen zu können. Neuere Studien lassen darauf schließen, dass neben den neutrophilen Granulozyten auch Lymphozyten eine wichtige Rolle in der Pathogenese der Erkrankung spielen. Entzündungsmarker wie Zytokine und Eicosanoide sind nicht nur lokal in den Atemwegen erhöht, sondern auch systemisch, was auf einen generalisierten Entzündungsstatus hinweist. Die Ursache der gestörten Immunantwort bei CF sind immer noch unbekannt und erfordern weitere Untersuchungen. Das Ziel unserer Studien war die vergleichende Untersuchung der Expression und Aktivität der Peroxisom Proliferator-Aktivierten Rezeptoren (PPARs) sowie der 15-Lipoxygenase-1, einem Schlüsselenzym im Eicosanoidstoffwechsel, zwischen Patienten mit CF und gesunden Probanden. Da bekannt ist, dass PPARs sowie die 15-LO-1 in entzündlichen Prozessen regulatorische Funktionen besitzen, und man zudem annimmt, dass CF auf eine übermäßige Immunreaktion zurückzuführen ist, vermuten wir für PPARs bzw. 15-LO-1 ein verändertes Expressionsmuster. Eicosanoide sind wichtige Mediatoren und Modulatoren der inflammatorischen Antwort. Sie sind Derivate mehrfach ungesättigter Fettsäuren. Eine wichtige Rolle spielen sie bei der Thrombozytenaggregation, Kontraktion der glatten Muskulatur, Chemotaxis der Leukozyten, Zytokinproduktion, Schmerzübertragung sowie der Entstehung von Fieber. Einige Eicosanoide verursachen proinflammatorische, andere antiinflammatorische Aktionen, wiederum andere können beides verursachen. Arachidonsäure (AA), eine n-6 mehrfach ungesättigte Fettsäure (PUFA), ist der Vorläufer für potente proinflammatorische Eicosanoide wie Prostaglandin E-2, Thromboxan A2 und Leukotrien B4 und ist in der Phospholipidschicht der Zellmembran gebunden. n-3 PUFA’s wie Docosahexaenoicsäure (DHA) und Eicosapentaensäure werden zu Eicosanoiden wie Prostaglandin E-3, Thromboxan A3 und Leukotrien B5 metabolisiert. DHA besitzt antiinflammatorische Eigenschaften, indem es mit AA um die Aufnahme/Verbindung in die Zellmembran konkurriert, dabei werden die AA Spiegel herunterreguliert. Veränderungen beim Stoffwechsel der Fettsäuren und Eisosanoide wurden bei CF-Patienten von verschiedenen Gruppen beschrieben. Zusätzlich zu dem erhöhten Spiegel proinflammatorischer Leukotriene in Atemwegen, Urin und Serum, wurden erniedrigte Spiegel von DHA im Plasma und übermäßige Freisetzung von AA aus der Zellmembran für CF beschrieben. Desweiteren wurden erhöhte Mengen membrangebundener AA und erniedrigte Mengen membrangebundener DHA in den von CF betroffenen Organen beschrieben. Veränderungen des Fettsäure-Haushalts sind von besonderem Interesse, weil sie die bei CF vorliegender Fehlregulation inflammatorischer Prozesse erklären könnten. Sie sind auch natürliche Liganden von Peroxisom Proliferator-Aktivierten Rezeptoren und darüber hinaus an der Regulation von Entzündungsprozessen beteiligt. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind drei unterschiedliche PPAR-Isoformen identifiziert, PPAR alpha, beta und gamma. Sie sind Transkriptionsfaktoren, die zu der Superfamilie der nukleäreren Rezeptoren gehören, und werden durch endogene Liganden wie Fettsäuren und Eicosanoide aktiviert. Es wurde gezeigt, dass PPARalpha und –gamma antiinflammatorische Aktivität besitzen, die auf Monozyten, Makrophagen, Lymphozyten, glatte Muskelzellen und Endothellzellen wirkt. Ein Modell dazu ist eine durch PPARalpha und -gamma vermittelte Hemmung der proinflammatorischen Eigenschaften des nuklearen Faktor-kappaB (NF-kappaB) und des aktivierenden Proteins-1 (AP-1). Beides sind Transkriptionsfaktoren, die eine Schlüsselrolle bei der inflammatorischen Antwort spielen, indem sie die Expression von Zytokinen, Chemokinen, Zelladhäsionsmolekülen und Wachstumsfaktoren veranlassen. Die PPARs werden unter anderem in peripheren Blutzellen exprimiert. Da die Spiegel einiger endogener Aktivatoren der PPARs bei CF verändert zu sein scheinen, sollte in der vorliegenden Arbeit ein Einfluss auf Expression und Funktion der PPARs untersucht werden. In der vorliegenden Arbeit wurden Patienten mit CF untersucht, die sich in einem stabilen Zustand befanden und im Rahmen von Routineuntersuchungen in die Klinik kamen. Da die CF-Patienten in unserer Klinik nicht bronchoskopiert werden, konnte kein Versuchsmaterial aus den Atemwegen gewonnen werden. Dennoch gehen wir aufgrund der erhöhten Entzündungsmarker im Blut der CF-Patienten davon aus, dass die Entzündungsreaktionen nicht auf den Respirationstrakt beschränkt sind. Auch in unserer Studie zeigten sich erhöhte IL-8 Spiegel im Plasma von Patienten mit CF. Dies unterstützt die Ergebnisse anderer Arbeitsgruppen und weist auf systemische proinflammatorische Vorgänge hin. Das Blut wurde über Venenpunktion erhalten. Monozyten, Lymphozyten und neutrophile Granulozyten wurden isoliert und untersucht, da sie aufgrund der Freisetzung von Zytokinen, Chemokinen und durch die Produktion von Antikörpern, wichtige Mediatoren in der Immunantwort sind. Die PPAR mRNA Expression wurde in Monozyten und Lymphozyten mittels RT-kompetitiver Multiplex PCR gemessen und mittels RT-Real-time PCR in neutrophilen Granulozyten. Die PPARgamma Spiegel in diesen Zellen lagen unterhalb der Nachweisgrenze. Die statistische Analyse zeigte dass in Lymphozyten von CF-Patienten gegenüber Gesunden PPARalpha mRNA, aber nicht PPARbeta mRNA, signifikant erniedrigt exprimiert wird (-37%). Die gleiche Differenz konnte auf Proteinebene mit Hilfe von Western Blots detektiert werden. Hinsichtlich der Expression von PPARalpha und PPARbeta zeigten sich in Monozyten und Neutrophilen zwischen CF-Patienten und Gesunden keine signifikanten Unterschiede. Unseren Daten werden von verschiedenen Studien unterstützt. Zum ersten gibt es Hinweise, dass PPARalpha mRNA- und Protein-Expression von ihren eigenen Liganden direkt reguliert werden. Bei Patienten mit CF zeigen sich für die natürlichen Liganden, Eicosanoide und Fettsäuren, veränderte Spiegel, was zu einer verringerten Expression von PPARalpha beitragen könnte. Zum zweiten, da bekannt ist, dass die PPARalpha-Expression in proinflammatorisch aktivierten T-Lymphozyten herunterreguliert ist, wurde zusätzlich überprüft, ob die Lymphozyten von CF-Patienten aktiviert sind. Interleukin-2 Rezeptor im Serum (sIL-2 R) ist ein allgemein anerkannter Marker der Aktivierung von Lymphozyten. Tatsächlich zeigte sich, dass die Konzentration von sIL-2 R im Serum der vorliegenden CF Patienten erhöht ist, was mit den Erkenntnissen anderer Arbeitsgruppen übereinstimmt 128-130. Die verstärkte Aktivierung von Lymphozyten in CF-Patienten könnte eine Erklärung für die erniedrigten PPARalpha-Spiegel bieten. Der verantwortliche Mechanismus dafür ist bis jetzt noch nicht bekannt. Drittens wurde für die proinflammatorischen Zytokine IL-6, TNF-alpha und IL-1 gezeigt, dass sie eine Reduktion der PPARalpha Expression verursachen können. CF-Patienten zeigen erhöhte Spiegel von IL-2, TNF-alpha, IL-6 und IL-8 im Sputum und Serum. Konsequenterweise kann die PPARalpha Expression durch die erhöhten Zytokinspiegel im Serum herunter reguliert werden. Eine weitere Unterstützung der vorliegenden Ergebnisse ergibt sich aus einem Kongressbeitrag von Andersson et al., die über eine epitheliale CF-Zelllinie berichten, die weniger PPARalpha-Protein exprimiert als eine normale epitheliale Zelllinie. Dieselbe Forschungsgruppe fand erniedrigte PPARgamma-Spiegel im CF-Maus-Modell in Geweben, die speziell durch CFTR reguliert werden und ihre Daten weisen darauf hin, dass CFTR eine Rolle bei der PPAR Expression spielen kann. Ein funktionales CFTR-Protein wird auch in Lymphozyten von Gesunden exprimiert. Folglich könnte ein defektes CFTR auch in CF-Lymphozyten für die veränderterte PPARalpha-Expression verantwortlich sein. Ob die beschriebene Veränderung der Menge an PPARalpha mRNA und Protein auch auf funktioneller Ebene zum Tragen kommt, wurde durch immunhistometrische Untersuchungen und die Bestimmung der DNA-Bindungsaktivität des Transkriptionsfaktors überprüft. Die immunhistometrischen Untersuchungen zeigten, dass PPARalpha sowohl bei Gesunden als auch bei CF-Patienten hauptsächlich im Cytosol lokalisiert ist und dass sich nur ein kleiner Teil im Nukleus befindet. Eine Quantifizierung war hierbei nicht möglich. Über eine ähnliche zelluläre Verteilung wurde in humanen Makrophagen wie auch in Mäuselymphozyten berichtet. Die DNA-Bindungstudien zeigten, dass die PPARalpha DNA-Bindungsaktivität in Lymphozyten von CF-Patienten gegenüber Kontrollpersonen um 36% signifikant erniedrigt war. Eine erniedrigte DNA-Bindungsaktivität bei CFTR knock-out Mäuse wurde auch für PPARgamma berichtet. Die Bindungsaktivität konnte wiederhergestellt werden, nachdem die Mäuse mit Troglitazon, einem PPARgamma Agonist, behandelt wurden. Darüber hinaus werden mit hoher Wahrscheinlichkeit auch die Veränderungen des Eicosanoidhaushalts bei CF zu der Verminderung sowohl der Expression als auch der Aktivität von PPARalpha beitragen. Hier ist besonders die bei CF verminderter Menge des PPARalpha–Liganden DHA hervorzuheben. Eine ligandeninduzierte Aktivierung von PPARalpha führt zu einer Abnahme verschiedener proinflammatorische Zytokine in Lymphozyten. Dies geschieht vermutlich über eine Antagonisierung der Aktivität von NF-kappaB. PPARalpha hat einen signifikanten Einfluss auf die Immunantwort. Somit könnte die bei CF-Patienten verminderte PPARalpha-Expression und -Funktion ursächlich oder mitverantwortlich für die inflammatorischen Vorgänge bei CF sein. Die vorliegenden Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Regulierung der Aktivität von PPARalpha durch die Zugabe von DHA oder andere Liganden eine sinnvolle Therapieoption sein kann. Es sollte in weiterführenden Versuchen geklärt werden, ob eine Therapie mit PPARalpha-Aktivatoren einen Einfluss auf die inflammatorischen Vorgänge bei CF haben kann. Im zweiten Teil der Arbeit wurde untersucht ob CF einen Defekt in der Expression von 15-Lipoxygenase-1 (15-LO-1) verursacht. 15-LO-1 ist ein Schlüsselenzym für die Synthese einiger Eicosanoide wie z.B. 15(S)-HETE und Lipoxin A4. Beide Eicosanoide spielen eine wichtige Rolle in inflammatorischen Vorgängen in der menschlichen Lunge. 15(S)-HETE ist ein von der Arachidonsäure abgeleitetes Eicosanoid, das sich in hoher Konzentration in eosinophilen Granulozyten und Atemwegsepithelien findet. 15(S)-HETE wirkt in den Atemwegen stark mukosekretolytisch und bronchokonstriktorisch. Zum anderen inhibiert 15(S)-HETE die durch die 5-Lipoxygenase katalysierte Konversion von Arachidonsäure zu proinflammatorischen Mediatoren wie LTB4 in neutrophilen Granulozyten. Dies führt zu einer Reduktion der neutrophilen Chemotaxis. Es liegen bisher keine Daten zu 15-HETE-Spiegel in der CF-Lunge vor. Lipoxin A4 verursacht ebenfalls eine Reduktion der Chemotaxis von neutrophilen Granulozyten, supprimiert darüber hinaus aber schon deren Aktivierung. Neben einer direkten Wirkung auf die neutrophilen Granulozyten, sind dabei auch indirekte Effekte beteiligt, wie zum Beispiel die Reduktion der broncho-epithelialen Ausschüttung von IL-8, als einem potenten Chemoattraktor und Aktivator neutrophiler Granulozyten. Tatsächlich ist die Konzentration des anti-inflammatorisch wirksamen LXA4 in der Atemwegsflüssigkeit von CF-Patienten reduziert. Die Expression von15-LO-1 in peripheren Blutzellen ist im Wesentlichen auf die eosinophilen Granulozyten beschränkt. Deren Mukoviszidose oder zystische Fibrose (CF) ist die häufigste autosomal-rezessiv Erbkrankheit in der westlichen Welt. Sie wird durch Mutationen in einem Gen verursacht, das den „Cystic Fibrosis Transmembran Conductance Regulator“ (CFTR) kodiert. Das CFTR-Protein ist zum einen ein epithelialer Chloridkanal, zum anderen aber auch ein Regulator zahlreicher anderer epithelialer Ionenkanäle und Transporter. Der Ausfall des CFTR-Proteins verursacht eine Multiorganerkrankung, bei der vorwiegend sekretorische Funktionen beeinträchtigt sind. Besonders betroffen sind Lunge und Pankreas, wobei die Beteiligung der Lunge maßgeblich für die Ausprägung der Erkrankung und deren Letalität ist. Die Mehrzahl der Patienten leidet unter rezidivierenden bronchopulmonalen Infektionen und einer exzessiven pulmonalen Inflammation. Einen wesentlichen Beitrag zur Zerstörung der Lunge liefern dabei jedoch körpereigene neutrophile Granulozyten, die in großer Zahl in die Lunge eindringen, ohne jedoch den Erreger beseitigen zu können. Neuere Studien lassen darauf schließen, dass neben den neutrophilen Granulozyten auch Lymphozyten eine wichtige Rolle in der Pathogenese der Erkrankung spielen. Entzündungsmarker wie Zytokine und Eicosanoide sind nicht nur lokal in den Atemwegen erhöht, sondern auch systemisch, was auf einen generalisierten Entzündungsstatus hinweist. Die Ursache der gestörten Immunantwort bei CF sind immer noch unbekannt und erfordern weitere Untersuchungen. Das Ziel unserer Studien war die vergleichende Untersuchung der Expression und Aktivität der Peroxisom Proliferator-Aktivierten Rezeptoren (PPARs) sowie der 15-Lipoxygenase-1, einem Schlüsselenzym im Eicosanoidstoffwechsel, zwischen Patienten mit CF und gesunden Probanden. Da bekannt ist, dass PPARs sowie die 15-LO-1 in entzündlichen Prozessen regulatorische Funktionen besitzen, und man zudem annimmt, dass CF auf eine übermäßige Immunreaktion zurückzuführen ist, vermuten wir für PPARs bzw. 15-LO-1 ein verändertes Expressionsmuster. Eicosanoide sind wichtige Mediatoren und Modulatoren der inflammatorischen Antwort. Sie sind Derivate mehrfach ungesättigter Fettsäuren. Eine wichtige Rolle spielen sie bei der Thrombozytenaggregation, Kontraktion der glatten Muskulatur, Chemotaxis der Leukozyten, Zytokinproduktion, Schmerzübertragung sowie der Entstehung von Fieber. Einige Eicosanoide verursachen proinflammatorische, andere antiinflammatorische Aktionen, wiederum andere können beides verursachen. Arachidonsäure (AA), eine n-6 mehrfach ungesättigte Fettsäure (PUFA), ist der Vorläufer für potente proinflammatorische Eicosanoide wie Prostaglandin E-2, Thromboxan A2 und Leukotrien B4 und ist in der Phospholipidschicht der Zellmembran gebunden. n-3 PUFA’s wie Docosahexaenoicsäure (DHA) und Eicosapentaensäure werden zu Eicosanoiden wie Prostaglandin E-3, Thromboxan A3 und Leukotrien B5 metabolisiert. DHA besitzt antiinflammatorische Eigenschaften, indem es mit AA um die Aufnahme/Verbindung in die Zellmembran konkurriert, dabei werden die AA Spiegel herunterreguliert. Veränderungen beim Stoffwechsel der Fettsäuren und Eisosanoide wurden bei CF-Patienten von verschiedenen Gruppen beschrieben. Zusätzlich zu dem erhöhten Spiegel proinflammatorischer Leukotriene in Atemwegen, Urin und Serum, wurden erniedrigte Spiegel von DHA im Plasma und übermäßige Freisetzung von AA aus der Zellmembran für CF beschrieben. Desweiteren wurden erhöhte Mengen membrangebundener AA und erniedrigte Mengen membrangebundener DHA in den von CF betroffenen Organen beschrieben. Veränderungen des Fettsäure-Haushalts sind von besonderem Interesse, weil sie die bei CF vorliegender Fehlregulation inflammatorischer Prozesse erklären könnten. Sie sind auch natürliche Liganden von Peroxisom Proliferator-Aktivierten Rezeptoren und darüber hinaus an der Regulation von Entzündungsprozessen beteiligt. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind drei unterschiedliche PPAR-Isoformen identifiziert, PPAR alpha, bera und gamma. Sie sind Transkriptionsfaktoren, die zu der Superfamilie der nukleäreren Rezeptoren gehören, und werden durch endogene Liganden wie Fettsäuren und Eicosanoide aktiviert. Es wurde gezeigt, dass PPARalpha und –gamma antiinflammatorische Aktivität besitzen, die auf Monozyten, Makrophagen, Lymphozyten, glatte Muskelzellen und Endothellzellen wirkt. Ein Modell dazu ist eine durch PPARalpha und -gamma vermittelte Hemmung der proinflammatorischen Eigenschaften des nuklearen Faktor-kappaB (NF-kappaB) und des aktivierenden Proteins-1 (AP-1). Beides sind Transkriptionsfaktoren, die eine Schlüsselrolle bei der inflammatorischen Antwort spielen, indem sie die Expression von Zytokinen, Chemokinen, Zelladhäsionsmolekülen und Wachstumsfaktoren veranlassen. Die PPARs werden unter anderem in peripheren Blutzellen exprimiert. Da die Spiegel einiger endogener Aktivatoren der PPARs bei CF verändert zu sein scheinen, sollte in der vorliegenden Arbeit ein Einfluss auf Expression und Funktion der PPARs untersucht werden. In der vorliegenden Arbeit wurden Patienten mit CF untersucht, die sich in einem stabilen Zustand befanden und im Rahmen von Routineuntersuchungen in die Klinik kamen. Da die CF-Patienten in unserer Klinik nicht bronchoskopiert werden, konnte kein Versuchsmaterial aus den Atemwegen gewonnen werden. Dennoch gehen wir aufgrund der erhöhten Entzündungsmarker im Blut der CF-Patienten davon aus, dass die Entzündungsreaktionen nicht auf den Respirationstrakt beschränkt sind. Auch in unserer Studie zeigten sich erhöhte IL-8 Spiegel im Plasma von Patienten mit CF. Dies unterstützt die Ergebnisse anderer Arbeitsgruppen und weist auf systemische proinflammatorische Vorgänge hin. Das Blut wurde über Venenpunktion erhalten. Monozyten, Lymphozyten und neutrophile Granulozyten wurden isoliert und untersucht, da sie aufgrund der Freisetzung von Zytokinen, Chemokinen und durch die Produktion von Antikörpern, wichtige Mediatoren in der Immunantwort sind. Die PPAR mRNA Expression wurde in Monozyten und Lymphozyten mittels RT-kompetitiver Multiplex PCR gemessen und mittels RT-Real-time PCR in neutrophilen Granulozyten. Die PPARgamma Spiegel in diesen Zellen lagen unterhalb der Nachweisgrenze. Die statistische Analyse zeigte dass in Lymphozyten von CF-Patienten gegenüber Gesunden PPARalpha mRNA, aber nicht PPARbeta mRNA, signifikant erniedrigt exprimiert wird (-37%). Die gleiche Differenz konnte auf Proteinebene mit Hilfe von Western Blots detektiert werden. Hinsichtlich der Expression von PPARalpha und PPARbeta zeigten sich in Monozyten und Neutrophilen zwischen CF-Patienten und Gesunden keine signifikanten Unterschiede. Unseren Daten werden von verschiedenen Studien unterstützt. Zum ersten gibt es Hinweise, dass PPARalpha mRNA- und Protein-Expression von ihren eigenen Liganden direkt reguliert werden. Bei Patienten mit CF zeigen sich für die natürlichen Liganden, Eicosanoide und Fettsäuren, veränderte Spiegel, wass zu einer verringerte Expression von PPARalpha beitragen könnte. Zum zweiten, da bekannt ist, dass die PPARalpha-Expression in proinflammatorisch aktivierten T-Lymphozyten herunterreguliert ist, wurde zusätzlich überprüft, ob die Lymphozyten von CF-Patienten aktiviert sind. Interleukin-2 Rezeptor im Serum (sIL-2 R) ist ein allgemein anerkannter Marker der Aktivierung von Lymphozyten. Tatsächlich zeigte sich, dass die Konzentration von sIL-2 R im Serum der vorliegenden CF Patienten erhöht ist, was mit den Erkenntnissen anderer Arbeitsgruppen übereinstimmt 128-130. Die verstärkte Aktivierung von Lymphozyten in CF-Patienten könnte eine Erklärung für die erniedrigten PPARalpha-Spiegel bieten. Der verantwortliche Mechanismus dafür ist bis jetzt noch nicht bekannt. Drittens wurde für die proinflammatorischen Zytokine IL-6, TNF-alpha und IL-1 gezeigt, dass sie eine Reduktion der PPARalpha Expression verursachen können. CF-Patienten zeigen erhöhte Spiegel von IL-2, TNF-alpha, IL-6 und IL-8 im Sputum und Serum. Konsequenterweise kann die PPARalpha Expression durch die erhöhten Zytokinspiegel im Serum herunter reguliert werden. Eine weitere Unterstützung der vorliegenden Ergebnisse ergibt sich aus einem Kongressbeitrag von Andersson et al., die über eine epitheliale CF-Zelllinie berichten, die weniger PPARalpha-Protein exprimiert als eine normale epitheliale Zelllinie. Dieselbe Forschungsgruppe fand erniedrigte PPARgamma-Spiegel im CF-Maus-Modell in Geweben, die speziell durch CFTR reguliert werden und ihre Daten weisen darauf hin, dass CFTR eine Rolle bei der PPAR Expression spielen kann. Ein funktionales CFTR-Protein wird auch in Lymphozyten von Gesunden exprimiert. Folglich könnte ein defektes CFTR auch in CF-Lymphozyten für die veränderterte PPARalpha-Expression verantwortlich sein. Ob die beschriebene Veränderung der Menge an PPARalpha mRNA und Protein auch auf funktioneller Ebene zum Tragen kommt, wurde durch immunhistometrische Untersuchungen und die Bestimmung der DNA-Bindungsaktivität des Transkriptionsfaktors überprüft. Die immunhistometrischen Untersuchungen zeigten, dass PPARalpha sowohl bei Gesunden als auch bei CF-Patienten hauptsächlich im Cytosol lokalisiert ist und dass sich nur ein kleiner Teil im Nukleus befindet. Eine Quantifizierung war hierbei nicht möglich. Über eine ähnliche zelluläre Verteilung wurde in humanen Makrophagen wie auch in Mäuselymphozyten berichtet. Die DNA-Bindungstudien zeigten, dass die PPARalpha DNA-Bindungsaktivität in Lymphozyten von CF-Patienten gegenüber Kontrollpersonen um 36% signifikant erniedrigt war. Eine erniedrigte DNA-Bindungsaktivität bei CFTR knock-out Mäuse wurde auch für PPARgamma berichtet. Die Bindungsaktivität konnte wiederhergestellt werden, nachdem die Mäuse mit Troglitazon, einem PPARgamma Agonist, behandelt wurden. Darüber hinaus werden mit hoher Wahrscheinlichkeit auch die Veränderungen des Eicosanoidhaushalts bei CF zu der Verminderung sowohl der Expression als auch der Aktivität von PPARalpha beitragen. Hier ist besonders die bei CF verminderter Menge des PPARalpha–Liganden DHA hervorzuheben. Eine ligandeninduzierte Aktivierung von PPARalpha führt zu einer Abnahme verschiedener proinflammatorische Zytokine in Lymphozyten. Dies geschieht vermutlich über eine Antagonisierung der Aktivität von NF-kappaB. PPARalpha hat einen signifikanten Einfluss auf die Immunantwort. Somit könnte die bei CF-Patienten verminderte PPARalpha-Expression und -Funktion ursächlich oder mitverantwortlich für die inflammatorischen Vorgänge bei CF sein. Die vorliegenden Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Regulierung der Aktivität von PPARalpha durch die Zugabe von DHA oder andere Liganden eine sinnvolle Therapieoption sein kann. Es sollte in weiterführenden Versuchen geklärt werden, ob eine Therapie mit PPARalpha-Aktivatoren einen Einfluss auf die inflammatorischen Vorgänge bei CF haben kann. Im zweiten Teil der Arbeit wurde untersucht ob CF einen Defekt in der Expression von 15-Lipoxygenase-1 (15-LO-1) verursacht. 15-LO-1 ist ein Schlüsselenzym für die Synthese einiger Eicosanoide wie z.B. 15(S)-HETE und Lipoxin A4. Beide Eicosanoide spielen eine wichtige Rolle in inflammatorischen Vorgängen in der menschlichen Lunge. 15(S)-HETE ist ein von der Arachidonsäure abgeleitetes Eicosanoid, das sich in hoher Konzentration in eosinophilen Granulozyten und Atemwegsepithelien findet. 15(S)-HETE wirkt in den Atemwegen stark mukosekretolytisch und bronchokonstriktorisch. Zum anderen inhibiert 15(S)-HETE die durch die 5-Lipoxygenase katalysierte Konversion von Arachidonsäure zu proinflammatorischen Mediatoren wie LTB4 in neutrophilen Granulozyten. Dies führt zu einer Reduktion der neutrophilen Chemotaxis. Es liegen bisher keine Daten zu 15-HETE-Spiegel in der CF-Lunge vor. Lipoxin A4 verursacht ebenfalls eine Reduktion der Chemotaxis von neutrophilen Granulozyten, supprimiert darüber hinaus aber schon deren Aktivierung. Neben einer direkten Wirkung auf die neutrophilen Granulozyten, sind dabei auch indirekte Effekte beteiligt, wie zum Beispiel die Reduktion der broncho-epithelialen Ausschüttung von IL-8, als einem potenten Chemoattraktor und Aktivator neutrophiler Granulozyten. Tatsächlich ist die Konzentration des anti-inflammatorisch wirksamen LXA4 in der Atemwegsflüssigkeit von CF-Patienten reduziert. Die Expression von15-LO-1 in peripheren Blutzellen ist im Wesentlichen auf die eosinophilen Granulozyten beschränkt. Deren Funktion ist bei der zystischen Fibrose ebenfalls verändert: in CF Serum und Sputum misst man erhöhte Spiegel an eosinophilen granulären Proteinen, obwohl die Anzahl der Eosinophilen normal ist. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht, ob im Rahmen der zystischen Fibrose Veränderungen der Expression der 15-LO vorliegen. Durchflusszytometrische Untersuchungen zeigten nach der statistischen Auswertung, dass die intrazelluläre Expression der 15-LO-1 in eosinophilen Granulozyten von CF-Patienten und gesunden Kontrollpersonen keine Unterschiede aufweist. Dies schliesst nicht aus, dass Unterschiede der 15-LO-1 Expression zwischen CF-Patienten und gesunden Kontrollpersonen im Atemwegsepithel zu finden wären, weil, eine erhöhte Expression der 15-LO-1 bei chronischer Bronchitis und Asthma bronchiale wurde beschrieben. Patientenmaterial für das Atemwegsepithel war jedoch nicht zugänglich und wurde von daher nicht untersucht.Funktion ist bei der zystischen Fibrose ebenfalls verändert: in CF Serum und Sputum misst man erhöhte Spiegel an eosinophilen granulären Proteinen, obwohl die Anzahl der Eosinophilen normal ist. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht, ob im Rahmen der zystischen Fibrose Veränderungen der Expression der 15-LO vorliegen. Durchflusszytometrische Untersuchungen zeigten nach der statistischen Auswertung, dass die intrazelluläre Expression der 15-LO-1 in eosinophilen Granulozyten von CF-Patienten und gesunden Kontrollpersonen keine Unterschiede aufweist. Dies schliesst nicht aus, dass Unterschiede der 15-LO-1 Expression zwischen CF-Patienten und gesunden Kontrollpersonen im Atemwegsepithel zu finden wären, weil, eine erhöhte Expression der 15-LO-1 bei chronischer Bronchitis und Asthma bronchiale wurde beschrieben. Patientenmaterial für das Atemwegsepithel war jedoch nicht zugänglich und wurde von daher nicht untersucht.
G protein-coupled receptors (GPCRs) comprise the largest membrane protein family and play an essential role in signal transduction through the cell membrane. They are currently the targets of approximately 50 % of the pharmaceuticals on the market (Klabunde and Hessler, 2002). However, only one high-resolution GPCR structure has been determined up to now, that of bovine rhodopsin (Palczewski et al., 2000). The GPCR activation and regulation mechanisms are still unknown and other GPCR structures are thus required. MePNet (Membrane Protein Network) was a European consortium dedicated to structural studies of GPCRs. The approach was to produce 100 GPCRs in three expression systems (Escherichia coli, Pichia pastoris and Semliki Forest Virus infected mammalian cells) in order to select at each step of the process (production, solubilization, purification) the constructs that fulfilled quantity and quality (functionality) requirements for crystallization trials. In our team, we screened 38 of the 100 targets in P. pastoris. For each receptor, the clone with the highest production level was identified by dot-blot. The size and homogeneity of each receptor were then analyzed by Western-blot. The human adenosine A2A receptor showed a well-defined and pronounced single band and was thus selected for further characterization. The adenosine A2A receptor is a GPCR mainly localized in the central nervous system and, as it antagonizes dopaminergic activity, it has great potential as a drug target for the treatment of Parkinson’s disease. Functional characterization by binding assays with the specific antagonist [3H]-ZM241385 demonstrated a Bmax of 56 +/- 3 pmol/mg i.e. pmol of binder per milligram of total membrane protein, and a KD of 0.40 +/- 0.02 nM. Receptor production was then improved by lowering the induction temperature, decreasing the induction time and adding DMSO to the medium. For large-scale production, fermention reached around 300 g cells (wet weight)/L culture, which provided 43 mg of functional receptor in membranes per liter of culture. Functional solubilization was achieved with dodecyl-β-D-maltoside and the soluble yield was increased to 70-80 % of the membrane content by addition of cholesteryl hemisuccinate and increasing the ionic strength. The receptor was successfully purified via Ni-NTA and monomeric avidin chromatography in the presence of the antagonist ZM241385. This strategy produced a pure, homogeneous and stable receptor preparation with functionality demonstrated by radioligand binding assays. The total receptor yield after purification was routinely around 20 % of the membrane functional receptor content and 2 g of membranes provided 4 mg of pure receptor for crystallization trials. GPCRs are very difficult targets for crystallization, and co-crystallization with antibody fragments has been shown to be a successful method for crystallization of membrane proteins. In order to develop such a tool for the adenosine A2A receptor, a single-chain Fv (scFv) fragment specific to the purified receptor was selected by phage display. The receptor was functionally immobilized on the surface of streptavidin beads and after two rounds of selection, 6 different phages were identified several times. After production in E. coli and purification via Ni-NTA affinity chromatography, 4 out of the 6 scFv fragments were sufficiently enriched to be tested by ELISA. For the ELISA, the receptor was functionally immobilized via the biotinylation domain of the construct in a 96-well streptavidin-coated plate. The antibody fragments binding to the receptor were identified based on interaction with HRP-conjugated protein L. One scFv fragment gave a positive ELISA signal 10 fold above background and titration of the scFv fragment binding to the receptor was specific and saturable. However no complex of scFv fragment and receptor was observed on gel filtration. In order to have a more sensitive detection method, the scFv fragment was labeled with fluorescein: a complex was then observed up on gel filtration but the binding appeared to be non-specific. A pull-down assay with immobilized non-labeled scFv fragment finally confirmed the specificity of the binding, but also the low affinity of the interaction. Affinity maturation of this specific scFv fragment by a random mutagenesis and selection process should improve this parameter in order to obtain an adapted tool for co-crystallization.
Anhand einer osmotischen Auffschlussmethode für B. subtilis konnte ohne Zugabe von Detergenzien erreicht werden, dass die beiden Modifikationsproteine SpaB und SpaC in löslicher Form vorliegen. Demzufolge handelt es sich bei dem Subtilin-Synthetase-Komplex nicht um einen starren membranständigen Komplex, sondern um eine transiente Assoziation der SpaB/C-Proteine mit dem Transportprotein SpaT während der Modifikationsreaktion. Durch Interaktionsstudien mit heterolog produzierten Subtilinpräpropeptid (SubHAHis) konnte eine spezifische Interaktion mit dem löslichen SpaC-Protein gezeigt werden. Komplementationsversuche zeigten, dass der DspaC amyE::spaS-Stamm durch das SpaCsowie das EriC-, jedoch nicht durch das NisC-Protein komplementiert wird. Ebenfalls ist ein C-terminal verkürztes bzw. verlängertes SpaC-Protein nicht in der Lage ist, Subtilin richtig zu modifizieren. Mit Hilfe einer in vitro Mutagenese der ligandierenden Aminosäuren Cystein 303, Cystein 349 und Histidin 350 konnte gezeigt werden, dass das Zink-Ion des SpaC-Proteins an der katalytischen Reaktion beteiligt ist. Beim Ausschalten der Aminosäuren Histidin 212 und Tyrosin 304 konnte ebenfalls ein Ausfall der Subtilinproduktion beobachtet werden. Es wäre denkbar, dass beide Aminosäuren in einer Säure/Base-Reaktion bei der Subtilinmodifikation involviert sein könnten. Die Aminosäure Tryptophan 302 hingegen bildet mit dem C-terminalen ALL-Motiv des Proteins ein hydrophobes Cluster, was eine Rolle beider Elemente in Stabilisation des Reaktionszentrums und Substratbindung nahe legt. Für das SubHAHis konnte gezeigt werden, dass es von der Modifikationsmaschinerie akzeptiert und auch produziert wird, jedoch entsteht ebenfalls ein Heterodimer zwischen dem SubHAHis und den Modifikationsproteinen SpaB und SpaC, an dessen Formation der Hexa-Histidin-Tag maßgeblich beteiligt ist. Eine mögliche Heterodimerformation im Subtilinproduzenten ATCC 6633 konnte unter bestimmten Bedingungen ebenfalls nachgewiesen werden, was auf eine mögliche kovalente Zwischenstufe bei der Lanthioninbrückenbildung hinweist. Des Weiteren konnte durch in vitro Mutagenese-Studien gezeigt werden, dass die katalytische Reaktion des SpaC-Proteins an der Heterodimerformation beteiligt ist. Das SpaC-SubHAHis Heterodimer konnte erfolgreich angereichert und mittels Peptidmassenkartierung eindeutig als kovalentes Heterodimer zwischen den beiden Proteinen identifiziert werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass bei der Modifikation des Subtilinpräpropeptids durch das SpaC-Protein eine transiente kovalente Bindung zwischen dem Präpropeptid und dem SpaCProtein ausgebildet wird. Die Bildung eines möglichen Heterodimers zwischen SpaC und dem Subtilinpräpropeptid konnte ebenfalls unter bestimmten Bedingungen beim Wildtyp nachgewiesen werden. Dieser Befund legt nahe, dass es sich bei der Heterodimerbildung um eine katalytische Zwischenstufe bei der Modifikation des Präpropeptids durch das SpaC handeln könnte, welches durch die Anwesenheit des Hexa-Hisitidin-Tags arretiert wird. Neben dem bekannten Subtilinproduzenten B. subtilis ATCC 6633 konnten weitere Stämme der W23-Untergruppe der Spezies B. subtilis als Subtilinproduzenten identifiziert werden, was impliziert, dass ein Merkmal der W23-Gruppe die Produktion von Subtilin ist und diese als Biomarker dienen könnte. Des Weiteren konnte beobachtet werden, dass ein um die Aminosäuren Glycin und Serin C-terminal verlängertes Subtilin (Subtilin-GS) eine gesteigerte Subtilin-Autoinduktion hervorruft. Durch die Zugabe von Mangan zu einer Subtilin-Produzierenden Kultur konnte ebenfalls gezeigt werden, dass das Mangan alleine einen steigernden Einfluss auf die Induktion des PspaB-Promotors besitzt, während eine gesteigerte Aktivität des PspaS-Promotors nur bei der gleichzeitigen Anwesenheit von Subtilin beobachtet werden konnte. Durch die gezielte Zugabe von Mangan und Subtilin-GS ist es dementsprechend möglich, eine erhöhte Autoinduktion und somit eine erhöhte Produktion an Subtilin zu erreichen.
Das aktuell diskutierte Modell der lichtabhängigen Magnetrezeption bei Vögeln beschreibt, dass die Richtung des Erdmagnetfelds durch Radikalpaarprozesse in spezialisierten Photorezeptoren wahrgenommen wird. Dabei werden Cryptochrome, eine Klasse photoaktiver Flavoproteine, als potentielle Kandidaten für das Radikalpaarmodell und damit als mögliches Magnetrezeptormolekül diskutiert. Verhaltensbiologische Experimente mit Zugvögeln zeigen, dass der Magnetrezeptionsprozess offensichtlich stark lateralisiert im rechten Auge stattfindet und dass dieser Prozess Licht aus dem blau-grünen Teil des Spektrums benötigt. Cryptochrome absorbieren Licht in diesem Bereich und besitzen darüber hinaus biochemische Eigenschaften, die für die Funktion des Radikalpaarmodells entscheidend sind. Vor dem Hintergrund dieser Überlegungen habe ich untersucht, ob Cryptochrom (CRY) in der Retina des Rotkehlchens, Erithacus rubecula, einem nachtziehenden Singvogel, zu finden ist. Mit molekulargenetischen Methoden konnte ich erstmals drei individuell exprimierte Cryptochrome aus der Rotkehlchenretina isolieren: Erithacus (e)-CRY1a, -CRY1b und -CRY2. Während eCRY1a und eCRY2 fast vollständig homolog zu Cryptochrom 1 und 2 in der Retina des Haushuhns sind, besitzt eCRY1b eine noch unbeschriebene C-terminale Domäne, die auf neue Proteinbindungseigenschaften und Interaktionspartner hindeutet. Die Identifizierung eines Kernlokalisierungssignals bei eCRY2 weist auf dessen Lokalisierung im Zellkern hin und macht seine Funktion als sensorischer Lichtrezeptor eher unwahrscheinlich. Ein mit Hilfe der Aminosäurensequenz erstelltes Proteinmodell von eCRY1 zeigt, dass dieser Typus zwei Cofaktoren besitzt: das katalytische Chromophor Flavinadenindinukleotid (FAD) und das lichtsammelnde Pterin Methenyltetrahydrofolat (MTHF). eCRY1a und eCRY1b sind Spleißprodukte des gleichen Gens; ihre C-terminalen Domänen sind auf unterschiedlichen Exonen codiert. eCRY1a und eCRY1b besitzen beide keine Membranbindedomäne und liegen zytosolisch vor. Weil jedoch laut Radikalpaartheorie die magnetosensitiven Rezeptoren zumindest im Moment der Photonenabsorption in einer bestimmten Anordnung und Raumrichtung vorliegen müssen, benötigen beide eCRY1-Varianten daher mindestens einen sphärisch fixierten Interaktionspartner. In meiner Arbeit diskutiere ich Opsine als mögliche Partner, da diese in den Aussensegmenten der Photorezeptoren stark geordnet und in konstanter Raumrichtung vorliegen. Die Genexpression von eCRY1a und eCRY1b unterscheidet sich sowohl zwischen den Augen als auch zwischen den CRY-Varianten. Im Mittel waren die Expressionswerte von eCRY1a in der Rotkehlchenretina fünf- bis zehnmal höher als die von eCRY1b. In der Dämmerung und nachts ist eCRY1a im linken Auge signifikant höher exprimiert als im rechten Auge. Im Gegensatz dazu ist die Expression von eCRY1b in beiden Augen gleich, zeigt jedoch einen signifikanten Anstieg zu Beginn des Zuges in der Dämmerung. Durch die unterschiedlichen Expressionsraten von eCRY1a und eCRY1b verschiebt sich zum Zeitpunkt der Richtungsentscheidung des Vogels in der Dämmerung das Verhältnis zwischen den beiden Cryptochrom1-Varianten im rechten Auge zugunsten von eCRY1b. Die Ergebnisse meiner Expressionsstudie deuten darauf hin, dass die in Verhaltensversuchen nachgewiesene Lateralisation des Magnetkompass bereits auf Rezeptorebene in der Retina beginnen könnte. mRNA in situ- als auch immunohistochemische Untersuchungen dieser Arbeit zeigen, dass bei Zugvögeln sowohl die mRNA als auch die Proteine beider eCRY1-Typen in den Innensegmenten der retinalen Photorezeptoren lokalisiert sind. Die räumliche Nachbarschaft zu Opsinen unterstützt die Annahme einer möglichen Interaktion zwischen diesen und Cryptochrom. Darüber hinaus lässt dieser Befund Spekulationen zu, dass die neuronale Verarbeitung der aus den Photorezeptoren stammenden magnetischen Richtungsinformation analog zum bildverarbeitenden Sehen stattfinden könnte. Modelle für eine mögliche Verschaltung und Signalverarbeitung der Cryptochromsignale werden in dieser Arbeit diskutiert. Insgesamt unterstützen die Befunde meiner Arbeit die im Radikalpaarmodell diskutierte Annahme, dass Cryptochrome eine entscheidende Rolle bei der Perzeption von magnetischer Kompassinformation bei Zugvögeln spielen und möglicherweise als Magnetrezeptormoleküle fungieren. Darüber hinaus könnten die Ergebnisse einen wichtigen Beitrag zu einem besseren Verständnis des Gesamtprozesses der Magnetrezeption bei Tieren leisten, und zwar von der Rezeptorzelle bis zur Verhaltensantwort. Meine Ergebnisse tragen möglicherweise auch dazu bei, die bekannten neurowissenschaftlichen und funktionell morphologischen mit den entsprechenden ethologischen Ergebnissen zu verknüpfen. Ich würde es sehr begrüßen, wenn meine Arbeit zu weiterführender Forschung auf diesem spannenden Gebiet anregt und zu einem besseren Verständnis der noch unbekannten Aspekte der Magnetrezeption beitrüge.
A new technique for precision ion implantation has been developed. A scanning probe has been equipped with a small aperture and incorporated into an ion beamline, so that ions can be implanted through the aperture into a sample. By using a scanning probe the target can be imaged in a non-destructive way prior to implantation and the probe together with the aperture can be placed at the desired location with nanometer precision. In this work first results of a scanning probe integrated into an ion beamline are presented. A placement resolution of about 120 nm is reported. The final placement accuracy is determined by the size of the aperture hole and by the straggle of the implanted ion inside the target material. The limits of this technology are expected to be set by the latter, which is of the order of 10 nm for low energy ions. This research has been carried out in the context of a larger program concerned with the development of quantum computer test structures. For that the placement accuracy needs to be increased and a detector for single ion detection has to be integrated into the setup. Both issues are discussed in this thesis. To achieve single ion detection highly charged ions are used for the implantation, as in addition to their kinetic energy they also deposit their potential energy in the target material, therefore making detection easier. A special ion source for producing these highly charged ions was used and their creation and interactions with solids of are discussed in detail.
Die Entwicklung künstlicher Ribonucleasen bietet das Potential, Werkzeuge für die Biotechnologie und langfristig neuartige Pharmaka bereitzustellen. 2-Aminobenzimidazole haben sich als metallfreie Katalysatoren zur unspezifischen Spaltung von Ribonucleinsäuren bewährt. In der vorliegenden Arbeit sollte das Konzept von künstlichen Ribonucleasen auf Basis dieser Molekülklasse auf seine Tragfähigkeit gerprüft werden. Außerdem sollten weitere mechanistische Erkenntnisse über die Katalyse der RNA-Hydrolyse durch 2-Aminobenzimidazole gewonnen werden. Hierzu wurden kupplungsfähige 2-Aminobenzimidazol-Derivate hergestellt und anschließend an RNA-Liganden gekuppelt. Diese Konjugate wurden auf ihre Spaltaktivität gegenüber RNA bei physiologischen Bedingungen sowie auf ihre Substrat- und Ortsspezifität getestet. Zunächst wurden Tripeptidkonjugate synthetisiert und untersucht. Hierbei konnte eine gegenüber den unkonjugierten Spezies erhöhte Affinität der Konjugate zum Substrat festgestellt werden. Auch wurde gezeigt, dass 2-Aminobenzimidazole, die in wässriger Lösung zur Aggregation neigen, auch als Einzelmoleküle in der Lage sind, die RNA-Hydrolyse zu katalysieren. Die Substrat- und Ortsspezifität der Tripeptidkonjugate ließ jedoch zu wünschen übrig. Durch die Konjugation von 2-Aminobenzimidazol-Derivaten an Antisense-DNA gelang schließlich die sequenz- und ortsspezifische Affinitätsspaltung von RNA mit beachtlicher Aktivität. Damit war die Tragfähigkeit des Konzepts bewiesen. Ferner konnten durch die weitere Untersuchung der Konjugate starke Indizien gewonnen werden, die das Modell, auf dem die Auswahl der 2-Aminobenzimidazole als katalytische Einheit beruht, stützen.
In the present work we applied the Optically read out PArticle track Chamber, OPAC, for the measurement of radial dose distributions, d(r), around tracks of heavy ions passing through the gas-filled sensitive volume of the chamber. The measured data were compared with d(r) functions derived from data calculated with the Monte Carlo particle transport code, TRAX – which is used for the heavy ion therapy planning at GSI. To measure this quantity we have used here an optically read out time projection chamber (OPAC) with a parallel-drift field and one or several electron and light amplification stages. The two dimensional projection of the three dimensional ionization pattern caused by the ionizing particle passing through the chamber is captured by an image intensified CCD camera. The work is motivated by the role the radial dose distribution plays in the estimation of the relative biological effectiveness (RBE) of heavy ions, e.g. in radiation therapy and in radiation protection. The most successful model for high-dose irradiation with ions (applicable e.g. for heavy ion therapy) is found to be the local effect model (LEM). The present work intends to deliver measured data for one of the basic physical parameters which serve as input for the application of the local effect model: the radial dose distribution, d(r). The first goal of our measurement program was the measurement of d(r) distributions around carbon ions of different energies from 400 MeV/u down to the Bragg peak regions. We found an excellent agreement between the measured and simulated distributions at all carbon energies for the r–range in which the measurements deliver useful results. The lower limit of this range is about 100 nm and the upper limit is 6000 nm at a resolution of down to 33 nm - if scaled to water density. Despite the simplifications in the TRAX code (e.g. binary encounter theory for the emission ionization electrons), the discrepancies between the simulated and measured d(r) distributions are found to be lower than the measurement uncertainties at most measured carbon ion energies in almost the whole observed r-range. Hence, within the limitations of our measurements we can conclude that the precision of TRAX is sufficient to simulate the d(r) distributions around carbon ions to serve as input parameter for therapy planning. However, this conclusion is only valid for larger radial distances (r >100 nm). For smaller radial distances the measured data are dominated by the diffusion. Apart from carbon ion tracks, tracks of very heavy ions (40Ar, 84Kr and 238U) were also measured with OPAC. The simulated d(r) values were typically slightly or significantly higher than the measured data in the 100 nm < r < 5000 nm region. The experience has shown: the heavier or the faster the ion, the higher the discrepancies. On the one hand, we found a surprisingly good agreement between measurements and simulations if the ions had energies of around 50 MeV/u (i.e. relatively low energy). On the other hand, at higher energies, simulated data underestimate the measured ones by up to a factor of two in the region of 100 nm < r < 1000 nm for 84Kr (E = 650 MeV/u) or in the region of 100 nm < r < 6000 nm for 238U (E = 1 GeV/u). A possible reason for these discrepancies is that the BEA model, used in TRAX for the production ionization electrons, is not adequate for very heavy projectiles. The energy values of the very heavy ions were selected with the aim of comparing the track structures - and namely the d(r) distributions - of ions with largely different atomic mass but similar LET values. From the Z-dependency of the stopping power we know that for heavier ions a higher specific ion energy (expressed in MeV/u) is required to provide the same LET. For example the common LET of 315 keV/micro-m was achieved at largely different specific energy levels of 4,4 MeV/u for 12C, 65 MeV/u for 40Ar and 650 MeV/u for 84Kr ions. The difference in the track structures was expected mainly due to the different ion velocities and thus e.g. different ranges of d-electrons. This expectation could be confirmed by the measurements. The reason why - in line with the simulations - no strong differences could be observed in the d(r) distributions of the argon and krypton ions is the relatively small difference in the velocities of the both ion types in conjunction with the limited range in r, where the data can be compared. In contrary, the d(r) function of the carbon ion shows a qualitatively different behavior than the heavier ions inside the observable radius-range - in agreement with the simulations.
Entrepreneurship eröffnet aus didaktischer und organisatorischer Sicht vielversprechende Chancen zum Bewältigen der Modernitätskrise dualer Berufsausbildung, birgt jedoch auch Risiken in sich. Sowohl didaktische Konzeptionen, die von der – traditionell – funktional-objektivistischen Entrepreneurship-Definition ausgehen (z.B. der „Medienkoffer Selbstständigkeit“), als auch subjektorientierte Ansätze (z.B. die „Arbeitsorientierte Exemplarik“) zeichnen sich dadurch aus, dass sie, anders als duale Berufsausbildung, allgemeine Bildungsinhalte gegenüber fachbezogenen stärker gewichten, was sich u.a. in Fachgrenzen überschreitenden Lehr-/Lernarrangements (Projektunterricht) konkretisiert. Damit wird nicht nur den – Stichworte Lean Production und Globalisierung – veränderten Qualifikationsbedarfen am Arbeitsmarkt entsprochen. Auch bestehen Anknüpfungspunkte zu einem Teil der subjektiven Wissens- und Rationalitätsgrundlagen, die aus Sicht der Theorie der reflexiven Modernisierung in der Zweiten Moderne für unabdingbar erachtet werden (Anerkennung von Unsicherheit/nicht erwarteten Nebenfolgen, Befähigung zur kooperativen Entscheidungsfindung). Die untersuchten Ansatzmöglichkeiten weisen jedoch auch Schwachpunkte auf. Die „Arbeitsorientierte Exemplarik“ stellt zwar eine geschlossene didaktische Konzeption dar. Ihre Umsetzung beschränkt sich jedoch weitgehend auf die Erwachsenenbildung. Zudem fehlen Daten, die es ermöglichen, die Validität der „Arbeitsorientierten Exemplarik“ im Feld zu evaluieren. Umgekehrt liegt eine Vielzahl praxiserprobter und auch evaluierter „Entrepreneurship Education“-Programme, -Projekte und -Lehrgänge vor, die jedoch nicht bildungstheoretisch fundiert sind. Auch drohen „Entrepreneurship Education“ und die „Arbeitsorientierte Exemplarik“ entweder von neoliberalen wirtschaftspolititischen Interessen vereinnahmt oder unmittelbar in den Dienst der Gewinnerzielungsabsichten global operierender Konzerne gestellt zu werden. Während bildungstheoretische und empirische Lücken vergleichsweise einfach – durch Bildungsforschung – geschlossen werden können, verdichten sich im Spannungsfeld zwischen funktional-objektivistischen ökonomischen Interessen und dem anthropologisch begründbaren Ethos nach Entwicklung und Entfaltung individueller Persönlichkeitspotentiale divergierende politische Implikationen, mit denen Entrepreneurship (nicht nur) im Kontext erwerbsarbeitsbezogener Bildung konfrontiert ist. Hier bieten sich zwei Reaktionsmöglichkeiten an: Einerseits eine separierende Sichtweise, die entweder funktional-objektivistischen oder subjektivistisch-individuellen Rationalitäten Vorrang einräumt. Dies hätte zur Folge, dass Entrepreneurship entweder für unternehmerisches Denken und Handeln zu qualifizieren hätte oder, losgelöst von utilitaristischen Erwägungen, die gattungsspezifischen und individuellen Entwicklungsbedürfnisse des Menschen zu entfalten wären. Mit Blick auf die Herausforderungen der Zweiten Moderne erscheint gegenüber einer separierenden eine bündelnde Sichtweise erfolgversprechender, die versucht, Entrepreneurship als Option zur Gestaltung von Gesellschaft zu interpretieren ohne zu vernachlässigen, dass das Subjekt Resultat und Produzent seiner – durch die gegebene primär marktwirtschaftliche Wirtschaftsordnung beeinflussten – Vernetzung, Situierung, Verortung, Gestalt ist. Eine solche Quasi-Subjektbildung hätte neben den in der „Theorie reflexiver Modernisierung“ denominierten subjektiven Wissens- und Rationalitätsgrundlagen auch auf den Ausgleich wirtschafts-, gesellschafts- und sozialpolitischer Interessen zu zielen. Auch in organisatorischer Hinsicht beeinflussen ökonomische Rationalitäten die Modernisierungsmöglichkeiten erwerbsarbeitsbezogener Ausbildung. Zwar können die in das öffentliche Bildungssystem eingebundenen Schulen in nicht-staatlicher Trägerschaft als Repräsentanten des Entrepreneurship-Gedankens die kraft ihrer Rechtsform gegebenen pädagogischen Gestaltungsmöglichkeiten nutzen, um dem Berufsausbildungssystem Modernisierungsimpulse zu induzieren. In diesem Zusammenhang wären etwa Angebote zu nennen, in denen berufsbildende mit allgemeinbildenden Inhalten unter Einbezug neuartiger Theorie-Praxis-Kombinationen verschränkt werden. Auch sind einige Privatschulen an Modellversuchen zur Erprobung neuartiger Bildungsgänge beteiligt, die in Kooperation mit den Kultusministerien durchgeführt werden. Gleichwohl zeichnet sich ab, dass die Entscheidungsträger privater Schulen dazu übergehen, ihrer Auffassung nach moderne Erwerbsarbeitsqualifikation zunehmend außerhalb des Berufsausbildungssystems anzubieten, etwa in Form studienqualifizierender Bildungsgänge, im Rahmen berufsqualifizierender Bildungsangebote, die ausschließlich Abiturienten vorbehalten bleiben, oder gar indem berufsbildende durch Fachhochschulstudiengänge substituiert werden. Wenn nun aber moderne Erwerbsarbeitsqualifizierung zunehmend außerhalb des dualen Systems offeriert wird, so untermauert dies nicht nur die These, dass sich das duale System in einer Modernitätskrise befindet. Auch verstärkt dieses an leistungsstarken Schülern orientierte Angebotsverhalten die Selektionsfunktion, welche die Privatschulen ohnehin schon ausüben, indem sie regelmäßig Schulgeld erheben. Vieles spricht dafür, dass die staatliche Finanzhilfe, die sowieso nur Ersatz-, nicht jedoch Ergänzungsschulen beanspruchen können, allein nicht ausreicht, um den Finanzmittelbedarf der Einrichtungen zu decken. Sollen die (verbleibenden) von den Schulen in freier Trägerschaft ausgehenden Modernisierungsimpulse als nachhaltige Schrittmacher für zeitgemäße Erwerbsarbeitsqualifikation fungieren, so bedarf es nicht nur in finanzieller Hinsicht staatlicher Unterstützung. Auch die je nach Bundesland mehr oder weniger großzügigen schulrechtlichen Privatschulrechtsnormen einschließlich ihrer Anwendung durch die Aufsichtsbehörden bedürfen zumindest der Angleichung. Nicht umsonst konnten die von den Kaufmannsvereinigungen betriebenen Schulen Ende des 19. Jahrhunderts erst dann eine (allerdings auf berufliche Ertüchtigung) fokussierte Modernisierungsfunktion übernehmen, nachdem der Staat die hierfür erforderlichen, gesellschaftspolitisch motivierten, weil gegen die Sozialdemokratie gerichteten Rahmenbedingungen geschaffen hatte. Einen Rahmen, die herausgearbeiteten Spannungsbögen zwischen Theorie und Praxis, partikularistischem und holistischem Paradigma sowie ökonomischen und pädagogischen Interessen neuartig zu betrachten, vermag die Historische Anthropologie bereitzustellen. Historisch-anthropologische Forschung ist multiparadigmatisch und zeichnet sich durch Transdisziplinarität sowie Transnationalität aus. In transdisziplinären Forschungsprojekten können die Vertreter mehrerer Fachdisziplinen auf unterschiedliche Wissenskonstellationen, Fragestellungen, Begriffe sowie methodische Zugänge zurückgreifen und so – Stichwort „Quasi-Subjektivität“ – neuartige Lösungsvorschläge für konkrete Problemstellungen einbringen (vgl. WULF 2004, 262). Beim Überschreiten von durch Fachgrenzen begrenztem Denken „spielt das Staunen, das radikale Fragen, die philosophische Kritik und Selbstkritik eine wichtige Rolle“ (WULF 2004, 264). Staunen dürfte sich aller Voraussicht dann einstellen, wenn nicht nur ernsthaft diskutiert würde, dass private Schulen – unter Voraussetzung veränderter Rahmenbedingungen – den öffentlichen Bildungsauftrag möglicherweise besser umsetzen können als staatliche Einrichtungen, sondern auch seitens der politisch Verantwortlichen die hierfür erforderlichen Maßnahmen ergriffen würden. Transnationale (historisch-anthropologische) Forschung eröffnet zudem die Gelegenheit, Grenzen, genauer: ethnische oder kulturelle Grenzen zu überschreiten. (vgl. WULF 2004, 268). Bezogen auf Entrepreneurship böte sich insofern die Option, die anglo-amerikanische Färbung des Entrepreneurship-Diskurses ebenso zu erweitern wie den zentraleuropäischen Nexus des historischen Subjektbildungsdiskurses.
Klonierung und Charakterisierung eines ecotropen porzinen endogenen Retrovirus der Klasse C (PERV-C)
(2006)
Durch die vertikale Vererbung von endogenen Retroviren, deren Fähigkeit humane Zellen in vitro zu infizieren und ihrer Rekombinationsfähigkeit besteht ein Risikopotential bei der Verwendung porziner Gewebe bzw. Organe im Rahmen der XTx, weshalb ein Screening auf PERV im Genom von Spendertieren und eine immunologische Kontrolle von Xenotransplantatempfängern von Bedeutung ist. Im Rahmen dieser Arbeit konnten vier native, teilweise unvollständige, provirale Sequenzen aus einer Genbibliothek einer Zelllinie von Minischweinen isoliert werden. Der Molekularklon PERV-C(1312) zeigt die vollständigen Leserahmen für das gag-, pol- und env-Gen, die 5LTR Sequenz beinhaltet einen Repeat mit 39 bp. Das Virus ist in der Lage produktiv porzine ST-IOWA Zellen in vitro zu infizieren und nach Transfektion in humane Nierenzellen in das Genom zu integrieren. Eine Rekombination mit PERV-B(33)/ATG Partikeln konnte nicht gezeigt werden. Nach Transfektion von Deletionsmutanten von PERV-B(33)/ATG in MAX-T Zellen, denen das gag- und pol-Gen fehlte und lediglich der offene Leserahmen für das env-Gen intakt war, konnte keine Rekombination bzw. Inkorporation von Env-B Proteinen in PERV-C Partikeln nachgewiesen werden. Für eine immunologische Detektion des Env-C Proteins wurde ein polyklonales Antiserums in Kaninchen generiert und ein monoklonaler Antikörper hergestellt. Die Epitope für beide Antikörper sind im SU des env-C Gens lokalisiert. Das Env-C Protein kann durch das polyklonale Antiserum durch Western Blot Analyse in Zelllysaten und in immunhistochemischen Analysen in verschiedenen Zelllinien detektiert werden. In PERV-C Partikeln wird das Env-Protein sowohl durch das polyklonale Antiserum als auch durch den monoklonalen Antikörper spezifisch detektiert. Durch den immunologischen Nachweis von PERV-C Proteinen ist es möglich im Hinblick auf eine XTx den Nachweis dieser Proteine in möglichen Rezipienten durchzuführen. Durch die zusätzlich isolierten Flankensequenzen des replikationskompetenten Molekularklons PERV-C(1312) wäre eine Screening Methode, durch die Verwendung einer spezifischen Flankensonde, möglich, um genomische Integrationsorte und somit die Präsenz dieses Provirus in den Zellen des Spendertieres vorab zu überprüfen, um möglichst Spendertiere für eine XTx zu verwenden, die frei von PERV-C(1312) sind. Somit leistet diese Arbeit einen Beitrag zur besseren Evaluierung des Risikopotentials zukünftiger Xenotransplantationen.
In der vorliegenden Arbeit wurden festkörperunterstützte Membranen in Verbindung mit schnellen Lösungswechseln als Methode zur Messung von elektrogenen Transportvorgängen in biologischen Membranen untersucht und charakterisiert. Parallel zu einem manuellen Messsystem wurde eine Technologie auf der Basis eines Pipettierroboters mitentwickelt und charakterisiert, die es erlaubt, automatisierte Messungen mit erhöhtem Durchsatz durchzuführen. Die Sensoren wurden als Sensorarray auf der Basis einer standardisierten 96er Mikrotiterplatte realisiert. Zur Lösungshantierung kam ein Pipettierroboter zum Einsatz, der mit einer selbstentwickelten Injektionseinheit bestückt wurde. In dieser Injektionseinheit ließen sich die verwendeten Lösungen überschichten, wodurch ein Lösungswechsel von einer substratfreien zu einer substrathaltigen Lösung durchgeführt werden konnte. Mit dem beschriebenen System konnten die in dieser Arbeit behandeleten Proteine EAAC1 und NhaA erfolgreich aktiviert und charakterisiert werden. Hinsichtlich der Transportaktivität wurden mit beiden Proteinen vergleichbare Ergebnisse erzielt wie mit dem manuellen Messsystem. Aus kultivierten CHO-Zellen, die den neuronalen Glutamattransporter EAAC1 rekombinant und fuktional exprimierten, wurden EAAC1-haltigen Cytoplasmamembranen in einem Aufreinigungsschritt (Membranpräparation) gewonnen. Die derart vorliegenden Membranfragmente konnten erfolgreich auf der festkörperunterstützten Membran angelagert werden. In der Abwesenheit von Natriumionen war der EAAC1 nicht aktiv, und er konnte durch den spezifischen kompetitiven Inhibitor TBOA inhibiert werden (Inhibitionskonstante Ki = 1µM). Es wurde beobachtet, dass die Transportströme des EAAC1 in der Abwesenheit von Kaliumionen eine andere Kinetik aufwiesen als in der Anwesenheit von Kaliumionen, und die Affinität für L-Glutamat war in der Abwesenheit von Kaliumionen verringert (K0,5 = 144 µM). Analysen der Signalformen ergaben eine reduzierte Relokationsrate, wobei es wahrscheinlich ist, dass der EAAC1 ohne Kaliumionen einen Single-Turnover durchführt. Eine weitere Eigenschaft des EAAC1 ist die Fähigkeit, bestimmte Anionen zu leiten. Diese Anionenleitfähigkeit ist strikt Natriumabhängig und wird durch die Bindung von L-Glutamat getriggert. Wenn bei einem Experiment zusätzlich bestimmte Anionen (z.B. Chlorid oder Thiocyanat) anwesend waren, wies der Transportstrom des EAAC1 in der Abwesenheit von Kaliumionen eine negative Komponente auf. Diese Komponente konnte auf den Einstrom der Anionen entlang des durch den Glutamattransport aufgebauten elektrischen Gradienten zurückgeführt werden. Des Weiteren konnte die Anionenleitfähigkeit mit Anionensprüngen in der Anwesenheit von L-Glutamat und Natriumionen direkt induziert werden. Damit wurden erstmals kanalartige Ionenströme an der festkörperunterstützten Membran nachgewiesen. Der Anionenstrom wies dabei die gleiche Abhängigkeit von der Glutamatkonzentration auf (K0,5 = 31 µM) wie der Transportstrom. Der Übergang in den leitfähigen Zustand und der Transport hängt demnach von dem gleichen L-glutamatgebundenen Zustand des EAAC1 ab. Dies konnte auch unter Verwendung des Inhibitors HIP-B gezeigt werden. HIP-B wurde erstmals an EAAC1 getestet und wies eine Inhibitionswirkung auf den Transportstrom auf, die nicht auf eine kompetitive Bindung zurückzuführen war. Die Anionenleitfähigkeit ließ sich mit HIP-B hingegen nicht inhibieren. Der bakterielle Natrium-Protonen-Austauscher NhaA lag rekonstituiert in Liposomen vor, die auf der festkörperunterstützten Membran angelagert wurden. Bedingt durch die RSO-Orientierung des NhaA, konnte der Natriumtransport entgegen der natürlichen Transportrichtung (extrazelluläre Natriumbindung) untersucht werden. Der Transportstrom wies eine ausgeprägte Abhängigkeit vom pH-Wert auf. Bei neutralen bzw. sauren pH-Werten (pH <= 7) war die Aktivität des NhaA gegenüber dem alkalischen Bereich (7 < pH < 9) erheblich reduziert. Dieses Verhalten entspricht Literaturangaben für die Intrazellulärseite des NhaA. Dennoch war der NhaA bei einem neutralen pH-Wert nicht vollständig inaktiv. Die Affinität für Natriumionen konnte bei einem pH-Wert von 8,5 zu K0,5 = 11 mM und bei pH 7,0 zu K0,5 = 180 mM bestimmt werden. Neben einer Verringerung der Wechselzahl sinkt im neutralen/sauren Bereich also auch die Affinität für Natriumionen. Durch die Verwendung von Liposomen, in denen der NhaA mit verschiedenen Lipid- zu Protein-Verhältnissen rekonstituiert wurde, konnte gezeigt werden, dass die Messströme auf die Aufladung der Liposomen zurückführbar sind. Der Transportstrom konnte mit der amiloridähnlichen Substanz 2-Aminoperimidin inhibiert werden (Ki = 3 µM). Eine Inhibitionswirkung war nur zu beobachten, wenn der pH-Wert kleiner als pH 8 war. Zusammmen mit der ausgeprägten pH-Wertabhängigkeit kann dieses Phänomen auf eine pH-induzierte Konformationsänderung des NhaA zurückgeführt werden.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der BFV-Reduktion von Hamiltonschen Systemen mit erstklassigen Zwangsbedingungen im Rahmen der klassischen Hamiltonschen Mechanik und im Rahmen der Deformationsquantisierung. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei Zwangsbedingungen zuteil, die als Nullfaser singulärer äquivarianter Impulsabbildungen entstehen. Es ist schon länger bekannt, daß für Nullfasern regulärer äquivarianter Impulsabbildungen die in der theoretischen Physik gebräuchliche Methode der BFV-Reduktion zur Phasenraumreduktion nach Marsden/Weinstein äquivalent ist. In [24] konnte gezeigt werden, daß in dieser Situation die BFV-Reduktion sich auch im Rahmen der Deformationsquantisierung natürlich formulieren läßt und erfolgreich zur Konstruktion von Sternprodukten auf Marsden/Weinstein-Quotienten verwendet werden kann. Ein Hauptergebnis der vorliegenden Arbeit besteht in der Verallgemeinerung der Ergebnisse aus [24] auf den Fall singulärer Impulsabbildungen, deren Komponenten 1.) das Verschwindungsideal der Zwangsfläche erzeugen und 2.) einen vollständigen Durchschnitt bilden. Die Argumentation von [24] wird durch Gebrauch der Störungslemmata aus dem Anhang A.1 systematisiert und vereinfacht. Zum Existenzbeweis von stetigen Homotopien und stetiger Fortsetzungsabbildung für die Koszulauflösung werden der Zerfällungssatz und der Fortsetzungssatz von Bierstone und Schwarz [20] benutzt. Außerdem wird ein ’Jacobisches Kriterium’ für die Überprüfung von Bedingung 2.) angegeben. Basierend auf diesem Kriterium und Techniken aus [3] werden die Bedingungen 1.) und 2.) an einer Reihe von Beispielen getestet. Als Korollar erhält man den Beweis dafür, daß es symplektisch stratifizierte Räume gibt, die keine Orbifaltigkeiten sind und dennoch eine stetige Deformationsquantisierung zulassen. Ferner wird (ähnlich zu [92]) eine konzeptionielle Erklärung dafür gegeben, warum im Fall vollständiger Durchschnitte das Problem der Quantisierung der BRST-Ladung eine so einfache Lösung hat. Bildet die Impulsabbildung eine erstklassige Zwangsbedingung, ist aber kein vollständiger Durchschnitt, dann ist es im allgemeinen nicht bekannt, wie entsprechende Quantenreduktionsresultate zu erzielen sind. Ein Hauptaugenmerk der Untersuchung wird es deshalb sein, in dieser Situation die klassische BFV-Reduktion besser zu verstehen – natürlich in der Hoffnung, Grundlagen für eine etwaige (Deformations-)Quantisierung zu liefern. Wir werden feststellen, daß es zwei Gründe gibt, die Tate-Erzeuger (alias: Antigeister höheren Niveaus) notwendig machen: die Topologie der Zwangsfläche und die Singularitätentheorie der Impulsabbildung. Die Zahl der Tate-Erzeuger kann durch Übergang zu projektiven Tate-Erzeugern, also Vektorbündeln, verringert werden. Allerdings sorgt Halperins Starrheitssatz [57] dafür, daß im wesentlichen alle Fälle, für die die Zwangsfläche kein lokal vollständiger Durchschnitt ist, zu unendlich vielen Tate-Erzeugern führen. Erzeugen die Komponenten einer Impulsabbildung einer linearen symplektischen Gruppenwirkung das Verschwindungsideal der Zwangsfläche, so kann man eine lokal endliche Tate-Auflösung finden. Diese besitzt nach dem Fortsetzungssatz und dem Zerfällungssatz von Bierstone und Schwarz stetige, kontrahierende Homotopien. Ausgehend von einer solchen Tate-Auflösung konstruieren wir, die klassische BFV-Konstruktion für vollständige Durchschnitte verallgemeinernd, eine graduierte superkommutative Algebra. Wir können zeigen, daß diese graduierte Algebra auch im Vektorbündelfall eine graduierte Poissonklammer besitzt, die sogenannte Rothstein-Poissonklammer. Die Existenz einer solchen Poissonklammer war bereits von Rothstein [87] für die einfachere Situation einer symplektischen Supermannigfaltigkeit bewiesen worden. Darüberhinaus werden wir sehen, daß es auch im Vektorbündelfall eine BRST-Ladung gibt. Diese sieht im Fall von Impulsabbildungen etwas einfacher aus als für allgemeine erstklassige Zwangsbedingungen. Insgesamt wird also die klassische BFV-Konstruktion [95] auf den Fall projektiver Tate-Erzeuger verallgemeinert, und als eine Homotopieäquivalenz in der additiven Kategorie der Fréchet-Räume interpretiert.
The aim of the thesis was to identify structure activity relationships (SAR) in the primary screening data of high-throughput screening (HTS) assays. The strategy was to perform a hierarchical clustering of the molecules, assign the primary screening data to the created clusters and derive models from the clusters. The models should serve to identify singletons, clusters enriched with actives, not confirmed hits and false-negatives. Two hierarchical clustering algorithms, NIPALSTREE and hierarchical k-means have been developed and adapted for this purpose, respectively. A graphical user interface (GUI) has been implemented to extract SAR from the clustering results. Retrospective and prospective applications of the clustering approach were performed. SAR models were created by combining the clustering results with different chemoinformatic methods. NIPALSTREE projects a data set onto one dimension using principle component analysis. The data set is sorted according to the scoring vector and split at the median position into two subsets. The algorithm is applied recursively onto the subsets. The hierarchical k-means recursively separates a data set into two clusters using the k-means algorithm. Both algorithms are capable of clustering large data sets with more than a million data points. They were validated and compared to each other on the basis of different structural classes. NIPALSTREE provided with the loading vectors first insights into SAR whereas the hierarchical k-means yielded superior results. A GUI was developed allowing the display of and the navigation in the clustering results. Functionalities were integrated to analyse the clusters in the dendrogram, molecules in a cluster, and physicochemical properties of a molecule. Measures were developed to identify clusters enriched with actives, to characterize singletons and to analyse selectivity and specificity. Different protease inhibitors of the COBRA database were examined using the hierarchical k-means algorithm. Supported by similarity searches and nearest neighbour analyses thrombin inhibitor singletons were quickly isolated and displayed in the dendrogram. By scaling enrichment factors to the logarithm of the dendrogram level, clusters enriched with different structural classes of factor Xa inhibitors were simultaneously identified. The observed co-clustering of other protease inhibitors provided a deeper insight into selectivity and specificity and shows the utility of the approach for constructing focussed screening libraries. Specificity was analyzed by extracting and clustering relative frequencies of the protease inhibitors from the clusters of dendrogram level 7. A unique ligand based point of view on the pocketome of the protease enzymes was obtained. To identify not confirmed hits and false-negatives in the primary screening data of HTS assays, three assays were retrospectively analysed with the hierarchical k-means algorithm. A rule catalogue was developed judging hits in terminal clusters based on the cluster size, the percent control values of the entries in a cluster, the overall hit rate, the hit rate in the cluster and the environment of a cluster in the dendrogram. It resulted in the identification of a high proportion of not confirmed hits and provided for each hit a rating in context of related non-hits. This allows prioritizing compounds for follow-up studies. Non-hits and hits were retrieved from terminal clusters containing hits. Molecules bearing false-negative scaffolds were co-extracted and enriched. To minimize the number of false-positives in the extracted lists, Bayesian regularized artificial neutral network classification models were trained with the data. Applying the models marked improvement of enrichment factors for the false-negatives was obtained. It proofs the scaffold-hopping potential of the approach. NIPALSTREE, the hierarchical k-means algorithm and self-organising maps were prospectively applied to identify novel lead candidates for dopamine D3 receptors. Compounds with novel scaffolds and low nanomolar binding affinity (65 nM, compound 42) were identified. To provide a deeper insight into the SAR of these molecules, different alternative computational methods were employed. Support vector-based regression and partial least squares were examined. Predictive models for dopamine D2 and D3 receptor binding affinity values were obtained. Important features explaining SAR were extracted from the models. The prospective application of the models to the diverse and novel virtual screening data was of limited success only. Docking studies were performed using a homology model of the dopamine D3 receptor. The visual inspection of the binding modes resulted in the hypothesis of two alternative binding pockets for the aryl moiety of dopamine D3 receptor antagonists. A pharmacophore model was created simultaneously requiring both aryl moieties. Virtual screening with the model identified a nanomolar hit (65 nM, compound 59) corroborating the hypothesis of the two binding pockets and providing a new lead structure for dopamine D3 receptors. The presented data shows that the combined approach of hierarchically clustering a data set in combination with the subsequent usage of the clusters for model generation is suited to extract SAR from screening data. The models are successful in identifying singletons, clusters enriched with actives, not confirmed hits and false-negative scaffolds.
In the first part of the present work (Chapter 3), EPR spectroscopy at different microwave frequencies, namely at 9 GHz (X-band), 34 GHz (Q-band) and 180 GHz (G-band), was employed to resolve the g-values and the HFCs of a putative radical intermediate involved in the reduction of benzoyl-CoA catalyzed by benzoyl-CoA reductase. In particular, the effect of 33S-labeling on the EPR line shape was studied at X- and Q-band frequencies in order to gain further evidence for a sulfur centered radical proposed to be the electron donor in the reduction or the aromatic ring of BCoA [I]. The spectral components observed at X-, Q- and G-band were overall consistent and showed at least three overlapping EPR signals. The signal postulated to be due to a disulfide radical anion showed no resolved g-values and a relaxation behaviour faster than expected for such a radical species. These observations together with the simulations suggest that the signal could arise from a radical exchange coupled to an [4Fe-4S] cluster located nearby. In the future, pulsed EPR and ENDOR spectroscopy on the 57Fe-labeled enzyme could help to solve this question. The potential of high-field ENDOR in combination with 13C- and 31P-labeling for investigating the structure at the active site in proteins could be verified in the studies of the ligation sphere of the cofactor Mn2+ in Ras as reported in Chapter 4 [2]. Therein, high-field ENDOR performed at 94 GHz (W-band) was used to detect the hyperfine interactions between the electron spin mainly located on the metal ion and the phosphorous nuclei of the bound GDP and GppNHp as well as the carbon nuclei of bound amino acids in the wild-type Ras protein and its oncogenic mutant G12V. These studies aimed at searching for an additional free phosphate ion or amino acid ligand bound to the metal center in the wild type GDP-bound protein with respect to its oncogenic mutant. Rom the 13C- and 31P-ENDOR spectra, the hyperfine couplings of directly bound amino acids and the bound nucleotides were compatible with the hyperfine couplings obtained from DFT calculations based on the crystal structure data. No differences in the 13C- and 31P-ENDOR spectra could be found for the wild-type GDP-bound protein in comparison to its oncogenic mutant in frozen solution. Therefore, no evidence for binding of an additional free phosphate ion or amino acid ligand in the wild-type GDP-bound protein was found. The distances between the detected nuclei and the meta1 ion were in agreement with the ones extracted from crystal structures reported in the literature. Future 35C1-ENDOR studies could clarify whether a chloride ion from the buffer solution could be the ligand replacing one water molecule in the wild type GDP-bound Ras. In Chapter 5, the implementation of a high-field ENDOR setup into a homebuilt pulsed EPR spectrometer operating at 180 GHz is reported and its performance for 1H-ENDOR demonstrated on the model system BDPA. Mims and Davies ENDOR spectra were also obtained for Ras(wt).Mn2+.DP. The increased nuclear Zeeman resolution at 180 GHz may be further exploited in the future by extending the setup for studying hyperfine couplings of low-y nuclei such as 33S, 15N , 17O or 2H. In the present work, the advantages of performing EPR and ENDOR experiments at high fields and frequencies could be nicely demonstrated with the 94 GHz ENDOR studies of Ras. Furthermore, the complementing information obtained at X- and Q-band frequencies in the multifrequency EPR studies on BCR demonstrated that the analysis of EPR spectra can be greatly facilitated by simulating the spectra measured at different MW frequencies with the same set of parameters consistent with a proposed radical. Overall, it could be shown that the use of different experimental techniques at multiple fields and frequencies renders EPR spectroscopy a powerfull tool for structural studies in biological systems.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die kognitiven und neurophysiologischen Grundlagen des visuellen Arbeitsgedächtnisses (AG) zu untersuchen. Es wurden zwei Studien durchgeführt. In der ersten wurden per Verhaltensdaten die Ressourcen von Manipulationsprozessen im visuellen AG nach Materialart erfasst. Dazu wurden insgesamt sechs Experimente konstruiert. In der zweiten Studie wurden mit zwei Experimenten die neurophysiologischen Grundlagen des visuellen AG per funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) dargestellt. Im Folgenden wird kurz das Modell des Arbeitsgedächtnisses nach Baddeley (1992) erläutert, gefolgt von einer Beschreibung der visuellen Pfade, welche für die Struktur des visuellen AG grundlegend sind. Danach werden die kortikalen Korrelate des visuellen AG skizziert. Anschließend werden aus den dargestellten Befunden die Methoden für die beiden Studien dargestellt und deren Ergebnisse diskutiert. Baddeley (1992) definiert das Arbeitsgedächtnis als ein System für das kurzfristige Halten und Manipulieren von Information, welche für weitere komplexe kognitive Prozesse wie Verstehen, Lernen und Schlussfolgern benötigt wird (Baddeley, 1992). Baddeley und Hitch (1974) entwickelten ein Modell des Arbeitsgedächtnisses, das aus drei getrennten Subsystemen besteht: Einer zentralen Exekutive (ZE), welche als übergeordnetes Aufmerksamkeits-Kontrollsystem arbeitet und die in das aktive Manipulieren von Material involviert ist, wie z.B. die mentale Rotation von Objekten. Dazu wurden zwei Sklavensysteme postuliert, die phonologischen Schleife und der visuell-räumlichen Notizblock (im folgenden visuelles AG genannt). Die phonologische Schleife hält phonologisch basierte Information und der visuell-räumliche Notizblock visuelles Material. Resultate aus psychologischen Experimenten und bildgebenden Studien dokumentieren, dass sowohl die kognitiven wie die neurophysiologischen Grundlagen des visuellen AG auf Basis der Materialart („Was vs. Wo“) und den operierenden kognitiven Prozessen („Halten vs. Manipulieren“) organisiert sind. Das Verhältnis zwischen den beiden Faktoren Material und Prozess ist bisher sowohl für die kognitive als auch für die neurophysiologische Ebene trotz einer Vielzahl an Untersuchungen umstritten. Im folgenden Abschnitt werden knapp die für die Struktur des visuellen AG wichtigen parallelen perzeptuellen Bahnen beschrieben. Eine funktionelle Trennung der visuellen Wahrnehmung erfolgt bereits in der Retina. Magnozelluläre Ganglienzellen sprechen vor allem auf Luminanzunterschiede an, parvozelluläre auf Wellenlängenunterschiede (Livingstone und Hubel, 1987). Kortikal wird die visuelle Information weiter in parallelen Bahnen verarbeitet. Eine ventrale Bahn analysiert vor allem Form und Farbe („Was“), eine dorsale die räumliche Position von Objekten und Bewegungen („Wo“, Ungerleider und Mishkin, 1982). Es konnte demonstriert werden, dass die Aufteilung der visuellen Wahrnehmung in eine ventrale und dorsale Bahn auch für höhere kognitive Prozesse wie das Halten von Information im visuellen AG erhalten ist (Della Sala et al., 1999). Die Autoren fanden bei neuropsychologischen Patienten Doppel-Dissoziationen in der Bearbeitungsleistung von Arbeitsgedächtnistests, welche sensitiv für das Halten von ventraler und dorsaler perzeptuelle Information sein sollten. Zusätzlich validierten die Autoren die Tests mit Interferenzaufgaben an Gesunden. Die Leistungen beider Tests wurden jeweils durch verschiedene Arten von Interferenz (räumliche vs. visuelle) beeinträchtigt. Somit konnte demonstriert werden, dass das Halten im visuellen AG nach Materialart getrennte Ressourcen aufweist. Ungeklärt ist, ob diese Trennung auch für aktive Prozesse wie das Manipulieren bestehen bleibt. Auch in den kognitiven Neurowissenschaften ist die Organisation der neurophysiologischen Grundlagen des Arbeitsgedächtnisses umstritten. Es fanden sich in einer Reihe von Studien deutliche Hinweise, dass der frontale Kortex (FK) eine zentrale Rolle für das visuelle AG einnimmt (Bauer und Fuster, 1976). Eine Vielzahl an Studien erbrachte allerdings widersprüchliche Ergebnisse hinsichtlich der funktionalen Organisation des FK nach Material („Was vs. Wo“, domänspezifische Theorie, Goldman-Rakic, 1987) und Prozessart („Halten vs. Manipulieren“, prozessspezifische Theorie, Petrides, 1994). Studien, die demonstrierten, dass der ventrolaterale FK für das Halten von Objekten und der dorsolaterale für das Halten von räumlichen Relationen spezialisiert ist (Courtney et al., 1998), konnten nicht immer bestätigt werden (DEsposito et al., 1998). Es konnte allerdings gezeigt werden, dass das verwendete Stimulusmaterial in den Experimenten großen Einfluss auf die Ergebnisse hatte und dass vor allem ein Defizit in der Konstruktion von ventralen Stimuli bestand, welche nur wenige räumliche Bestandteile beinhalteten (Sala, Rämä und Courtney, 2003). Somit ist diese unklare Befundlage unter anderem auf den Mangel an geeigneten Paradigmen zur Untersuchung vom Halten und Manipulieren ventraler Information zurückzuführen. Mit Studie 1 sollte per Verhaltensdaten untersucht werden, ob Prozesse der Manipulation auf materialspezifisch getrennten, kognitiven Ressourcen basieren. Die Studie bestand aus sechs Experimenten. Die ersten drei bestanden aus einer Dual-Aufgabe, in der ventrale und dorsale Information einzeln oder synchron manipuliert werden mussten. Die Manipulation ventraler Information wurde über das Mischen von Farben erfasst, die Manipulation dorsalen Materials über das mentale Rotieren von Halbkreisen. Zur Kontrolle von perzeptuellen und seriellen Lösungsstrategien wurden drei Varianten des Experimentes konstruiert, welche sich in der zeitlichen Darbietung der Stimuli unterschieden. In den Dual-Bedingungen der Experimente 1-3 trat keine Interferenz auf. Dieses Resultat unterstützt die Annahme getrennter, materialspezifischer kognitiver Ressourcen für das Manipulieren visuellen Materials. Im vierten Experiment mussten die Probanden eine räumlich-räumliche Dual-Aufgabe bearbeiten. In der Dual-Bedingung von Experiment 4 entstand Interferenz, da beide Aufgaben das gleiche dorsale System im visuellen AG beanspruchen. Zwei zusätzliche Experimente wurden zur Kontrolle der untersuchten Prozesse konstruiert (Experimente 5 und 6). Mit ihnen sollte überprüft werden, in welchen Umfang Prozesse des Manipulierens und des Haltens der visuellen Stimuli (Farbe und Rotation) auf Ressourcen der phonologischen Schleife und der zentralen Exekutive basieren. Es wurde dokumentiert, dass weder das Halten noch das Manipulieren des Materials die phonologische Schleife in Anspruch nimmt. Die Manipulation des visuellen Materials beruhte im Gegensatz zu deren Halten auf zentral-exekutive Ressourcen. Die Resultate zeigen, dass die materialspezifische Aufteilung der visuellen Verarbeitung auch für höhere kognitive Prozesse des Manipulierens erhalten ist und dass sich das Manipulieren im Ausmaß der benötigten zentral-exekutiven Ressourcen vom Halten unterscheidet. Studie 2 beschäftigte sich mit der funktionellen Organisation der neurophysiologischen Grundlagen des visuellen AG. Auf Basis des für Studie 1 entwickelten ventralen und dorsalen Halten- und Manipulationsparadigmas wurden zwei Experimente für das fMRT konstruiert. Im ersten Experiment mussten die Probanden Farben und räumliche Orientierungen halten, im zweiten Experiment mussten sie beide Materialarten manipulieren. Es konnte aufgezeigt werden, dass die Aufteilung des FK materialspezifisch erfolgt. Das Halten und Manipulieren der Farbinformation aktivierte Regionen um den Sulcus frontalis inferior, das Halten und Manipulieren des räumlichen Materials beanspruchte Regionen in der Nähe des Frontalen Augenfeldes (Kreuzung des Sulcus praecentralis / Sulcus frontalis superior). Der Kontrast zwischen Halten und Manipulieren erbrachte keine solche dorso-ventrale Dissoziation des FK. Die Ergebnisse der Verhaltens- und fMRT-Daten beider Studien verdeutlichen die Organisation der kognitiven und neurophysiologischen Ressourcen des FK nach Materialart, aufbauend auf dem ventralen und dorsalen perzeptuellen Pfad. Das Ergebnis der vorliegenden Studie bestätigt frühere Untersuchungen zur Organisation des FK (Courtney et al., 1998) und erweitert die bisherigen Resultate dahingehend, dass der FK auch für Manipulationsprozesse materialspezifisch organisiert ist.
Die vakuumassistierte stereotaktische Brustbiopsie (Mammotome) bei mammographisch verdächtigen aber nicht palpablen und sonographisch nicht nachweisbaren Veränderungen der Brust ist mittlerweile ein probates Verfahren. In der vorliegenden Studie werden 152 Mammotombiopsien genauer untersucht. Es werden die konventionellen, vor der Biopsie angefertigten, und wenn vorhanden Film-Folien- Vergrößerungsaufnahmen mit den während der Biopsie angefertigten digitalen Ausschnittsmammographien verglichen, um eventuell vorhandene Unterschiede deutlich zu machen. Die Veränderungen werden in die BI-RADS-Klassifikation eingeteilt und mit der gewonnenen Histologie korreliert. Die durchschnittliche Dauer einer Biopsie beträgt 49,2 min, zum Auffinden und korrektem Einspannen der Brust in den Biopsietisch sind 1,47 Fehlversuche nötig und es werden 2,75 Rotationen pro Biopsie durchgeführt. Die Entfernung der Läsion erfolgt in 32,9% der Läsionen komplett, 51,5% werden überwiegend entfernt und 12,5% können nur unvollständig entfernt werden. Im Durchschnitt werden 15,53 Mikrokalzifikationen im Film-Folien- und 14,45 Mikrokalzifikationen im digitalen Bild gezählt, in den Film-Folien- Vergrößerungsaufnahmen sind 17,98 Mikrokalzifikationen sichtbar. Signifikant sind diese Unterschiede nur in der Gruppe der Läsionen mit 1 – 5 Mikroverkalkungen, hier sind in der digitalen Ausschnittsmammographie signifikant mehr Verkalkungen zu sehen. In der Gruppe der Läsionen mit 16 – 30 Mikroverkalkungen sind ebenfalls signifikante Unterschiede zwischen den beiden Aufnahmen zu sehen, wobei hier die Film-Folien-Mammographie mehr Verkalkungen sichtbar macht. Die Läsionen werden nach Betrachten der Film-Folien- Mammographien in signifikant höhere BI-RADS-Kategorien eingeteilt, als nach Beurteilung der digitalen Ausschnittsmammographien. Die histologische Untersuchung ergibt 7 invasive Karzinome, 30 in situ Karzinome, 14 ADHs und 101 benigne Veränderungen, wobei hier die duktale Hyperplasie und die Mastopathie den größten Anteil haben. Der Vergleich mit dem in der Literatur angegebenen Anteil an malignen Befunden in den einzelnen BI-RADS-Kategorien zeigt, dass die Film-Folien-Bilder recht gute Ergebnisse erzielen (27,5% maligne Befunde in Kategorie 4 und 6,5% in Kategorie 3-4), während die digitalen Bilder zu hohe Malignitätsanteile (45,0% in Kategorie 4) liefern. Es zeigt sich, dass bei der Unterscheidung von malignen Befunden und Präkanzerosen von benignen Befunden, die Film-Folien-Aufnahme signifikant bessere Ergebnisse erzielt als die digitale, gleiches gilt für die Unterscheidung von DCIS und ADH. Die Präparateradiographie zeigt, dass in 76,3% der Biopsien in der ersten Rotation Mikrokalk sichtbar ist, die histologische Diagnose kann aber in 92,1% der Biopsien bereits nach der ersten Rotation gestellt werden, auch wenn kein sichtbarer Kalk entnommen wurde. In 52 Fällen folgte auf die Biopsie eine operative Gewebeentnahme bzw. Tumorentfernung aus der Brust. In 13 Fällen ist die Veränderung im OP-Präparat nicht mehr nachweisbar, hier ist davon auszugehen, dass sie mit der Biopsie vollständig entfernt wurde. Bei 5 Läsionen wurde die Diagnose nach der OP als maligner eingestuft, die underestimation-rate beträgt 9,6%. Die Film-Folien-Mammographieaufnahmen eignen sich zur Einteilung in die BI-RADS-Klassifikation und Feststellung des Malignitätsrisikos besser, als die digitalen Ausschnittsmammographien.
In allen bislang durchgeführten Experimenten zur Mutagenese von embryonalen Stammzellen war auffällig, dass Gene, die für sekretierte oder membranständige Proteine kodieren, stark unterrepräsentiert waren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Genfallen untersucht, die speziell diese Gene mutieren sollten. Als Selektionskassetten tragen beide Genfallen den 5' Bereich des humanen CD2, der eine kryptische Spleißakzeptorsequenz enthält und für eine Transmembrandomäne kodiert, als Fusion mit der bakteriellen Neomycinphosphotransferase. U3Ceo trägt diese Kassette als klassische retrovirale Genfalle im LTR des Mouse Molony Leukemia Virus, wogegen die ebenfalls retrovirale FlipRosaCeo Genfalle die Selektionskassette im Viruskörper enthält. Diese wird von Rekombinaseerkennungssequenzen flankiert, welche eine konditionale Aktivierung der Mutation für die spätere Analyse in einem Mausmodell ermöglichen. Beide Genfallen zeigten mit ca. 80% aller Integrationen eine hohe Spezifität für Gene, die für sezernierte und membranständige Proteine kodieren. Allerdings war die Frequenz für Insertionen in sogenannte „hot spots“ bei beiden Genfallen aufgrund der geringeren Zahl an Zielgenen höher als bei anderen im GGTC verwendeten Genfallen (z.B. FlipRosabetageo). Innerhalb dieser „hot spots“ zeigte sich die bekannte Präferenz retroviraler Genfallenvektoren, in das 5’ Ende von Genen zu integrieren, wobei hier meist die größten Introns zu finden sind. Ebenso zeigte sich für die in dieser Arbeit untersuchten sekretorischen Genfallen genau wie bei anderen bekannten Genfallen eine bevorzugte Integration in Chromosomen mit einer hohen Gendichte. Die Funktionalität der konditionalen Genfalle konnte in vitro sowohl in Prokaryoten als auch in Eukaryoten durch Einbringen der Genfalle und der jeweiligen Rekombinasen bestätigt werden. In ES Zellen, die eine X-chomosomale Integration aufwiesen, wurde der Mechanismus durch transiente Expression der Rekombinasen in Klonen überprüft. Hierbei stellte sich heraus, dass das Wildtyptranskript eines mutierten Gens nach der einmaligen Rekombination der FlipRosaCeo wieder exprimiert wird und nicht durch die auf dem Gegenstrang befindliche Genfalle beeinflusst wird. Nach einer weiteren Rekombination mittels FLPe konnte der mutagene Ausgangszustand der Genfalle wieder hergestellt werden. Die Mutagenität der beiden Genfallen wurde durch Überprüfung der Konzentration der restlichen endogenen Transkripts der mutierten Gene per quantitativer PCR an X-chromosomalen Klonen analysiert. Hier konnte bei etwa 80% der untersuchten Klone eine sehr starke Mutation des jeweils getroffenen Gens festgestellt werden. Zur in vivo Überprüfung der U3Ceo Genfalle wurde ein Mausmodell durch Blastozysteninjektion des ES Zellklons M076C04 generiert. Die Integration der Genfalle in das erste Intron des Gens C030019F02Rik sollte eine deutliche Verkürzung des membranständigen Genproduktes bewirken. In Gehirnen von homozygoten Mäusen konnte die Expression des Wildtyptranskripts nicht mehr festgestellt werden, so dass diese Mauslinie eine Nullmutation des Gens trägt. Die in dieser Arbeit untersuchte KO Maus zeigte bisher keinen feststellbaren Phänotyp, obwohl das Genprodukt in vielen Spezies hoch konserviert vorliegt und auch nur in bestimmten Bereichen im Organismus nachweisbar ist, so dass eine wichtige Funktion des Proteins anzunehmen ist. Eine weitere Analyse dieser Mauslinie wird sich dieser Arbeit anschließen.
In dieser Arbeit wurden zum ersten Mal explizite Ausdrücke für Strahlungskorrekturen zur Grundzustandsenergie der relativistischen Dichtefunktionaltheorie hergeleitet und im Rahmen einer Langwellennäherung ausgewertet. Dazu wurde, ausgehend von einer angemessenen Zerlegung des Wechselwirkungs-Hamiltonians (2.23), ein DFT-Analogon zu Sucher's Level-Shift Formel abgeleitet, G1. (3.54). Mit Hilfe der Ausdrücke für die Gesamtenergie Etd (3.17), die Hartree-Energie EH (3.21) sowie die korrespondierenden Potentiale (3.29), (3.30) und der Grundzustandsenergie des nichtwechselwirkenden KS-Systems, (3.41), kann diese DFT Level-Shift Formel dann mit dem Austauschkorrelationsenergiefunktional in Verbindung gebracht werden. Der resultierende Ausdruck für den Level-Shift, G1. (3.55), liefert eine exakte Darstellung des Austauschkorrelationsenergiefunktionals der RDFT. Dieses Funktional ist ein implizites Dichtefunktional, da es von den KS-Orbitalen und Eigenwerten abhängt. Der Vergleich mit dem Ausdruck für Exc aus Kapitel 6.1, der das Ergebnis des in der DFT weit verbreiteten Kopplungskonstantenintegrations-Schemas ist, zeigt, dass beide Zugänge vollkommen äquivalent sind. Allerdings wurde die in dieser Dissertation erarbeitete DFT Level-Shift Formel analog zur Standard QED-Störungsreihe abgeleitet und stellt damit einen idealen Zugang für , die Untersuchung von QED-Effekten im Rahmen relativistischer DFT dar. Insbesondere beinhaltet unser Zugang das bekannte QED-Schema, wenn man im Störanteil des Hamiltonoperators (3.32) das KS-Potential ... (3.29) durch das Potential eines wasserstoffartigen Systems ersetzt. Eine selbstkonsistente Anwendung dieses Zugangs verlangt jedoch die Lösung der relativistischen OPM-Integralgleichung. Während in Kapitel 4 gezeigt wurde, dass dies für den transversalen Austausch relativ direkt möglich ist, ist bisher noch nicht explizit überprüft worden, wie Vakuumkorrekturen im Zusammenspiel mit der OPM-Integralgleichung zu berücksichtigen sind. Da eine solche Untersuchung den Rahmen der vorliegenden Arbeit gesprengt hätte, haben wir uns auf eine perturbative Auswertung der Ausdrücke für Vakuumpolarisation und Vertexkorrektur beschränkt. .....
Die Rolle des cAMP/CREB-Signalwegs in der noradrenergen Differenzierung sympathischer Nervenzellen
(2006)
Um die sympathische Differenzierung in Abwesenheit von CREB zu untersuchen, wurden zunächst Embryonen von CREB-Null-Mäusen analysiert. In diesen Mäusen wiesen die sympathischen Ganglien an Embryonaltag E10,5 und E12 keine Unterschiede in der Differenzierung zu heterozygoten und wildtyp-Ganglien auf. Es wurde deshalb vermutet, dass die mit CREB interagierenden Transkriptionsfaktoren CREM und ATF1 den Verlust von CREB im sympathischen Ganglion funktionell kompensieren. Da Mäuse mit einem Knock-out von CREB und CREM bereits vor E10 sterben, konnte die Entwicklung sympathischer Ganglien in diesen Mäusen nicht weiter untersucht werden. Durch Immunfärbung gegen ATF1 in CREB-deletierten Mäusen und in situ-Hybridisierung gegen CREM und ATF1 wurde gezeigt, dass im Rumpf der CREB-KO-Maus keine drastische Hochregulation der Expression beider Gene stattfindet. Eine geringfügige Hochregulation konnte aber nicht ausgeschlossen werden kann. Um die cAMP/CREB-Signaltransduktion in Ganglienvorläuferzellen auszuschalten, und Kompensation durch CREM und ATF1 zu umgehen, wurden die dominant-negative Effektoren ACREB und PKA-R(I)mut verwendet. ACREB blockiert die Funktion von CREB, CREM und ATF1 (Ahn et al., 1998). Durch PKA-R(I)mut sollte die Aktivität von PKA inhibiert werden. Die Funktionalität beider Effektoren wurde in differenzierenden Zellkulturen bestätigt. Um in vivo geeignete Expression der Inhibitoren zu erzielen, wurden verschiedene Methoden des Gentransfers im Huhnembryo erprobt. Durch Infektion der Neuralplatte des Embryos mit Retroviruskonzentrat konnte frühe embryonale Expression der dominant-negativen Effektoren in Neurallleistenzellderivaten erzielt werden. Die Expression von ACREB im Embryo zeigte, dass CREB in der initialen adrenergen Differenzierung bis E4 erforderlich ist, die sympathischen Ganglien wiesen reduzierte adrenerge Genexpression auf. In späteren Embryonalstadien ist dieser Effekt nicht mehr nachzuweisen. Im Gegensatz zur Inhibition von CREB, hatte die Inhibition von PKA durch PKAR(I)mut keine Auswirkungen auf die Ganglienentwicklung in vivo. Durch pharmakologische Inhibition von PKA wurden kleinere Ganglien erzielt, ein selektiver Effekt auf die adrenerge Differenzierung wurde auch in diesem in vivo Experiment nicht beobachtet. Dies widerspricht den Hinweisen aus Zellkultur auf die selektive Funktion von PKA in der adrenergen Differenzierung. Der Befund, dass die Funktion von CREB in vivo auf die initiale adrenerge Differenzierung sympathischer Neurone beschränkt ist, und nicht für den Erhalt adrenerger Differenzierung erforderlich ist, wurde in vitro in differenzierten sympathischen Neuronen des Embryo bestätigt. ACREB und PKA-R(I)mut hatten keine bzw. nur geringe Auswirkungen auf den Anteil TH-positiver Neurone in Kulturen sympathischer Neurone aus Embryonen der Embryonaltage E7 und E12. Somit konnte erstmals in vivo eine physiologische Rolle für CREB in der Differenzierung sympathischer Neurone gezeigt werden: CREB ist für die initiale Expression von TH erforderlich.
Im Beobachtungsintervall vom 01.01.1985 bis zum 31.12.1995 wurden 49 Patienten ab dem vollendeten 16. Lebensjahr in der Klinik für Allgemein- und Gefäßchirurgie der Johann Wolfgang Goethe Universität Frankfurt/Main aufgrund eines Weichteilsarkoms therapiert. Von diesen wurden 22 Patienten zur Primärtherapie, 5 zur sekundären Herstellung der Radikalität nach extern erfolgter Primäroperation, 21 zur Rezidivtherapie – Lokalrezidiv oder Fernmetastase – und 1 Patienten zur Service- Operation – Einlage eines Expanders vor geplanter adjuvanter Radiatio nach extern erfolgter Primäroperation – eingewiesen. Untersucht wurden in der vorliegenden Studie Sarkomeigenschaften, Patientendaten, Diagnostik, Therapie und Follow up auf ihre Prognosesignifikanz hinsichtlich Lokalrezidivierungs-, Fernmetastasierungsrisiko und Gesamtüberleben. Trotz der relativ niedrigen Patientenzahl in der vorliegenden Studie fanden sich mit der Literatur vergleichbare Ergebnisse der hier untersuchten Sarkomeigenschaften: Die drei häufigsten Sarkomtypen waren Leiomyosarkome (13/49, 26,5%), maligne fibröse Histiozytome (13/49, 26,5%) und Liposarkome (9/49, 18,5%). Konform mit der Literatur zeigten die Liposarkome die signifikant günstigste Gesamtüberlebensprognose (10-Jahres Überlebensrate von 88,89%), was trotz einer hohen Lokalrezidivrate von 66,7% (6/9) mit der geringen Fernmetastasierungsrate von 33% (3/9) in Zusammenhang zu bringen ist. Eine T1-Sarkomgröße nach UICC stellte sich hinsichtlich Lokalrezidivierung und Gesamtüberleben übereinstimmend mit der Literatur als signifikant günstiger Prognosefaktor dar (p=0,031951 und p=0,004346). Es fand sich des weiteren konform mit der Literatur eine Lokalisationsbevorzugung am muskuloskelettalen System mit 57,1% (28/49). Eine muskuloskelettale Sarkomlokalisation stellte sich als statistisch signifikanter Überlebensvorteil heraus (p=0,001704). Die Begründung hierfür ist in der höheren Anzahl an hier befindlichen T1-Sarkomen (13/28, 46,4%) verglichen mit den intraabdominellen Sarkomen (1/21, 4,8%), der höheren adäquaten Operabilität (18/28, 64,3% vs. 8/21, 38,1%) sowie der insgesamt niedrigeren metachronen Fernmetastasierungsrate (12/28, 42,9% vs. 17/19, 89,5%) zu suchen. Eine intrakompartimentale Sarkomlokalisation nach Enneking wurde auch in der vorliegenden Studie als signifikant günstiger Prognosefaktor hinsichtlich Gesamtüberleben bestätigt (p=0,021523) mit einer 10-Jahres Überlebensrate von 78,57% vs. 40,76% für extrakompartimentale Sarkome. Dies lässt sich auf eine deutlich bessere adäquate Operabilität intrakompartimentaler gegenüber extrakompartimentaler Sarkome zurückführen (11/15, 73,3% vs. 15/34, 44,1%), deren allgemeine Eigenschaft es ist, zunächst in Richtung des geringsten Widerstandes innerhalb eines anatomisch definierten Kompartimentes zu wachsen. Analog hierzu konnte auch eine epifasziale Sarkomlokalisation nach den UICC Kriterien von 2002 als statistisch signifikanter Überlebensvorteil (p=0,031622) konform mit der Literatur bestätigt werden...
In dieser Arbeit wurde das Proteom synaptischer Vesikel mit Hilfe vier verschiedener elektrophoretischer Techniken in Kombination mit Massenspektrometrie eingehend charakterisiert. Die bisherigen Proteomansätze resultierten in der Identifizierung einer deutlich geringeren Anzahl von Proteinen. Bis auf wenige Ausnahmen wurden alle in der Literatur beschriebenen Proteine detektiert. Dies zeigt, daß die Verwendung der eingesetzten Techniken die umfassende Charakterisierung der Proteinbestandteile der Vesikel zuläßt. Ferner kann aus den Analysen geschlossen werden, daß zum jetzigen Zeitpunkt die technischen Grenzen für die Charakterisierung nicht weiter subfraktionierter synaptischer Vesikel erreicht sind. Die Anwendung der drei Techniken legt nahe, daß jede Technik ihre Vor- und Nachteile für die Identifizierung bestimmer Proteinklassen besitzt. Dies wurde bisher noch nicht in dieser Form gezeigt und liefert wertvolle Informationen für weitere Proteomanalysen. Zu den in der Summe 238 identifizierten Proteinen gehören neun Proteine, für die weder Lokalisations- noch Funktionsdaten vorliegen. Die zwei ausgewählten Proteine Svap30 und SV35 zeigen eine gliale bzw. neuronale Verteilung. SV35 befindet sich in Subpopulationen von Neuronen, die nach immunhistochemischer Untersuchung als GABAerg und glutamaterg zu werten sind. Welche Funktion dieses Protein in diesen Neuronen ausübt, bleibt zu klären. Analysen mittels RNA-Intereferenz in PC12-Zellen und Untersuchungen zur Änderung der catecholaminergen Transmitterausschüttung könnten erste Indizien liefern. Zudem könnte über Transfektion des Proteins in Oozyten die Identität des putativ transportierten Substrates bestimmt werden. All diese Arbeiten werden in Zukunft zu einer eingehenden Charakterisierung des Proteins beitragen.
Die sekretorischen Phospholipasen A2 (sPLA2) sind eine Familie von Enzymen, die die Fähigkeit besitzen, die Hydrolyse der mittleren (sn-2) Esterbindung aus Phospholipiden zu katalysieren. Die Produkte dieser Hydrolyse, freie Fettsäuren und Lysophospholipide, sind nicht nur Bausteine für die Synthese von Lipiden, sondern sie haben wichtige Funktionen als Lipid „second-messenger“ in zellulären Signaltransduktionsprozessen. In der Klasse der sekretorischen PLA2 wurden in Säugern bisher 10 Isoenzyme identifiziert, wobei die sPLA2-IIC beim Menschen nur als Pseudogen vorkommt. In der murinen Epidermis scheinen eines oder mehrere dieser Enzyme eine Rolle bei der Bildung der epidermalen Permeabilitätsbarriere zu spielen. Darüber hinaus kontrollieren sie die Freisetzung von Arachidonsäure für die Produktion von Eicosanoiden, die sowohl für die Proliferation der Keratinozyten als auch für inflammatorische Prozesse und die Entstehung von Tumoren in der Haut von entscheidender Bedeutung sind. Da bislang weder das detaillierte Expressionsmuster der einzelnen sPLA2-Enzyme noch deren spezifische Funktionen in muriner Epidermis bekannt war, wurde in der vorliegenden Arbeit eine umfassende Analyse an Schnitten von neonataler Maushaut und an murinen Papillomschnitten durchgeführt. Zusätzlich zum Nachweis der sPLA2-Expression in vivo wurden primäre murine Keratinozyten in vitro verwendet, um die Auswirkungen der Differenzierung der Keratinozyten auf die Expression der verschiedenen sPLA2-Enzyme zu untersuchen. Die Tumorzellinie HEL30 wurde zur Durchführung funktioneller Studien und für Kolokalisationsstudien verwendet. Im ersten Teil dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass in den Keratinozyten der neonatalen Maushaut in vivo sowie in isolierten primären murinen Keratinozyten alle bisher bekannten sPLA2 Enzyme exprimiert sind. Für die sPLA2-IB, -IIE, -IIF, -V und -XII konnte sowohl in den Keratinozyten der neonatalen Maushaut als auch in den primären Keratinozyten eine Expression vor allem in den differenzierten Zellen nachgewiesen werden. Dass diese Enzyme somit wahrscheinlich mit Differenzierungsprozessen gekoppelt sind, zeigte sich am Beispiel der sPLA2-V, die im murinen Papillom, welches vorwiegend aus proliferierenden Keratinozyten steht, nicht exprimiert war. Hingegen waren sPLA2 -IIA, -IID, und -X fast ausschließlich in Keratinozyten der Basalzellschicht der Epidermis und in den proliferierenden primären Keratinozyten exprimiert. Dies läßt vermuten, dass diese Enzyme eventuell eine Rolle bei der (Hyper-)Proliferation von Keratinozyten spielen. Darüber hinaus sind diese Enzyme auch in der Lage, Arachidonsäure freizusetzen, und sind somit eventuell an der Eicosanois-Homöostase beteiligt. Um eine eventuelle Beteiligung der basal exprimierten sPLA2 Enzyme an der Eicosanoidbiosynthese nachzuweisen, wurden Immunfluoreszenzstudien an neonataler Maushaut und an murinen Hautpapillomen des 2-Stufen-Tumorpromotionsmodells durchgeführt. Wie zuvor beschrieben waren alle drei Enzyme in der Basalzellschicht der neonatalen Maushaut exprimiert. Im Gegensatz dazu war die sPLA2-IIA im murinen Papillom nur am äußersten, nicht mehr hochproliferativen, Papillomrand zu detektieren. Die sPLA2-X dagegen zeigte eine starke Expression in den hochproliferativen basalen Keratinozyten dieses Gewebes. Für die sPLA2-IID konnte im Papillom ein Expressionsmuster festgestellt werden, das bis in die suprabasalen Schichten reicht. Betrachtet man die Expression der phospho-cPLA2, so konnte dieses Enzym in der neonatalen Maushaut vor allem in der Basalzellschicht, aber auch suprabasal im Stratum spinosum detektiert werden. Im Papillom zeigt dieses Enzym dagegen eine sehr starke Expression im gesamten Gewebe. Wie erwartet konnte COX-2 in der neonatalen Maushaut nicht detektiert werden, während das Expressionsmuster dieses Enzymes im Papillom mit dem der sPLA2-IID und phospho-cPLA2 korreliert Um Hinweise über die Expression und Funktion von sPLA2 –IID, -X und cP LA2 im Karzinom zu bekommen, wurde als Modellsystem die murine Karzinomzelllinie HEL30 verwendet. Diese Zellen produzieren bereits konstitutiv eine hohe Menge an PGE2. Eine TPA Stimulation dieser Zellen induziert eine zusätzlich stark erhöhte PGE2 Produktion. Anhand der Ergebnisse aus den Western Blot Analysen konnte gezeigt werden , dass sPLA2-IID und -X in den HEL30-Zellen auf Proteinebene exprimiert sind, jedoch konnte keine Veränderung der Proteinexpression dieser beiden Enzyme nach TPA-Behandlung der HEL30 Zellen detektiert werden. Dies führte zu der Annahme, dass diese Enzyme eventuell, wie die cPLA2, über ihre Enzymaktivität oder eine zelluläre Translokation reguliert werden. Durch den Einsatz des sPLA2-Inhibitors Me-Indoxam konnte jedoch weder die konstitutive noch die TPA-stimulierte PGE2 Produktion gehemmt werden, was vermutlich, wie die anschließenden siRNA Studien zeigen, auch an der Eigenschaft dieses Inhibitors liegen könnte nicht membrangängig zu sein. Weiterhin konnte durch den Einsatz des COX-2-spezifische Inhibitors Celecoxib und des COX-1-präferierende Inhibitor Indomethazin gezeigt werden, dass COX-2 vor allem an der TPA induzierte PGE2-Freisetzung, und COX-1 sowohl an der konstitutiven als auch an der der TPA induzierten PGE2-Freisetzung aus HEL30 Zellen beteiligt sind. Die Ergebnisse der Untersuchungen mit dem cPLA2-Inhibitor Pyrrolidin-1 lassen vermuten, dass in diesen Zellen die cPLA2 vor allem an der TPA induzierten PGEs-Synthese beteiligt ist, aber nicht an der konstitutiven Freisetzung. Während in unbehandelten HEL30 Zellen die sPLA2-IID im Cytosol exprimiert ist und eine schwache Kolokalisation mit COX-2 zeigt, verlagert sich dieses Enzym nach 20 minütiger TPA Stimulation, in Richtung Kernmembran und zeigt nun eine sehr starke Kolokalisation mit COX-2. Nach Inkubation der HEL30 Zellen mit einer siRNA, die die Expression der sPLA2-IID ausschalten sollte, war sowohl die konstitutive als auch die TPA-induzierte PGE2-Biosynthese signifikant reduziert. Gleichzeitig konnte durch den Einsatz der siRNA eine Reduktion des sPLA2-IID-Proteins beobachtet werden. Dies deutet an, dass die sPLA2-IID mit beiden Cyclooxygenasen gekoppelt sein könnte und ihr Substrat je nach Stimulation und Änderung der Lokalisation dem einen oder dem anderen Enzym zur Verfügung stellt. Somit konnte in der vorliegenden Arbeit zum ersten Mal gezeigt werden, dass die sPLA2-IID intrazellulär katalytisch aktiv ist und signifikant zur PGE2-Biosynthese beiträgt. Um genauere Aussagen über die Bedeutung dieser sehr interressanten Ergebnisse machen zu können, sind weitere Untersuchungen nötig, um herrauszufinden, ob die Herunterregulierung der sPLA2-IID - z.B. in Form einer sPLA2-IID-knockout-Maus - Konsequenzen für die Hyperproliferation derKeratinozyten hat, und somit einen Einfluß auf die Progression der Tumorpromotion ausüben könnte. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit ein spezifisches Expressionsmuster für die Gruppen I, II, V, X und XII sPLA2 in der murinen Haut beschrieben werden, welches mit der Regulation von Wachstum und Differenzierung verbunden ist. Hieraus läßt sich schließen, dass die einzelnen sPLA2 Enzyme unterschiedliche Funktionen in der epidermalen Homöostase sowohl unter normalen als auch pathologischen Bedingungen ausüben.
In dieser Arbeit wurden verschiedene Aspekte der Allergie gegen Süßkirsche untersucht. Zunächst wurde die Leistungsfähigkeit eines professionellen Tests mit re-kombinanten Allergenen aus Süßkirsche untersucht. Hierzu wurden rPru av 1, 3 und 4 einzeln eingesetzt, um die Sensibilisierungsmuster von Kirschallergikern aus Mitteleuropa und Spanien zu untersuchen. Vor allem die Untersuchung LTP-sensibi-lisierter Patienten aus diesen Regionen in einer Zahl, die einen statistischen Ver-gleich ermöglichte, offenbarte neue Aspekte des Phänomens schwerer Reaktionen bei solchen Patienten. Die drei rekombinanten Kirschallergene wurden auch kombiniert in einem einzigen Test eingesetzt, um schwer standardisierbare Proteinextrakte als Hilfsmittel zur in vitro Diagnose zu ersetzen. Um die Leistungsfähigkeit dieses Tests umfassend beurteilen zu können, wurde sie mit der des SPT in Birkenpollenallergikern mit und ohne Kirschallergie verglichen. Die mögliche Bedeutung unbekannter Allergene oder Isoformen wurde durch die Abschätzung des Beitrags der bekannten Kirschallergene zum IgE-Bindungsanteil von Kirschextrakt untersucht. Mit dem ImmunoCAP konnten die bereits veröffentlichten regional unterschiedlichen Sensibilisierungsmuster bestätigt werden. Die dominierende Rolle des Bet v 1-Homologen Pru av 1 in Patienten aus Mitteleuropa und damit die Bedeutung der Birkenpollenassoziation in dieser Region, konnte ebenso bestätigt werden wie die überragende Relevanz von Pru av 3 für Kirschallergiker aus Spanien. Der Vergleich der größten bisher publizierten und für statistische Untersuchungen ausreichend großen Gruppe LTP-sensibilisierter Patienten aus Mitteleuropa mit solchen Patienten aus Spanien, legte im Gegensatz zu früheren Studien keine ausschließlich auf die molekularen Eigenschaften von Pru av 3 beschränkte Assoziation von sys-temischen Reaktionen und einer Sensibilisierung gegen LTPs nahe. Die Assoziation scheint eher zwischen der Herkunft LTP-sensibilisierter Patienten und systemischen Reaktionen zu bestehen. Diese Schlussfolgerung konnte gezogen werden, da bei keinem der LTP-sensibilisierten Patienten aus Mitteleuropa systemische Reaktionen auftraten. Weder eine Co-Sensibilisierung gegen Pollen noch eine Allergie gegen andere Nahrungsmittel wie zum Beispiel Pfirsich korrelierten mit dem Auftreten sys-temischer Reaktionen. Eine Erklärung für dieses Phänomen konnte aus den vor-liegenden Daten daher nicht abgeleitet werden. Die Leistungsfähigkeit des rMix-ImmunoCAP mit rPru av 1, 3 und 4 zum Nachweis einer Sensibilisierung gegen Süßkirsche war exzellent. Weder der kommerziell erhältliche Extrakt-ImmunoCAP noch der ImmunoCAP, der einen optimierten Extrakt an der Festphase trug konnte mit diesem Test konkurrieren. Die klinische Sensitivität des rMix-ImmunoCAP war mit ≥95% hervorragend, und der Test stimmte in 92% der Fälle mit dem SPT überein. Eine Unterscheidung zwischen Birkenpollenallergikern ohne Allergie gegen Süßkirsche und Kirschallergikern war hingegen weder mit dem rMix-ImmunoCAP noch mit dem SPT möglich. Die Spezifität beider Tests war von klinisch insignifikanter IgE-Reaktivität gegen Pru av 1 beeinträchtigt und auch die Konzentration spezifischen IgEs erlaubte keine Unterscheidung zwischen beiden Gruppen auf der Ebene einzelner Patienten. Der rMix-ImmunoCAP ist aber sehr gut geeignet eine Sensibilisierung bei einem Verdacht einer Allergie gegen Süßkirsche nachzuweisen, ohne auf weitere Allergene wie Pru av 2 oder Isoformen von Pru av 1 zurückgreifen zu müssen. Damit wurde zum ersten Mal ein diagnostischer Test ein-gesetzt, der einen Proteinextrakt aus Früchten vollständig ersetzen kann Die quantitative Abschätzung des Beitrages der bereits bekannten Allergene aus Süßkirsche zur IgE-Bindung mittel EAST-Inhibition hat gezeigt, dass bei einem Großteil der untersuchten Seren erhebliche Anteile des IgEs gegen Süßkirsche nicht erfasst werden. Die Ursache für dieses Phänomen konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht abschließend aufgeklärt werden, aber es ist als sehr wahrscheinlich anzu-sehen, dass die neu identifizierte Isoform von Pru av 1 zumindest bei einem Teil der Seren hierfür verantwortlich ist. Darüber hinaus waren im Immunoblot bei Seren bei denen die IgE-Bindung nicht vollständig zu inhibieren war IgE-Reaktivität gegen noch unbekannte Strukturen zu erkennen. Neben der Beteiligung glykosilierter Proteine war auch eine Beteiligung von Pru av 2 nicht vollständig auszuschließen, wenngleich im Verlauf dieser Arbeit keine Hinweise auf eine Relevanz dieses Allergens in dem untersuchten Patientenkollektiv gefunden werden konnten. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die Grundlagen gelegt, um die Allergenität von Süßkirsche in einem in vitro Modell zu reduzieren. Es wurden Isoformen von Pru av 1 mit einer Kombination aus molekularbiologischen und proteinchemischen Methoden untersucht. Es wurden hierzu Techniken gewählt, die eine weitgehend um-fassende und zuverlässige Identifizierung von Isoformen ermöglichten. Ferner wurde der Gehalt an Pru av 1 von verschiedenen Kirschsorten verglichen, das Splice-Intron von Pru av 1 sequenziert, um die Herstellung eines spezifischen und wirksamen RNAi-Konstruktes zu ermöglichen, sowie die Eignung in vitro regenerierter Kirschpflanzen als Zielorganismus durch den Nachweis von Pru av 1 in den Blättern solcher Pflanzen geprüft. Die in dieser Arbeit verwendeten Methoden haben sich als geeignet erwiesen zuverlässig Isoformen von Allergenen zu identifizieren. Es konnte mit Hilfe einer syn-ergistischen Kombination aus einer cDNA-Bibliothek, PCR, und 2-D-PAGE / MS mit Pru av 1.02 eine neue Isoform von Pru av 1 identifiziert werden. Die mit den molekularbiologischen Methoden erzielten Ergebnisse stimmten dabei mit den Re-sultaten der proteinchemischen Untersuchungen sehr gut überein. In beiden Fällen wurden zwei Pru av 1 Isoformen nachgewiesen und lediglich die eine Variante von Pru av 1.02 mit sehr hoher Sequenzidentität konnte nicht als Protein nachgewiesen werden. Die auf Protein- und DNA-Ebene übereinstimmenden Ergebnisse bezüglich der beiden IgE-bindenden Isoformen, lassen darüber hinaus auf eine weitgehend vollständige Erfassung der Pru av1 Isoformen schließen. Pru av 1.02 besteht aus drei Varianten und zeigte ein anderes IgE-Bindungs-verhalten als das bereits bekannte Pru av 1.0101. Diese Isoform ist daher sowohl für eine zukünftige gentechnische Reduzierung der Allergenität von Süßkirsche als auch für diagnostische Zwecke bedeutsam. Für eine erfolgreiche Reduzierung der Aller-genität von Süßkirsche muss die Expression aller IgE-reaktiven Isoformen des in Mitteleuropa dominierenden Allergens Pru av 1 unterdrückt werden. Wenngleich Pru av 1.0201 zum Nachweis einer Sensibilisierung gegen Süßkirsche nicht not-wendig erscheint, könnte sie jedoch sowohl einen Einfluss auf die Höhe der gemes-senen IgE-Werte und die Ausbildung von Symptomen haben, als auch besser ge-eignet sein zwischen Birkenpollenallergikern mit und ohne Allergie gegen Süßkirsche zu unterscheiden. Abschließend wurden dann die Grundlagen für die gentechnische Redu-zierung der Allergenität von Süßkirsche geschaffen. Der Gehalt an Pru av 1 war in allen elf Kirschsorten sehr ähnlich, und erlaubt daher alle untersuchten Kirschsorten als Ausgangsmaterial einzusetzen. Die Sequenzierung des Splice-Introns aus Pru av 1 ermöglicht es jetzt ein intron-spliced hairpin RNAi-Konstrukt herzustellen. Dieses Konstrukt könnte dann eingesetzt werden, um die Reduktion der Allergenität von Süßkirsche experimentell in einem in vitro Modell zu zeigen. Mit dem Nachweis von Pru av 1 in den Blättern in vitro regenerierter Kirschpflanzen konnte gezeigt werden, dass die Voraussetzungen hierzu gegeben sind.
In dieser Arbeit wurde die Verteilung von Glykolyseenzymen in Kulturzellen unter normalen und die Glykolyse stimulierenden und hemmenden Bedingungen untersucht. Die Hauptfunktion, die der Strukturbindung und -Bildung von Glykolyseenzymen zugeschrieben wird, ist das so genannte metabolite-channelling bzw. substratechannelling, also die effiziente, lokale Bereitstellung von ATP. Im Mittelpunkt dieser Untersuchungen stand Aldolase (EC 4.1.2.13). Unter allen Bedingungen liegt Aldolase, wie die meisten anderen Glykolyseenzyme gleichzeitig sowohl in strukturgebundener, als auch in gelöster Form im Cytoplasma vor. Unter normalen Kulturbedingungen wurde die strukturgebunde Aldolase an Stressfasern sowie dem fibrillären Aktin-Netzwerk des Zellkortex vorgefunden. Diese Beobachtungen wurden an fixierten Zellen gemacht; an lebenden Zellen konnte die Bindung an Stressfasern durch Mikroinjektion fluorochromierter Aldolase direkt nachgewiesen werden. Ferner wurde beobachtet, dass Aldolase selbst, unabhängig vom Vorhandensein von Aktin in der Zelle netzwerkartige Strukturen bilden kann. Das Hinzufügen von Aldolase zu in vitro polymerisierten Aktinfilamenten führte zu einer Bündelung der Aktinfilamente, die wahrscheinlich auf eine quervernetzende Wirkung dieses Enzyms zurückzuführen ist. Durch Injektionen mit Gemischen unterschiedlich markierter Glykolyseenzyme konnte gezeigt werden, dass diese Enzyme auch in gelöster Form nicht völlig homogen in den Zellen verteilt sind. In Gegenwart hoher Substratkonzentrationen wurde entdeckt, dass Aldolase in großem Ausmaß an Intermediärfilamente gebunden wird. Da dieses Verhalten zwar unabhängig von der Präparationsmethode auftrat, in vitro durch Kosedimentation aber nicht bestätigt werden konnte, ist anzunehmen, dass neben dem Substrat weitere Faktoren bei diesem Phänomen eine Rolle spielen. Die Applikation von Insulin führte zu keinerlei mikroskopisch beobachtbaren Änderungen im Bindungsverhalten der Aldolase. Dennoch konnte eine geringe Steigerung der Aktivität in der unlöslichen Fraktion des Zellproteins nachgewiesen werden. Die Mikroinjektion unphysiologisch hoher Mengen von Aldolase führte zu einem drastischen Abbau von Aktinfilamenten und Stressfasern in den injizierten Zellen. Andere Glykolyseenzyme (GAPDH, PGM, LDH und TIM) zeigten dagegen keinerlei Wirkung. Der selbe Effekt ist bereits für PFK beschrieben worden, wo er durch eine starke Assoziation der PFK mit Gelsolin hervorgerufen wird. Der Wirkungsmechanismus bei der Aldolase ist dagegen bislang nicht bekannt. Durch die Inkubation fixierter Zellen mit fluorochromierter Aldolase wurden eine große Zahl freier Bindungsstellen an Mikrotubuli entdeckt. Allerdings konnten keine Bedingungen ermittelt werden, unter denen die intrazelluläre Aldolase an Mikrotubuli bindet. Weiterhin wurde ein Experiment entworfen, um die lokale Bereitstellung von Energie in Form von ATP und metabolite-channelling nachzuweisen. Dazu wurden Monolayerkulturen durch Hemmung von Atmung und Glykolyse ATP-entleert und durch Permeabilisierung alle löslichen Bestandteile freigesetzt. Die Gabe verschiedener ATP-Konzentrationen führte in diesem Fall zu einer Kontraktion der verbleibenden Zellbestandteile, wobei die Kontraktionsgeschwindigkeit abhängig von der gegebenen ATPKonzentration war. Durch die Gabe von FBP und ADP konnte diese Kontraktion ebenfalls ausgelöst werden, was für die Konversion von ADP zu ATP wodurch ein von FBP und den strukturgebundenen Enzymen unterhaltener glykolytischen FluSS und somit metabolite-channelling nachgewiesen wurde.
Ziel der vorliegenden Arbeit sind Strukturuntersuchungen an geplant gezüchteten Einkristallen elektronenreicher Iod- und Schwefel-Verbindungen, ergänzt durch zugehörige Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen. Besonderes Augenmerk gilt insbesondere Molekülen mit Thiophenyl-Substituenten R-S-(C6H5) und ihren isovalenzelektronischen Derivaten vom Typ R-NH-(C6H5) sowie den bisher unbekannten Donator/Akzeptor-Komplexen des Iodanils. Durch optimierte Auswahl jeweils geeigneter Lösungsmittel und Kristallisationsbedingungen gelingt es, zahlreiche unterschiedliche Typen kristalliner Nichtmetall-Verbindungen zu züchten. Die Strukturen der isolierten Einkristalle werden durch Vergleich mit bereits literaturbekannten sowie anhand quantenchemischer Berechnungen diskutiert und vertiefen das Verständnis der experimentellen Befunde wesentlich. ... Insgesamt belegen die in der Dissertation detalliert beschriebenen Ergebnisse, daß Kombinationen von gezielter Kristallzüchtung, anschließender Strukturbestimmung und quantenchemische Berechnungen zahlreiche Informationen über Wechselwirkungen in Kristallen liefern. So verdeutlicht die anschauliche Betrachtung der I2-Komplexe durch zugehörige Einkristallstrukturen sowie quantenchemische Modellrechnungen, daß auch geringe Wechselwirkungen teils beträchtliche Einflüsse auf Stöchiometrien und Strukturparameter in Kristallen ausüben. Das Schlußbeispiel Tris(thiophenyl)methan-Dimer belegt durch alle notwendigen Messungen wie Kristallstrukturanalyse, quantenchemische hochkorrelierte Berechnungen und massenspektrokopische Messungen, wie sich durch das Zusammenwirken moderner Methoden unerwartete Ergebnisse für einen neuartigen Verbindungstyp festigen lassen. Die lohnenden Ergebnisse der Untersuchungen erweitern die Kenntnisse statischer Aspekte bei Selbstorganisations-Phänomenen.
Die Person, deren Leben und Werk ich mich in dieser Arbeit zu nähern versuche, kann auch dreißig Jahre nach Erscheinen ihres institutikonenkritischen Werkes "Entschulung der Gesellschaft" in Deutschland 1972 noch immer als vergleichsweise rätselhaft bezeichnet werden. Ältester Sohn einer zum Protestantismus übergetretenen Jüdin und eines katholischen Kroaten aus Split an der Küste Dalmatiens, die Ehe steht unter keinem guten Stern. Der Nationalsozialismus hält in Wien Einzug, die Mutter flieht mit den drei Kindern nach Florenz. Weitere Einzelheiten aus der Kindheit, der Situation der Familie und vor allem zu den Schulerfahrungen, die tragfähig wären, waren nicht bekannt. Ivan Illich wurde Priester, er wirkte in New York und Puerto Rico, wurde später Leiter eines Zentrums für Sprachlernen in Cuernavaca/Mexiko mit dem Namen CIDOC. Fotos zeigen einen entschlossen wirkenden, hageren Mann mit aristokratischen Zügen. Illich forderte unter anderem dazu auf, das Bildungswesen, so wie es war, aufzulösen und radikal neu zu organisieren. Sein Buch über die Entschulung wurde ein Bestseller, immerhin ein Sachbuch, verkaufte es sich in sechs Auflagen von 1973 bis 1981. ...
Die Populationsdurchseuchung mit Coxsackieviren im Raum Frankfurt am Main der Jahre 2000 bis 2002
(2006)
In dieser Arbeit wurde die Epidemiologie von Coxsackieviren durch retrospektive Auswertung der Antikörperantworten im Neutralisationstest untersucht. Dabei wurden die Durchseuchungen mit Coxsackieviren nach der Höhe der Titerstufen, nach der Abhängigkeit vom Geschlecht und vom Alter ausgewertet und Vergleiche zur wissenschaftlichen Literatur angestellt. Das Untersuchungsmaterial stammte von 689 Patienten aus dem Einzugsgebiet der Johann Wolfgang Goethe-Universitätsklinik. Vom untersuchten Patientenkollektiv wiesen zwischen ca. 8 und ca. 70 Prozent neutralisierende Antikörper gegen die Coxsackieviren der Serotypen A16, A9 und B1-B6 auf. Die höchste Anzahl an neutralisierenden Antikörpern waren gegen die Coxsackieviren des Serotyps B3 mit über 70 Prozent zu finden. Am niedrigsten war die Durchseuchung mit dem Coxsackievirus des Serotyps B6. Die Antikörpertiter wurden von 1:10 bis 1:1280 angegeben, wobei lediglich die Titerstufe 1:1280 als epidemiologisch auffällig gilt. Bei uns waren die niedrigen und mittleren Titerstufen häufiger vertreten als die hohen Titerstufen (1:1280). Von den im Neutralisationstest als positiv befundenen Seren wiesen gegen Coxsackievirus A9 nur 2,43% einen solchen erhöhten Antikörpertiter auf. Gegen Coxsackievirus B1 waren es 6,31%, gegen Coxsackievirus B2 4,83%, gegen B3 4,17%, gegen B4 4,66% und gegen B5 6,27%. Gegen Coxsackievirus A16 und B6 wurden keine signifikant erhöhten Antikörpertiter gefunden. 386 Seren stammten von männliche, 279 Seren von weiblichen Personen. Bei den restlichen Seren war keine Geschlechtsangabe dokumentiert worden. Prozentual gesehen, konnte man erkennen, dass Frauen häufiger neutralisierende Antikörper gegen die Coxsackieviren der Serotypen A16, B1, B4 und B5 besaßen, Männer dagegen gegen die Coxsackieviren der Serotypen A9, B2, B3 und B6. Bezogen auf alle acht untersuchten Coxsackieviren zeigten 53,05 % der Frauen neutralisierende Antikörper gegen Coxsackieviren auf und 51,78 % der Männer, statistisch gesehen ergab sich folglich kein signifikanter Unterschied. Bei Coxsackieviren der Gruppe A9, B1, B2, B3 und B5 waren mehr hohe Titerstufen beim männlichen Geschlecht zu finden, bei B4 beim weiblichen Geschlecht. Die Durchseuchungsraten waren über alle Altersgruppen konstant, folglich konnten keine mit dem Alter ansteigenden Durchseuchungsraten festgestellt werden. Die niedrigsten Antikörpertiter waren, außer bei Coxsackievirus-B5, in der Altersstufe der 1-4jährigen zu finden. Offenbar erfolgt die Durchseuchung mit Coxsackieviren folglich im Kleinkindesalter. Eine Bevorzugung einer bestimmten Altersgruppe war nicht zu erkennen, eine homogen niedrige Verteilung (~ 40%) im Gegensatz zu den anderen Serotypen konnte man bei den Coxsackieviren des Serotyps B1 ermitteln. Eine besonders hohe Verteilung fand sich dagegen bei Coxsackieviren der Gruppe B3 (~ 70%). Beim Vergleich mit der wissenschaftlichen Literatur konnten keine wesentlichen Veränderungen an der Populationsdurchseuchung mit Coxsackieviren festgestellt werden. Besonders im Raum Frankfurt blieben die Durchseuchungsraten fast identisch zu früheren Studien von vor 12-14 Jahren. Somit kann man eine Epidemie mit Coxsackieviren in den untersuchten Jahren ausschließen. Auch blieb die Durchseuchung mit Coxsackieviren unabhängig vom Geschlecht und vom Alter, wobei die niedrigeren Titerstufen durchweg häufiger vertreten waren.
HINTERGRUND Ziel dieser Studie war es Normwerte bei gesunden Frankfurter Kindern für die Fahrradergometrie in halbliegender Position mithilfe des Godfrey Protokolls zu erstellen. Normwerte Gesunder sind in der Kinderkardiologie der Uniklinik Frankfurt vor allem für die Untersuchung von herzkranken Kindern als Referenzwerte wichtig. METHODEN Die Fahrradspiroergometrie erfolgte bei 122 Schülern (65 Jungen und 57 Mädchen) im Alter von 7 bis 15 Jahren. Alle Tests fanden unter vergleichbaren Bedingungen statt und wurden von zwei erfahrenen Untersuchern durchgeführt. Die Belastung begann bei 20 Watt und wurde jede Minute entsprechend der Körpergröße gesteigert. Kinder, die kleiner als 150 cm groß waren, wurden um 15 Watt/min gesteigert, Kinder über 150 cm Körpergröße hatten Belastungsstufen von 20 Watt/min zu bewältigen. ERGEBNISSE Ein Fragebogen gab Auskunft über den alltäglichen Bewegungsumfang der Schüler neben dem Sportunterricht. Es zeigte sich, dass ein Großteil der Probanden im Vereinssport aktiv war und dass der Schulweg nur bis zu einer Distanz von etwa 2 km auch zu Fuß oder per Fahrrad zurückgelegt wird. Geschlechtsspezifische Unterschiede in der Fahrradergometrie konnten bereits in den präpubertären Jahrgängen zugunsten der Jungen festgestellt werden. Auch das Alter erwies sich bei den Schülern abgesehen von den weiblichen, älteren Jahrgängen (13-15 Jahre) als guter Bezugspunkt für Leistung. Ebenso auffällig wie die nahezu gleiche Leistung der Mädchen diesen Alters waren auch die annähernd gleichen Körpergrößen. Mithilfe linearer Regression konnte eine Normalverteilung der Leistung aller Probanden bezogen auf die Körpergröße belegt werden. Das Alter ist ein angemessener Bezugspunkt für die Leistung solange Kinder wachsen. Besser ist die Körpergröße, da sie auch die Leistung von Kindern, deren Größe nicht dem Alter entspricht, angemessen beurteilt. Verglichen mit vorherigen Fahrradergometriestudien fiel die niedrigere Leistung der Frankfurter Probanden auf. Der direkte Vergleich mit der Godfrey Studie (Godfrey 1974) ergab sowohl geringere Arbeitslasten bezogen auf die Körpergröße der Frankfurter Schüler, als auch höhere maximale Herzfrequenzen und Sauerstoffaufnahmen der Godfrey Probanden. Auch Kölner Schüler, die 1987 von Klemt (Klemt 1987) auf dem Fahrradergometer belastet wurden, zeigten eine größere Leistungsfähigkeit. Das Klemt Protokoll führt durch lang andauernde Belastungsstufen, die körpergewichtsabhängig definiert werden, zu langen Belastungszeiten. Darin könnte ein Grund für bessere Leistungen der Kölner Kinder liegen. Die WIAD Studie (WIAD 2003) stellte erhebliche Leistungsminderungen bei über 20.000 deutschen Schülern in Ausdauer-, Kraft-, und Koordinationstests fest. Die Abnahme der Leistungsfähigkeit liefert einen Grund für niedrigere maximale Arbeitslasten der Frankfurter Kinder. Dennoch stellte sich die Frage ob die Frankfurter Kinder tatsächlich ausbelastet waren und welchen Einfluss die halbliegende Position in der Ergometrie einnimmt. Die Bestimmung der Ausbelastung einzelner Probanden anhand von Ausbelastungskriterien stellte sich schwierig dar. Ein Plateauwert der maximalen Sauerstoffaufnahme konnte nicht zuverlässig ermittelt werden. Maximale Herzfrequenzen der Frankfurter Probanden streuten weit und lagen im Durchschnitt unter denen zur Ausbelastung geforderten Werten. Diesen niedrigen Herzfrequenzen standen hohe Werte der Atemäquivalente und des relativen Atemminutenvolumens entgegen, die eine Ausbelastung anzeigten. Wichtig erscheint es neben objektiven Messdaten, die je nach Untersuchungsbedingungen starken Schwankungen unterliegen, auch subjektive Ausbelastungskriterien zu berücksichtigen. Die überwiegende Mehrheit an Fahrradergometerstudien findet in sitzender Position statt. Veröffentlichte Daten der liegenden Fahrradergometrie berichten von niedrigeren maximalen Arbeitslasten und maximalen Herzfrequenzen. Diese Beobachtung konnte durch unsere Probanden gestützt werden. Unterschiedlich wurde der Einfluss der Position auf das pulmonale System beurteilt. Unserer Beobachtung zufolge führt die halbliegende Position zu niedrigeren maximalen Sauerstoffaufnahmen, höheren Atemminutenvolumina und Atemäquivalenten. Die Lunge arbeitet weniger ökonomisch als im Sitzen. Die Atemhilfsmuskulatur kommt weniger effizient zum Einsatz. Möglich ist, dass die maximalen Schlagvolumenwerte bei Belastung im Sitzen höher sind als im Liegen. Darin könnte ein Grund für niedrigere Sauerstoffaufnahmen in liegender Position gefunden werden. SCHLUSSFOLGERUNG Die Maximalleistung bei Kindern während der Fahrradergometrie wird bedeutend durch die Körpergröße, die körperliche Fitness, das Belastungsprotokoll und die Position des Probanden auf dem Ergometer beeinflusst. Diese Studie belegt reduzierte Leistungen der Probanden in halbliegender Position mit größeren Anforderungen an das ventilatorische System. Untersuchungen, die speziell sitzende und liegende Fahrradergometrie bei den selben Probanden durchführen, sind nötig, um vor allem die Hintergründe für die schlechtere Atemökonomie zu erforschen und die Reaktion des Schlagvolumens auf Belastung zu beobachten.
In der vorliegenden Studie wurden zwei Polyether und sechs additionsvernetzende Silikone hinsichtlich ihrer Dimensionsgenauigkeit untersucht. Mit Hilfe einer zu diesem Zweck hergestellten V2A-Stahlform konnte das Dimensionsverhalten isoliert betrachtet werden, ohne Einflussnahme anderer Parameter wie zum Beispiel durch die Desinfektion oder die Gipsexpansion. Von jedem Material wurden zehn Abformungen genommen, die mit Hilfe eines Stereomikroskops hinsichtlich ihres Dimensionsverhaltens vermessen wurden. Die Messungen wurde zu zwei Zeitpunkten durchgeführt: der erste Zeitpunkt entsprach dem vom Hersteller frühest möglichen angegebenen Termin zur Modellherstellung, die zweite Vermessung erfolgte nach insgesamt 90-minütiger Lagerung. Im Ergebnis zeigte sich, dass die Messstrecke 1 – 2 die wenigsten signifikanten Differenzen im Vergleich zu den durch Vorvermessungen erhaltenen Referenzwerten aufwies, während die Messstrecken 1 – 3, 1 – 4, 2 – 3 und 3 – 4 sich überwiegend signifikant von diesen unterschieden. Alle Materialien banden teilweise unter Kontraktion, teilweise unter Expansion ab. Hinsichtlich der Vermessungszeitpunkte lies sich bei Honigum ein verbessertes Dimensionsverhalten zum zweiten Vermessungszeitpunkt konstatieren. Bei den anderen getesteten Materialien war keine Abhängigkeit des Dimensionsverhaltens von den beiden Vermessungszeitpunkten feststellbar. Gegenüber den Referenzwerten reichten die Dimensionsveränderungen von 0,001 % bis zum Maximum von 0,19 %. Cirka zehn Prozent der erhaltenen Werte befanden sich in einem Bereich von > 0,1 % bzw. < -0,1 %. Insgesamt konnte den untersuchten Materialien zu beiden Vermessungszeitpunkten ein sehr gutes Dimensionsverhalten konstatiert werden, wobei weder die beiden Materialgruppen Polyether und additionsvernetzende Silikone qualitative Unterschiede zueinander aufwiesen, noch die jeweiligen Produkte selbst.
In dieser Studie haben wir den minimalinvasiven Ersatz bzw. Rekonstuktion der Mitralklappe unter Einsatz des HEARTPORTÒ Port AccessTM - Systems über eine rechtsanterolaterale Thorakotomie und femorale Kanülierung untersucht und 20 minimalinvasiv mit 20 konventionell operierten Patienten verglichen. Ein Nachteil dieser Studie ist, dass die beiden Gruppen mit jeweils 20 Patienten sehr klein sind, um eine zuverlässige statistische Aussage treffen zu können. Außerdem war zu Beginn der Studie die operative Erfahrung mit diesem neuen System noch sehr ausgeprägt, so dass einige technische Probleme auch eventuell einer Lernkurve zugeschrieben werden können. Die hier vorliegenden Daten zeigen, dass die neuere minimalinvasive Methode durchaus mit der etablierten konventionellen Operationstechnik vergleichbar ist. Die Qualität der ersetzten und rekontruierten Mitralklappen ist sehr gut und obwohl es sich hier um das initiale Patietenkollektiv eines neu eingeführten Operationsverfahrens handelt, findet sich nur eine minimal verlängerte Operationsdauer. Intubationsdauer und postoperativer Klinikaufenthalt sind zwar nicht signifikant, aber dennoch tendenziell kürzer als die des konventionellen Kollektivs. Der postoperative Blutverlust ist identisch. Obwohl die postoperativen Ergebnisse gut waren gilt doch hervorzuheben, dass es zu einigen intraoperativen prozedurbezogenen Problemen gekommen ist. Aus diesem Grunde der komplizierten Handhabung des Systems und aus Kostengründen ist in unserer Klinik auf ein ähnliches minimalinvasives Operationsverfahren, das durch Chitwood und Kollegen beschrieben wurde, umgestiegen worden. Bei der Betrachtung der laborchemischen Marker ergeben sich insbesondere für die Kreatinkinase (CK) und Myoglobin signifikant höhere Werte in der minimalinvasiven Patientengruppe. Diese deutliche Erhöhung der Marker der muskulären Schädigung CK und Myoglobin liegt ursächlich in der kanülierungsbedingten Extremitätenischämie und der rechtsanterolateralen Thorakotomie begründet. Für die kardialen Parameter Troponin T und Troponin I, sowie für die neuronalen Marker S-100b und NSE konnte keine Signifikanz ermittelt werden. Die durchgeführten neuropsychologischen Tests zeigten ebenfalls keinen signifikanten Unterschied auf. Insgesamt läßt sich aus den hier vorliegenden initialen Ergebnissen kaum ein Nachteil bei der Verwendung der minimalinvasiven Technik ermitteln. Hinzu kommt noch der offensichtliche Vorteil des kosmetisch besseren Ergebnisses. Allerdings beschränkt sich der Einsatz dieses Verfahrens auf ein sorgfältig ausgewähltes Patientengut, da aufgrund des Risikoprofils vieler Patienten der Einsatz dieser Methode als kontraindiziert gilt. Es handelt sich bei dieser Operationsmethode somit nicht um ein Verfahren, welches die herkömmliche konventionelle Operationsmethode ersetzen könnte. Inwieweit aus dem minimalisierten thorakalen Zugang eine Erhöhung der Thoraxstabilität resultiert und inwieweit sich diese positiv auf Rehabilitationsmaßnahmen auswirkt müssen Folgestudien ergeben.
Derzeit ist die Frage nach der optimalen Therapie der Lyme-Borreliose noch nicht abschließend geklärt. Fälle von Therapieversagen sind aber für fast alle eingesetzten antibiotischen Substanzen beschrieben. Zudem stellen chronische Verläufe die behandelnden Ärzte immer wieder vor Probleme. Eine genauere Charakterisierung der Antibiotikaempfindlichkeit von Borrelien ist daher wünschenswert, zumal bislang nur wenig über die natürliche Resistenz des Erregers und die pharmakodynamischen Wechselwirkungen zwischen Antibiotika und Borrelien in vivo und in vitro bekannt ist. Neuen, einfach zu handhabenden, standardisierten Tests zur Empfindlichkeitsprüfung antibiotischer Substanzen kommt hierbei eine entscheidende Rolle zu. Das in der vorgelegten Arbeit verwendete kolorimetrische Mikrodilutionsverfahren war benutzerfreundlich in der Anwendung und erwies sich als zuverlässig, reproduzierbar und genau. Die für bekannte Standardsubstanzen ermittelten MHK- und MBK-Werte für Borrelien sind in sehr guter Übereinstimmung mit den Ergebnissen anderer Autoren unter ähnlichen experimentellen Bedingungen. Die hier vorgelegten Ergebnisse zeigen eine verbesserte in-vitro-Aktivität neuerer Fluorchinolone gegen Borrelien. Fluorchinolone wie Gatifloxacin, Sitafloxacin und Gemifloxacin (Klasse-IV-Fluorchinolone) waren bezüglich ihrer in-vitro-MHK-Werte mit denen von einigen beta-Lactam-Antibiotika annähernd vergleichbar. Allerdings lagen die MHK- und MBK-Werte von Mezlocillin und Piperacillin noch deutlich unter denen der genannten Chinolone. Insgesamt zeigten Fluorchinolone der Klassen IV und III eine stärkere in-vitro-Aktivität gegen Borrelien als Aminoglykoside, Ansamycine und Monobactame. Für Chinolone mit guter bis sehr guter Wirksamkeit gegen B. burgdorferi ergab sich folgende Rangfolge: Gemifloxacin (MHK90: 0,12 µg/ml) > Sitafloxacin (MHK90: 0,5 µg/ml); Grepafloxacin (MHK90: 0,5 µg/ml) > Gatifloxacin (MHK90: 1 µg/ml); Sparfloxacin (MHK90: 1 µg/ml); Trovafloxacin (MHK90: 1 µg/ml) > Moxifloxacin (MHK90: 2 µg/ml); Ciprofloxacin (MHK90: 2 µg/ml) > Levofloxacin (MHK90: 4 µg/ml). Im Gesamtvergleich aller Substanzen zeigte sich folgende Rangordnung für Antibiotika mit guter bis sehr guter in-vitro-Aktivität: Mezlocillin (MHK90: kleiner/gleich 0,06 µg/ml); Piperacillin + Tazobactam (MHK90: kleiner/gleich 0,06 µg/ml) > Gemifloxacin (MHK90: 0,12 µg/ml) > Penicillin G (MHK90: 0,25 µg/ml); Meropenem (MHK90: 0,25 µg/ml) > Grepafloxacin (MHK90: 0,5 µg/ml); Sitafloxacin (MHK90: 0,5 µg/ml); Amoxicillin + Clavulansäure (MHK90: 0,5 µg/ml); Imipenem (MHK90: 0,5 µg/ml) > Gatifloxacin (MHK90: 1 µg/ml); Sparfloxacin (MHK90: 1 µg/ml); Clinafloxacin (MHK90: 1 µg/ml); Trovafloxacin (MHK90: 1 µg/ml); Vancomycin (MHK90: 1 µg/ml). Die umfassende statistische Analyse aller experimentell bestimmten MHK- und MBK-Werte für die verschiedenen untersuchten Antibiotika ergab z. T. signifikante Genospezies-spezifische Unterschiede bei der Empfindlichkeit der getesteten Isolate des B. burgdorferi-Komplexes gegen Penicillin G, Meropenem, Mezlocillin, Piperacillin, Amoxicillin, Aztreonam, Sitafloxacin, Grepafloxacin, Gemifloxacin, Norfloxacin, Ofloxacin und Pefloxacin. Insgesamt zeigten B. garinii-Isolate dabei interessanterweise signifikant niedrigere MBK- und z. T. auch niedrigere MHK-Werte als die übrigen eingesetzten Borrelia-Genospezies. Die höchsten MBK-Werte wurden hingegen bei den getesteten B. burgdorferi s. s.-Isolaten beobachtet. Vor dem Einsatz von Fluorchinolonen in der Therapie der Lyme-Borreliose müssen aber zunächst die Ergebnisse von klinischen Studien abgewartet werden. Moderne Chinolone sind als möglicher alternativer Therapieansatz bei Lyme-Borreliose insofern interessant, als sie bekanntermaßen auch gegen andere durch Zecken übertragene Krankheitserreger wie den Erreger der Humanen Granulozytären Ehrlichiose (HGE) und manche Rickettsia spp. wirksam sind.
Neue Osteotomiemethoden wie die Laser- oder piezoelektrische Osteotomie haben Vorteile gegenüber klassischen Methoden, wie z.B. oszillierende Säge oder rotierende Instrumente. Verschiedene Indikationen zur Knochenpräparation stellen unterschiedliche Anforderungen an Methoden der Osteotomie. Demzufolge ist der Knochenverlust und die hinterlassene Oberfläche nach Präparation wichtig, um verschiedene Methoden aufgrund ihrer Effizienz und Invasivität zu beurteilen. Im Zuge dieser Studie wurden sechs Methoden untersucht. Unter diesen waren rotierende Instrumente wie diamantierte Trennscheiben oder eine Lindemannfräse, eine oszillierende Säge, ein Er:YAG-Laser, ein Er,Cr:YSGG-Laser und die piezoelektrische Osteotomie. Sechs Schnitte mit einer Tiefe von 3-5 mm wurden pro Methode in Schweinerippen präpariert. Die Breite der Schnitte wurde mit Hilfe der Auflichtmikroskopie ermittelt und nach Trocknung der Knochenproben die Oberfläche rasterelektronenmikroskopisch beurteilt. Bei allen Instrumenten waren Unterschiede bezüglich der Breite am Boden und im obersten Bereich eines Schnittes zu notieren. Je tiefer ein Schnitt war, desto schmaler wurde er. Gründe dafür waren Probleme bei der Handhabung und Probleme, einen präzisen Schnitt durchzuführen. Die Ränder des Knochens nach der piezoelektrischen Osteotomie zeigten eine zerrüttelte Oberfläche, die von Rissen dominiert wurde. Sowohl bei der Laser-, als auch bei der piezoelektrischen Osteotomie kam es im Bereich der Spongiosa zu Einschmelzungen, da die Kühlung zur Vermeidung von Hitzeentwicklungen in der Tiefe des Schnittes nicht ausreichend war.
Das Sturge-Weber Syndrom ist eine kongenitale neuroektodermale Erkrankung aus dem Formenkreis der Phakomatosen mit einer Inzidenz von eins auf 50.000 Neugeborene ohne familiäre Häufung und ohne bestimmte ethnische- und Geschlechtszugehörigkeit. Es ist gekennzeichnet durch leptomeningeale Angiomatose, Glaukome und Feuermale im Ausbreitungsgebiet des Trigeminusnervs. Klinisch manifestiert es sich durch Krampfleiden, neurologische Defizite, Glaukomanfälle, migräneartige Kopfschmerzen, schlaganfallartige Ereignisse und mentale Retardierung. Da die Erkrankung mit Vergrößerung der leptmeningealen Angiome progredient ist, wurde in dieser Arbeit der Frage nach angiogenen Prozessen in diesen Angiomen nachgegangen. Immuhistochemisch untersucht und semiquantitativ ausgewertet wurden die Proteine der angiogenen Faktoren VEGF, VEGFR-1 und-2, NP-1, Tie-2, Hif-1a und Hif-2a. Für alle Faktoren zeigten sich erhöhte Expressionslevel im Vergleich zu den Epilepsie- Negativkontrollen. Zudem zeigte sich eine erhöhte Proliferations- und Apoptoserate in den leptomeningealen Angiomen und den intraparenchymalen Gefäßen des darunterliegenden Cortex’. Die Ergebnisse sprechen für das Vorhandensein aktiver angiogener Prozesse in leptomeningealen Angiomen bei Sturge-Weber Syndrom Patienten. Als Arbeitsmodell wird vorgeschlagen, dass eine endothelzellintrinsische Hif Aktivierung (intrinsischer Signalweg) die Gefäße für eine erhöhte VEGF Stimulation (extrinsischer Signalweg) empfänglich macht und somit zu Erhalt und Progredienz der Angiome beiträgt. Eine therapeutische Option könnte eine antiangiogene Strategie zur Eindämmung oder Regression der Angiome darstellen.
Ziel der vorliegenden Studie war, die maschinelle Aufbereitung stark gekrümmter Wurzelkanäle extrahierter humaner Oberkiefermolaren unter Anwendung von drei verschiedenen Ni-Ti-Instrumentensystemen (Profile®, FlexMaster® und RaCe™) mittels einer modifizierten Methode nach Bramante zur prä- und postoperativen Analyse von Kanalquerschnittsflächen zu untersuchen. Hierfür wurden 60 stark gekrümmte Wurzelkanäle auf drei Versuchsgruppen verteilt. Von jedem Wurzelkanal wurden vom Apex ausgehend mindestens fünf Querschnittebenen hergestellt, die nach sicherer Reposition in einer eigens angfertigten Küvettenform mittels des Endodontiehandstücks Tri Auto ZX aufbereitet wurden. Die prä- und postoperative Vermessung der Kanalflächen wurde mittels einer Flächenvermessungssoftware durchgeführt und anschließend die Werte der Kanalflächendifferenzen, wie auch die Aufbereitungszeiten, die Arbeitslängenverluste sowie Frakturhäufigkeiten mit Hilfe des Kruskal-Wallis Multiple-Comparison Z-Value Tests, des Duncan’s Multiple-Comparison Tests und des Regular-Tests statistisch erfasst. Der weitaus signifikant größte Materialabtrag konnte bei FlexMaster® mit 0,19 mm² im Vergleich zu Profile® und RaCe™ ermittelt werden. In der Gruppe FlexMaster® wurden gleichzeitig auch die geringsten Aufbereitungszeiten mit im Mittel 795,00 Sekunden notiert. Der Verlust an Arbeitslänge war allgemein gering, wobei Profile® im Vergleich zu den beiden anderen Gruppen keine Arbeitslängenverluste vorzuweisen hatte aber auch RaCe™ mit 0,05 mm einen signifikant kleineren Mittelwert als FlexMaster® zeigte. Insgesamt frakturierten 10 Aufbereitungsinstrumente, davon sechs bei RaCe™, drei bei Profile® und nur ein Instrument beim FlexMaster®-System. Abschließend lässt sich aus den in dieser Studie gewonnenen Erkenntnissen ableiten, dass die Aufbereitung stark gekrümmter Wurzelkanäle mit FlexMaster®-Instrumenten in Verbindung mit dem Tri Auto ZX sicher, schnell und effektiv durchgeführt werden kann. Inwieweit ihr massiver Instrumentenkerndurchmesser durch eine denkbar geringere Flexibilität hierbei Einfluss auf den in der Untersuchung festgestellten möglichen geringen „Zipping-Effekt“ hat, sollte in weiteren Studien untersucht werden. Auch mit RaCe™-Instrumenten konnte eine schnelle und effiziente Kanalaufbereitung erfolgen, jedoch ist von dem Einsatz dieser Instrumente in Verbindung mit dem in dieser Studie verwendeten Tri Auto ZX hinsichtlich der im Vergleich hohen Frakturrate abzuraten.
Charakterisierung prolylhydroxylase-vermittelter Effekte in der Physiologie von Glioblastomen
(2006)
Der Transkriptionsfaktor HIF übernimmt eine Schlüsselrolle in der Adaption an Hypoxie. In der Tumorgenese werden dem HIF-System in Abhängigkeit von HIF-Proteinmengen sowohl pro- als auch anti-tumorigene Effekte zugeschrieben. Die Regulation von HIF-Proteinmengen erfolgt maßgeblich über vier Mitglieder der Enzymfamilie der 2-Oxoglutarat-abhängigen Dioxygenasen, PHD1-4. Aufgabe dieser Arbeit war die Charakterisierung prolylhydroxylase-vermittelter Effekte in der Physiologie von Glioblastomen. Es konnte gezeigt werden, dass sich die vier PHD-Orthologe in ihrer zellulären Lokalisation in Glioblastomzellen unterscheiden. Während PHD1 nukleär sowie perinukleär und PHD2 eher homogen verteilt in Zytoplasma und Nukleus zu finden waren, zeigten PHD3 und PHD4 eine exklusiv perinukleäre Lokalisation. Kolokalisations-Studien der PHDs mit subzellulären Strukturen ergab vor allem ein hohes Maß an Kolokalisation der Orthologe PHD1, PHD3 und PHD4 mit den Mitochondrien. Weiterhin variierten die mRNA-Expressionshöhen der PHDs in verschiedenen Glioblastomzelllinien, wobei PHD1 und PHD2 die höchste Expression aufwiesen und PHD4 die niedrigste. Zudem induzierte Hypoxie die mRNA-Expression von PHD2 und PHD3, wobei die PHD3-Induktion bis zu zwei Log-Stufen umfasste. Auch auf Proteinebene bestätigte sich die Hypoxie-Induzierbarkeit von PHD2 und PHD3, während Proteinmengen der anderen beiden Orthologe davon nicht beeinflusst wurden. Überexpressions- sowie Knockdown-Studien identifizierten PHD2 als ein HIF-1alpha-Zielgen, während PHD3 durch HIF-1alpha und HIF-2alpha reguliert wurde. Trotz ihrer O2-Abhängigkeit behielten die PHDs, insbesondere PHD2 und PHD3, auch unter niedrigen pO2 ihre enzymatische Aktivität und reduzierten effektiv HIF-Proteinmengen sowie -Zielgenexpression. Des weiteren übernehmen die PHDs eine anti-apoptotische Rolle, da PHD-Inhibierung zu erhöhter, PHD-Überexpression dagegen zu reduzierter Apoptose-Induktion führte. Offenbar agieren die PHD-Orthologe in Glioblastomzellen als negatives Feedback-System, das über effektive und gleichzeitig variable Regulation von HIF-Leveln, bzw. -Aktivität das Gleichgewicht zwischen Zell-Überleben und Zelltod entscheidend beeinflusst.
Ein ausführliches Beratungsgespräch nach der Geburt eines Kindes mit Lippen- oder Gaumen-Spalte sollte in der ersten Lebenswoche erfolgen und ist neben einer möglicherweise bereits pränatal erfolgten Beratung entscheidend für das Verhältnis zwischen Behandlungsteam und den Eltern der betroffenen Kinder. Fragen zur Ernährung und zur Operation sind für die Eltern erstrangig. Dabei sind sowohl der Inhalt als auch die Gesprächsführung wichtig. Die Stillberaterin hat in unserem Team als nicht ärztliche Bezugsperson eine wichtige fachliche und vertrauensbildende Aufgabe. Administrative Fragen sollten ebenso angesprochen werden, um die Eltern auch hier zu entlasten. Handlungsbedarf besteht offensichtlich bei der unmittelbar postnatalen Betreuung und Aufklärung der Familien, insbesondere, wenn die Geburt in einem peripheren Krankenhaus erfolgt. Es sollte insbesondere in peripheren Geburtskliniken eine präzisere Information und Aufklärung zur Spaltbildung ermöglicht werden. Daneben wurde vielfach der Wunsch nach psychologischer Unterstützung und Begleitung der Eltern in dieser sensiblen postnatalen Zeit geäussert. Von den aufklärenden Personen wird mehr Einfühlungsvermögen und Selbstsicherheit auch die eigenen Gefühle zu zeigen erwartet. Es muss den Eltern im Gespräch mehr Möglichkeit zum Reden und zum Gefühle zeigen gegeben werden und der Austausch mit anderen Eltern, die Kinder mit Spalten haben, soll angesprochen werden. Allgemein müssen grössere Bemühungen unternommen werden, die Eltern zufrieden zu stellen.
Hintergrund: Die erste Phase dieser randomisierten multizentrischen Studie - in der insgesamt 110 Patienten entweder mittels alleiniger PTCA (perkutane transluminale Koronarangioplastie) (n=55) oder zusätzlicher Stentimplanatation (n=55) nach erfolgreicher Rekanalisation eines chronischen Koronarverschlusses behandelt wurden - konnte für einen mittelfristigen Zeitraum von maximal 2 Jahren zeigen, dass durch eine zusätzliche Stentimplantation nach der Rekanalisation die Zahl an Rezidivstenosen und -okklusionen signifikant reduziert werden kann. Unklar war bisher jedoch, ob dieser positive Effekt auch über eine Langzeitdauer von über 5 Jahren erhalten bleibt. Studienziel und Methodik: Ziel dieser Studie war festzustellen, ob dieser mittelfristig erzielte positive Effekt der Stentimplantation auch über eine solche Langzeitdauer erhalten bleibt. Hierzu wurden in drei verschiedenen Schritten aktuelle Langzeitinformationen der eingeschlossenen Patienten erhoben. Zunächst erfolgte die Auswertung der Krankenakten aller eingeschlossenen Patienten in den jeweiligen Behandlungszentren vom Zeitpunkt des Studieneinschlusses bis zum letzten Eintrag anhand eines standardisierten Formblatts. Im nächsten Schritt wurden alle Patienten schriftlich und/oder telefonisch mittels standardisiertem Fragebogen kontaktiert. War ein direkter Patientenkontakt nicht möglich, wurden der Hausarzt und/oder die Krankenkasse befragt. Abschließend wurde im Fall von Komplikationen zur Objektivierung der Daten die jeweilige Krankenakte des behandelnden Arztes und/oder Krankenhauses angefordert. Als primäre Endpunkte der Studie wurden kardial bedingter Tod, Myokardinfarkt im Versorgungsgebiet, Re-PTCA oder Bypass-OP bei Restenose >50% oder Reokklusion und konservativ behandelte Restenose >50% bzw. Reokklusion definiert. Ergebnisse: Die beiden Studiengruppen unterschieden sich nicht in ihren klinischen und angiographischen Basisdaten. Von insgesamt 107 der 110 Patienten konnten aktuelle Langzeit-Informationen gewonnen werden. Der durchschnittliche Follow-Up Zeitraum betrug 61,99 ± 5,49 Monate (Gruppe „PTCA“ 61,7 ± 5,62 Monate; Gruppe „Stent“ 62,26 ± 5,34 Monate). Insgesamt erreichten 59 Patienten (54,1%) im Langzeitverlauf einen primären Endpunkt, davon 35 (64,8%) aus der Gruppe „PTCA“ und 24 (43,6%) aus der Gruppe „Stent“ (p<0,05). Dieser signifikante Unterschied resultierte aus einer deutlich höheren Zahl an Restenosen >50% und Reokklusionen in der nur mittels Ballondilatation behandelten Patientengruppe (59,3% vs. 38,2%; p<0,05) und der damit verbundenen häufigeren Notwendigkeit einer erneuten PTCA (Gruppe „PTCA“ 57,4% vs. Gruppe „Stent“ 34,5%; p<0,05). Bezüglich der weiteren definierten Endpunkte zeigten sich keine signifikanten Unterschiede. Im zeitlichen Verlauf stellten die ersten 12 Monate nach Rekanalisation die kritischste Phase dar. Hier entstand bereits der signifikante Vorteil der Stentimplantation, der im weiteren Verlauf konstant bleibt. Die Stentimplantation verhinderte also Rezidivstenosen und führte nicht nur zu einer Verzögerung der Restenose. Schlussfolgerung: Der signifikante Vorteil einer zusätzlichen Stentimplantation nach Rekanalisation chronischer Koronarverschlüsse hinsichtlich Restenose- und Reokklusionsrate bleibt im Vergleich zur alleinigen Ballondilatation auch im Langzeitverlauf von über 5 Jahren bestehen.
One of the most important tasks in chemistry and especially in structural biology has always been the elucidation of three-dimensional molecular structures - either of small molecules or large biopolymers. Among the (bio)physical methods to acquire structural data at atomic resolution electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy is the most valuable technique for obtaining structural information about many different kinds of paramagnetic species. In biological systems, either paramagnetic metal ions/clusters, transient paramagnetic intermediates in electron transfer processes or artificially attached stable spin labels can be found. The usual approach to interpret EPR spectra is to perform simulations based on the so-called spin Hamiltonian (SH). This means that the well-defined numerical parameters (tensors) in the SH representing different types of interaction are obtained by fitting the experimental data. The SH parameters include electronic g-values, hyperfine coupling (HFC) and quadrupole coupling (&C) constants, zero-field splittings and constants to describe exchange and dipolar interactions between electron spin systems. However, since the SH only contains spin degrees of freedom, a direct translation of the SH EPR parameters into structural information is not straightforward. Therefore, methods to predict such SH interaction parameters starting from molecular structures are required. In this thesis it was investigated whether quantum chemical calculations of EPR parameters based on density functional theory (DFT) methods may be employed to overcome these problems thus enabling a correlation of experimental EPR data with molecular structure. It was the central goal of this work to point out the potential of a fruitful interplay between quantum chemistry and experiment and to study how both can benefit from each other. For this purpose DFT methods were applied to a variety of organic radical or transition metal systems to calculate different EPR parameters. Using the 'broken symmetry' formalism it was possible to compute the exchange coupling constant for a nitroxide biradical and furthermore decompose the exchange mechanism in different through-bond and through-space interactions. Spin density distributions, 14N and 1H HFC constants as well as dipole moments and polarizabilities were computed for a number of aromatic nitroxides to examine their properties and select promising candidates which may serve as DNA-intercalating spin labels. Systematic investigations of the influence of hydrogen bond geometry on the 14N QC parameters for imidazole-water and methylimidazole-benzosemiquinone complexes lead to the conclusion that especially the imidazole amino nitrogen &C parameters are very sensitive probes of the bond geometry, in particular of the hydrogen bond length. The results of this study may be applied to biological systems, e.g. to gain structural information about quinone binding sites. Moreover, quantum chemical methods were applied to elucidate the structure of a nitrogen-centered radical intermediate in the inhibition process of ribonucleotide reductase (RNR). It was possible to find a molecular structure in accordance with all experimentally available data, thus revealing the longsought structure of the No radical and providing evidence for the trapping of a 3'-ketonucleotide in the reduction process catalyzed by RNR. To test the capability of modern DFT methods to predict g- and molybdenum HFC tensors for MoV complexes, validation studies were carried out. Comparison of computed EPR parameters of a number of MoV compounds with corresponding experimental values showed that g- and HFC tensors could be predicted in good accuracy, although some systematic errors of the computational methods have to be considered for such heavy 4d1 transition meta1 systems. Furthermore, DFT calculations on a Mn2+ binding site model of the hammerhead ribozyme allowed to conclude that the structure of the binding site as studied by EPR spectroscopy in frozen solution is very likely to be identical to the site found occupied by Mn2+ in crystals. Finally, computational methods were employed to aid in the structural characterization of the Mn2+ binding site in Ras (rat sarcoma protein) by providing accurate starting parameters for spectral simulations and furthermore helping to interpret the experimental data. In conclusion, it was demonstrated in this thesis that the combination of sophisticated experimental and quantum chemical methods represents a powerful approach in the field of EPR spectroscopy and that it may be essential to employ EPR parameter computations to extract the full information content from EPR spectra. Therefore, great potential lies in future applications of DFT methods to the large number of systems where detailed and reliable experimental data is available but where an unequivocal correlation of these data with structural information is still lacking.
HELEX Septal Occluder for transcatheter closure of patent foramen ovale : multicenter experience
(2006)
Aims Patients with cryptogenic embolic events and a patent foramen ovale (PFO) are at risk of paradoxical embolism causing recurrent cerebral events; however, transcatheter PFO closure remains controversial. The aim of this multicenter trial was to demonstrate the feasibility and safety of transcatheter closure of PFO with the HELEX Septal Occluder. Methods and results The study enrolled 128 patients (66 female; mean age, 50 years). Mean (± SD) PFO size was 10±3.7 mm; 38 patients also had an atrial septal aneurysm. Device implantation was successful in 127 patients. Device-related events during implantation or follow-up were device embolisation, wire-frame fracture, and retrieval cord breaks (two cases each; no sequelae). Other adverse events included atrial arrhythmia (two patients), migraine, convulsion, and transient ischaemic attack (one case each). There were no recurrent strokes, deaths, perforations, or accumulations of thrombi on the device. Within a mean follow-up period of 21±11 months, complete PFO closure using one device was achieved in 114 patients (90%). Five patients with a moderate to large residual shunt received a second device. Conclusion The HELEX Occluder can be used for PFO closure. Device- and procedure-related complications are rare. The closure procedure appears to reduce recurrence rates of stroke and transient ischaemic attack.
Die Zielsetzung der Arbeit bestand darin, den Einfluss verschiedener Faktoren auf die Positionierung der Hüftpfanne in der Endoprothetik zu untersuchen und darzustellen. Anhand der ermittelten Daten wurde geprüft, inwieweit sich Dislokationen, die sich innerhalb oder außerhalb einer festgelegten Sicherheitszone der Pfannenpositionierung befanden, hinsichtlich ihrer Häufigkeit voneinander unterschieden. Weiterhin wurde geprüft, ob die Positionierung der Prothese abhängig ist vom Body Mass Index (BMI) des Patienten, der präoperativen Überdachung des Pfannendaches, dem Operateur und der Verwendung minimal invasiver Technik. Zu diesem Zweck wurden 500 aufeinander folgende Hüfttotalendoprotheseoperationen untersucht, von denen 400 mit dem üblichen vorderen Operationszugang und 100 mit dem minimal invasiven Zugang durchgeführt wurden. In der Gruppe der Hüftpfannenposition außerhalb der festgelegten Sicherheitszone von Inklination und Anteversion wurde keine vermehrte Anzahl an Dislokationen festgestellt. Die Pfannenpositionierung zeigte sich abhängig von der präoperativen Überdachung des Pfannendaches, dem Operateur und der minimal invasiven Technik. Eine Einflussnahme des BMI wurde nicht nachgewiesen. Die Variabilität der Hüftpfannenplatzierung war größer als erwartet und dabei nicht einem bestimmten Operateur zuzuordnen, sondern dem gesamten Kollektiv erfahrener Operateure. Diese Ergebnisse lassen es wünschenswert erscheinen, durch eine Verbesserung der chirurgischen Technik und der Operationsbedingungen konstantere Ergebnisse in der Platzierung der Hüftpfannen zu erzielen.
Ziel der Untersuchungen ist die Klärung der Frage, ob die Inhalation von LPS eine lokale und systemische Inflammation induziert und wenn dies der Fall ist, wie diese Inflammation nachgewiesen werden kann. Insbesondere soll dabei – im Hinblick auf die Ausführungen in der Einleitung – die Frage beantwortet werden, ob eine LPS-Inhalation zu einer signifikant erhöhten NO-Konzentration in der Ausatemluft führt und deren Messung im klinischen Bereich als einfache, aber sichere Methode zum Nachweis einer Inflammation verwendet werden kann. Zur Klärung dieser Fragestellungen wurden insgesamt 30 gesunde junge Erwachsene in die Studie eingeschlossen (10 Männer, 20 Frauen, mittleres Alter 27,7 ± 4,20 Jahren) und wurden mittels LPS provoziert, um einen lokalen Entzündungsreiz zu setzen. Die Dosen des inhalierten LPS wurden alle 30 Minuten gesteigert (2,5 Mikrogramm, 10,5 Mikrogramm, 42 Mikrogramm and 45 Mikrogramm LPS) bis zu einer kumulativen Höchstdosis von 100 Mikrogramm. Im Verlauf der Untersuchung während und nach der LPS-Provokation reagierten 1/3 (10 von 30) aller Probanden mit subjektiven Beschwerden. Drei Probanden klagten über Husten und Brustschmerzen, drei über bronchiale Obstruktion und die restlichen vier über ein Schwächegefühl und Schüttelfrost. Es fanden sich zudem signifikant (p<0,05) erhöhte Temperaturwerte (Median 8h = 36,78 °C vs. Median 0h = 36,17 °C). Als weiteres Zeichen der Entzündung zeigten sich im Labor signifikant erhöhte Leukozyten (Median 24h = 6,22/nl (Range 3,97 – 10,60) vs. Median 0h = 4,93/nl (Range 2,91 – 7,72)), neutrophile Granulozyten (Median 24h = 3,75/nl (Range 1,9 – 7,3) vs. Median 0h = 2,6/nl (Range 1,2 – 5,1)) und CRP Werte (Median 24h = 0,8 mg/dl (Range 0,1 – 3,2) vs. Median 0h = 0,1mg/dl (Range 0,1 – 0,5)). Signifikant ist der Anstieg der LBP Konzentration (Median 24h = 13,05 Mikrogramm/ml (Range 4,6 – 30,4) vs. Median 0h = 5,95 Mikrogramm/ml (Range 2,6 – 12,6)). Obwohl es einen Anstieg der Konzentration der eosinophile Granulozyten gab (Median 24 h = 0,15/nl (Range 0,04 – 0,77) vs. Median 0 h = 0,13/nl (Range 0,05 – 0,43), konnte die Signifikanz in diesem Fall nicht nachgewiesen werden. Die NO-Messungen ergaben als Basis einen NO (Median 24 h = 12,2 ppb (Range 5,7 – 29,5) vs. Median 0 h = 11,00 ppb (Range 5,8 - 26,4 ppb). Somit konnte nach Inhalation mit LPS kein signifikanter Anstieg der Konzentration des exhalierten NO festgestellt werden. Zwar bestätigte sich die Annahme, dass aus einem lokalen Entzündungsreiz eine systemische Inflammation resultiert, die durch die verschiedenen Entzündungsparameter eindeutig nachgewiesen werden konnte. Auch der Nachweis des kausalen Zusammenhangs zwischen dieser systemischen Inflammation und der LPS-Provokation konnte geführt werden. Im Gegensatz dazu konnte im Rahmen dieser Studie nicht gezeigt werden, dass die Inflammation auf einfache Weise zu einer Erhöhung der NO-Konzentration führt.
Die demographische Entwicklung beeinflusst sowohl die Anzahl als auch den Typ von Patienten in Zahnarztpraxen: in naher Zukunft wird vor allem der Anteil von alten und sehr alten Patienten zunehmen, die aktiv um eine Verbesserung des aufgrund ihrer atrophierten Alveolarkämme insuffizienten Prothesenhalts nachfragen und hierzu neben ihrer Restbezahnung vor allem die Nutzung von Implantaten wünschen. Ziel Das Ziel dieser prospektiven klinischen Studie ist die Evaluation des Langzeitverhaltens von implantatgestützten Deckprothesen, die mit einem innovativen Konuskronensystems namens SynCone® (Dentsply, Friadent, Germany) verankert sind. Das Alleinstellungsmerkmal dieses Haltelements ist eine präfabrizierte Patrize und Matrize. Material und Methode An dieser Studie nahmen 23 Patienten (15 m, 83 w, ~ Alter: 61,6 Jahre +- 12.9 SD) teil. Nach 3 drop-outs konnten 21 Deckprothesen (9 Unterkiefer, 12 Oberkiefer, gestützt auf insgesamt 91 Ankylos®-lmplantaten und 6 Zähnen) während einer 36-monatigen Funktionsperiode regelmäßig evaluiert werden. Die im Unterkiefer inserierten Implantate wurden nach einer dreimonatigen, die im Oberkiefer nach einer fünfmonatigen Einheilungszeit belastet. Die gemeinsame Einschubrichtung der konischen Patrizen ist einfach durch ein uneingeschränktes Drehen eines abgewinkelten Abutments (SynCone®-Abutmen) zu erzielen, das zum Implantat eine Index freie Verbindung aufweist. Die erforderliche, sichere Rotationsblockierung eines in Einschubrichtung ausgerichteten SynCone®-Abutments wird durch eine hohe Haftreibung erzielt, die beim Festschrauben des Abutments zwischen den Fügeflächen der internen Implantat-Abutment Konusverbindung entsteht. Die präfabrizierten Matrizen (SynCone®-Kappen) werden gleichzeitig und intraoral mit einem selbst härtenden Kunststoff in das Prothesengerüst aus CoCrMo eingeklebt. Folgende klinische Parameter wurden während der Nachuntersuchungen erhoben: Haftung, Passung und erforderlicher Nachsorgeaufwand der Deckprothesen; Osseointegration der Implantate (Periotest®) und der Zustand des periimplantären Weichgewebes (Periotron®). Zudem wurde von den Studienteilnehmern bei jedem Untersuchungstermin ein Fragebogen ausgefüllt. Die statistische Auswertung erfolgte mit der Software STATISTICA (StatSoft, Inc., Tulsa, USA). Ergebnisse Ein Implantat im Unterkiefer ging nach 25 Monaten verloren (Überlebensrate: 98,91 %). Die Periotest®Werte verbesserten sich statistisch signifikant (Tukey test, pc 0.05) zwischen dem Einsetzdatum der neuen Prothese und aller darauf folgenden Nachkontrollen. Das Weichgewebe verbesserte seinen Zustand anhand der Periotron® Werte signifikant zwischen dem Einsetzdatum und nach 36 Monaten (Tukey Test, p<0.05). Druckstellen traten während der 36-monatigen Beobachtungszeit ausschließlich initial bei drei (3) Patienten auf, eine Unterfüttung war bei keinem Patienten erforderlich. Bei zwei (2) Patienten wurde eine zu hohe Haftkraft der Oberkieferprothese auf 6 lmplantaten festgestellt, bei zwei (2) Patienten war die Haftkraft der Unterkieferprothese auf 2 lmplantaten zu gering. Nach 3 Jahren traten weder technische Misserfolge bei den lmplantaten noch Folgebehandlungen der Pfeilerzähne auf. Die Auswertung der Fragebögen zeigte einen signifikanten Unterschied (Wilcoxon-Test) zwischen der alten und neuen Prothese bezüglich der allgemeinen Zufriedenheit, der Passgenauigkeit, der Haftkraft, des Trage- und des Kaukomforts. Die Hygienefähigkeit wurde nicht unterschiedlich bewertet. Die Herstellungszeit einer auf 4 SynCone® Abutments verankerten Prothese konnte in 12 befragten zahntechnischen Labors im Vergleich zu Prothesen mit individuell gefertigten, gegossenen Konuskronen auf durchschnittlich 52.82% reduziert werden. Diskussion Die Ergebnisse dieser prospektiven klinischen Studie zeigen, dass auf präfabrizierte Konuskronen des SynCone® Systems verankerte Deckprothesen eine vergleichbare Performance als festsitzender Zahnersatz aufweisen: es treten zwei Wochen nach Eingliederung keine Druckstellen mehr auf, die Prothesen sind frei von Mikrobewegungen, bestätigt durch die Patienten als „fester Zahnersatz". Zudem wirkt die posteriore Extension der Prothese über den Freiendsattel als weitspanniger Freiendpontik einer festsitzenden Konstruktion. Das Ausbleiben von technischen Implantatversagen augrund einer Überbelastung beweist zudem eine mikrobewegungsfreie Verankerung der Prothese. Diese Art der steifen, rein implantatgestützten Verankerung kann durch die Verwendung von Konusverbindungen (Doppelkronen-Prinzip) erzielt werden, deren Matrizen mit einem exakt passenden Metallgerüst verbunden sind. Die klinische Realisation eines passiv und stabil sitzenden Prothesengerüsts wird sowohl durch die präfabrizierten Komponenten als auch durch die angewandte intraorale Verklebungstechnik leicht reproduzierbar und damit vorhersagbar. Zusätzlich kann etwa die Hälfte der Arbeitszeit eines Zahntechnikers eingespart und dadurch eine erhebliche Reduktion der Therapiekosten erzielt werden. Jedoch ist eine symmetrische Topographie der lmplantate und gegebenenfalls der integrierten Pfeilerzähne erforderlich. Zwei interforaminal platzierte lmplantate sind nur bei einer Totalprothese im Oberkiefer indiziert, um eine Überbelastung der lmplantate zu vermeiden. Die Ergebnisse dieser prospektiven klinischen Studie zeigen außerdem, dass die bereits bekannten Vorteile von individuell gefertigten Konuskronen wie die Integration der Restbezahnung, die einfache Hygiene und Handhabung, der exzellente Trage- und Kaukomfort und die einfache Modifikation der Prothese im Falle eines Pfeilerverlustes, ohne Einschränkungen auf die klinischen Resultate von SynCone-verankerten Deckprothesen übertragen werden. Schlussfolgerung Das SynCone® System ermöglicht eine effiziente Herstellung von implantatverankerten Prothesen mit leichtem Hygiene-Zugang der lmplantate und mit einer optimalen Passgenauigkeit. Deshalb erzielt diese Art von herausnehmbarem Zahnersatz einen hohen, reproduzierbaren Grad an Qualität und bietet den beteiligten Gewebestrukturen und dem Patienten die Vorteile einer festsitzenden Brücke. Jedoch sind geringfügige Veränderungen an dem präfabrizierten Halteelement erforderlich um eine zufrieden stellende Retention auch bei nur zwei Implantaten zu erzielen.
Die Kombination eines niedrig dosierten Lokalanästhetikums mit dem Opioid Sufentanil zur Patientinnen kontrollierten Epiduralanalgesie (PCEA) gewährleistet eine exzellente geburtshilfliche Schmerztherapie. Bislang konnte die minimale Sufentanilkonzentration in Kombination mit Ropivacain, die eine effektive Analgesie zur schmerzarmen Geburt in Form einer PCEA gewährleistet, nicht bestimmt werden. Verglichen wurden drei verschiedene Sufentanildosierungen im Bezug auf ihre analgetische Wirksamkeit zur schmerzarmen Geburt. Zusätzlich wurden erstmals die maternalen und neonatalen Plasmakonzentrationen für Sufentanil kombiniert verabreicht mit Ropivacain nach PCEA zur schmerzarmen Geburt bestimmt. Nach institutioneller Ethikkommissionsgenehmigung und schriftlicher Aufklärung sowie Einverständniserklärung wurden 74 Patientinnen, (ASA I und II, Einlingsschwangerschaft, Hinterhauptslage, 30 ± 6 Jahre, 77 ± 12 kg, 167 ± 7 cm, 39 ± 2 SSW) in diese prospektive, randomisierte Doppelblindstudie eingeschlossen. Die Patientinnen erhielten 0,16% Ropivacain in Kombination mit 0,25 (n = 29), 0,5 (n = 23) oder 0,75 Mikrogramm/mL (n = 22) Sufentanil. 30 Minuten nach Gabe der Volldosis, bestehend aus 16 mg Ropivacain plus 10 Mikrogramm Sufentanil, wurde die PCEA-Pumpe (Basalrate 4 mL/h, Bolus 3 mL, Lockout-Zeit: 15 min, maximal Dosis/h: 16mL) mit den drei unterschiedlichen Sufentanildosierungen gestartet. Bis zu sechs Stunden nach Beginn der PCEA wurde die Gesamtmenge an appliziertem Ropivacain und Sufentanil, die Schmerzintensität der Schwangeren (Visuelle Analog Skala, VAS 0-100 mm), der Anteil der Schwangeren mit breakthrough pain (VAS-Score > 40) und die mütterliche Zufriedenheit mit dem Verfahren bestimmt. Nach der Abnabelung des Neugeborenen wurde 5 mL maternales Blut aus der Venenverweilkanüle und 5 mL Blut aus der Nabelschnurarterie des Kindes entnommen. Das Plasma wurde durch Zentrifugation separiert und bis zur Analyse bei –40 °C asserviert. Die Sufentanilplasmaspiegelbestimmung erfolgte mit Hilfe einer Flüssigkeitschromatographie, kombiniert mit Elektrospray-Ionisierung-Tandem-Massenspektrometrie (LC-ESI-MS/MS) und deuteriertem Sufentanil, [2H5]-Sufentanil, als internem Standard. Die untere Nachweisgrenze der neuen Bestimmungsmethode liegt bei 0,25 pg/mL (12,5 fg on column) und ist damit deutlich empfindlicher als bei bisherigen Nachweisverfahren (Schmidt 2006, Martens-Lobenhoffer 2002 und Loftus 1995). Es gab zwischen den drei Gruppen keine Unterschiede in den demographischen Daten, bei der Geburtsdauer und der Gesamtmenge an verabreichten Ropivacain. Im Bezug auf die angeforderten und applizierten Boli pro Stunde gab es zwischen den drei Gruppen keine statistisch signifikanten Unterschiede. Zu keinem Zeitpunkt gab es einen statistisch signifikanten Unterschied bezüglich der Schmerzintensität der Schwangeren (VAS-Score), der Inzidenz an breakthrough pain und der mütterlichen Zufriedenheit. Dosisabhängig bestand zwischen den drei Gruppen ein statistisch signifikanter Unterschied sowohl im Bezug auf die applizierte Sufentanilmenge (p < 0,001), als auch bei den maternalen und neonatalen Sufentanilplasmakonzentrationen (p < 0,001) zum Zeitpunkt der Geburt. Für die Gruppe mit der niedrigsten Sufentanilkonzentration ließ sich eine niedrigere Sectiorate als erwartet nachweisen (s. Tab. 15). .... Tabelle 15: Angaben in der jeweiligen Einheit, als Median und Inter-Quartil-range. PCEA = Patientinnen kontrollierte epidurale Analgesie, min = Minuten und VAS = Visuelle Analog-Skala. Die drei Sufentanildosierungen (0,25, 0,5 und 0,75 Mikrogramm/mL) bewirken eine vergleichbar gute Analgesie und exzellente Patientinnenzufriedenheit. Auf Grund dieser Untersuchungsergebnisse kann die Kombination von 0,25 Mikrogramm/mL Sufentanil mit Ropivacain 0,16%, als PCEA zur schmerzarmen Geburt verabreicht, empfohlen werden. Auch bei prolongiertem Geburtsverlauf (> 6 h PCEA) kann das Dosislimit in der Produktinformation von 30 Mikrogramm Sufentanil sicher eingehalten werden. Die maternalen und neonatalen Sufentanilplasmakonzentrationen liegen, selbst bei längerem Geburtsverlauf mit überschreiten des oberen Dosislimits, im niedrigen Picogrammbereich und damit niedriger als bei bisher publizierten Daten (Brodner 2000, Loftus 1995 und Cohen 1996). Ob die epidural verabreichte Sufentanildosierung einen Einfluss auf den Entbindungsmodus ausübt, können nur Studien mit variabler Opioidkonzentration und deutlich höherer Fallzahl klären.
Der Rückenschmerz ist eines der am häufigsten geklagten Symptome in der allgemeinmedizinischen und orthopädischen Praxis. Studien zeigen, dass ca. 60% aller Rentenanträge aufgrund von Rückenschmerzen gestellt werden und ca. 20% der Frührenten werden wegen dieser Beschwerden auch gewährt. Damit stellt der Rückenschmerz nicht nur ein medizinisches, sondern auch ein volkswirtschaftliches Problem dar. Somit kommt der Therapie und Vorbeugung von degenerativen Wirbelsäulenerkrankungen eine besondere Bedeutung zu. Die Anwendung von Wärme spielt in dieser Therapie schon lange eine wichtige Rolle. Das vielfältige Wirkprinzip beruht dabei auf einer Erhöhung der Durchblutung und durch die Hyperämie verursachte Steigerung der Stoffwechselaktivität. Durch diese Effekte kommt es direkt relaxierend und durch Erregung der Thermorezeptoren sekundär zu einer Tonusminderung der Skelettmuskulatur. Zudem wird eine Steigerung der Abwehrleistung diskutiert. Das Neue an der wassergefilterten Infrarot-A-Strahlung ist, dass es sich hierbei um eine trockene Wärmeanwendung mit guter Tiefenwirkung und dabei sehr geringer thermischer Oberflächenbelastung handelt. Dies wird erreicht durch die Verwendung eines geeigneten Wasserfilters, welcher die oberflächenerhitzenden Spektralanteile des Infrarot-B und Infrarot-C herausfiltert und so nur die tiefer in das Gewebe eindringende Infrarot-A-Strahlung genutzt werden kann. Um die therapeutische Wirksamkeit dieses Phänomens in der Behandlung der degenerativen Wirbelsäulenerkrankungen zu überprüfen wurde die vorliegende Studie konzipiert und durchgeführt. Zudem sollte die Praktikabilität und der therapeutische Nutzen in Vergleich zu den schon routinemäßig eingesetzten adjuvanten Behandlungsmethoden gesetzt werden.
Die radikale Zystektomie in Kombination mit einer pelvinen Lymphadenektomie gehört zur Standardtherapie in der Behandlung des muskelinvasiven Harnblasenkarzinoms. Der Stellenwert der pelvinen Lymphadenektomie liegt nicht nur als Staging-Maßnahme vor, sondern erfolgt auch unter onkologischen Aspekten zur Verbesserung der lokoregionären Tumorkontrolle. Ob der Patient von der zeitaufwendigen und eventuell auch morbiditäsreichen extensiven Lymphknotendissektion profitiert, versuchen einige retrospektive Analysen zu beantworten. Seit den frühen achtziger Jahren, als Skinner berichtete, dass durch die pelvine Lymphadenektomie Patienten mit Lymphknotenmetastasen möglicherweise geheilt werden können, wird der therapeutische Nutzen der Lymphadenektomie im Rahmen der radikalen Zystektomie beim muskelinvasiven Urothelkarzinom der Harnblase kontrovers diskutiert. Es gibt Hinweise in der Literatur, dass Patienten von der pelvinen Lymphadenektomie profitieren, wenn der Lymphknotenbefall minimal ist und der Blasentumor die Organgrenzen noch nicht überschritten hat. Der tatsächliche Nutzen der Lymphknotenentfernung ist jedoch weiterhin umstritten. Bislang ist unklar, ob durch die Lymphadenektomie das Überleben von Patienten mit positiven Lymphknoten verlängert werden kann und ob eine erweiterte Lymphadenektomie die Ergebnisse verbessert. Es existieren bislang jedenfalls keine überzeugenden Daten, die beweisen , dass die systemische Ausbreitung eines malignen Tumorleidens tatsächlich mit einer lokalen Therapiemaßnahme kurativ behandelt werden kann. Der Stellenwert der Lymphadenektomie beim muskelinvasiven Harnblasenkarzinom ist noch lange nicht geklärt. Angefangen von der Durchführung, Ausdehnung, Verteilung bis zur Auswertung und die daraus resultierenden Konsequenzen, sind bis heute noch nicht standartisiert. Diese Faktoren spielen jedoch eine wesentliche Rolle zur Verbesserung der Behandlungsergebnisse beim lymphogen metastasierten Harnblasenkarzinom. In der folgenden retrospektiven Analyse haben wir anhand unseres Krankengutes das Überleben lymphknotenpositiver Patienten nach radikaler Zystektomie untersucht und in Subgruppen klassifiziert sowie miteinander verglichen. Die Lymphknotendichte als Prognosefaktoren für das fortgeschrittene Harnblasenkarzinom sollte daraus evaluiert werden.
Von Juni 1990 bis Februar 1991 wurde bei 9 Patienten eine immunszintigraphische Untersuchung mit dem Technetium-99m markierten, intakten, murinen, monoklonalen Anti-CEA-Antikörper BW 431/26 (Behring-Werke, Marburg) im Rahmen einer Phase-I-III-Studie durchgeführt. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, daß die Immunszintigraphie potentiell ein diagnostisch leistungsfähiges Verfahren ist, dem als Prinzip eine bildgebende Darstellung der spezifischen Interaktion radioaktiv markierter, monoklonaler Antikörper mit tumorzellständigen Antigenen zugrunde liegt (Baum 1989). Nach Dokumentation der Anamnese, der Ergebnisse anderer bildgebender Verfahren - und soweit erfolgt - von Operationsbefunden und Histologie, erfolgte eine Auswertung der Kinetik des Tc-99m markierten Antikörpers im Blut sowie eine Ganzkörperuntersuchung, getrennt nach anatomischen Regionen und Organen sowie einzelnen Tumorlokalisationen, wozu die Immunszintigraphie auch mit anderen bildgebenden Verfahren (Sonographie, CT, Endoskopie, Röntgen, Szintigraphie) verglichen wurde. Mögliche Indikationen zur Immunszintigraphie mit dem monoklonalen Antikörper BW 431/26 sind demnach: • Staging des Blasenkarzinoms zum Ausschluß extravesikaler Tumormanifestationen • Primärtumorsuche von unbekannten, CEA-exprimierenden Primärtumoren, die konventionell nicht auffindbar/darstellbar sind • Diagnostik von Lebermetastasen • Diagnostik von Lokalrezidiven bei vesikalen und rektosigmoidalen Karzinomen • Diagnostik von Lymphknotenmetastasen abdominell und thorakal • Diagnostik von extrahepatischen Läsionen bei Patienten mit bekannter Lebermetastasierung. Die kinetischen Eigenschaften des Tc-99m markierten monoklonalen Anti-CEAAntikörpers BW431/26, seine Verteilung und Anreicherung in den verschiedenen Organen und in CEA-exprimierenden Tumoren, die gute Verträglichkeit bei insgesamt geringer Strahlenbelastung, lassen die Immunszintigraphie als geeignet zum patientengerechten Staging von CEA-exprimierenden Tumoren erscheinen. Dieses Verfahren ermöglicht als Ganzkörperuntersuchung auch eine gute Übersicht über das Tumorgeschehen. Um allerdings wiederholte Untersuchungen im Rahmen der Nachsorge durchführen zu können, wird künftig die klinische Erforschung humaner Antimaus-Antikörper-Reaktionen und deren immunologischen Verhaltens nach erneuter Applikation des murinen Antikörpers erforderlich sein.
Zirkumferente freiliegende Wurzeloberflächen (faziale, orale und approximale Rezessionen), die als Folge von Parodontitis anzusehen sind, sind nicht vollständig oder vorhersagbar durch Verfahren der chirurgischen Wurzeldeckung zu behandeln und stellen immer noch ein ungelöstes Problem der klinischen Parodontologie dar. Für die Therapie fazialer Rezessionen existiert eine Vielzahl von Verfahren, für die erfolgreiche und vollständige Wurzeldeckungen belegt sind: z.B. koronal- und lateralverschobener Lappen, freie Gingivatransplantation, freies Bindegewebstransplantat (BGT), gesteuerte Geweberegeneration (GTR) mit nicht resorbierbaren und resorbierbaren Membranen. Desweiteren existiert eine große Anzahl an unterschiedlichen Variationen der einzelnen Techniken. Das BGT gilt als klinisch erfolgreichstes Verfahren zur Deckung freiliegender Wurzeloberflächen. Das BGT nach der Envelope-Technik, zeichnet sich durch eine adäquate frühe Heilung, eine gut vorhersagbare Wurzeldeckung und das Vermeiden von Inzisions- und Naht-Narben aus. Ziel dieser retrospektiven Studie war es die klinischen Langzeitergebnisse der Envelope-Technik bei BGT sowie Patienten-bezogene ästhetische Parameter zu untersuchen. Insgesamt wurden 39 Zähne, bei 20 Patienten (10 Frauen), in einem Alter von 22 bis 57 Jahren (37,8 ± 11,5), mit einem BGT therapiert. Dieses wurde aus dem Gaumen entnommen und nach der Envelope-Technik transplantiert. Die Operationen, sowie die Eingangsuntersuchungen wurden von zwei Behandlern durchgeführt, während die Nachuntersuchungen von einer dritten unabhängigen Person vorgenommen wurden. Präoperativ und zum Zeitpunkt der Nachuntersuchung wurden folgende Parameter bestimmt: Sondierungstiefe, Rezessionstiefe, Breite der keratinisierten Gingiva und die Miller-Klasse. Faktoren, die einen Einfluss auf die Wurzeldeckung hatten, wurden mittels Multilevel-Regressionsanalysen identifiziert. Alle Patienten wurden , zu den Ergebnissen der BGT-Operation befragt. Die Nachuntersuchungen erfolgten 6 - 22 (11,4 ± 5,4) Jahre postoperativ. Die präoperative Rezessionstiefe lag bei 3,1 ± 1,3 mm (1– 6 mm). Von 39 Rezessionsdefekten lagen 32 im Oberkiefer. Die klinische Reevaluation der Langzeitergebnisse zeigte eine mittlere Wurzeldeckung von 89,7 ± 25,1%. Bei 32 von 39 Defekten (82%) wurde eine vollständige Wurzeldeckung erreicht. Die Rezessionstiefen verringerten sich statistisch signifikant um 2,7 ± 1,2 mm (p < 0,001) und lagen postoperativ bei 0,4±0,9 mm. Die durchschnittliche präoperative Breite der keratinisierten Gingiva lag bei 1,4 ± 1,5 mm (1 - 5 mm). Diese hatte sich statistisch signifikant um 4.7 ± 2.3 mm (p < 0,001) reduziert und lag dann postoperativ bei 6,1 ± 1,8 mm. Höhere präoperative Millerklassen wirkten sich negativ auf die Prognose zur relativen und vollständigen Wurzeldeckung aus (p < 0,005). Die präoperative Rezessionstiefe hat einen negativen Einfluss (p = 0,019), die Lokalisation an Eckzähnen hingegen einen positiven Einfluss (p = 0,064) auf die relative Wurzeldeckung in Prozent. Alle Patienten beurteilten die postoperative ästhetische Situation an dem jeweiligen Zahn als stark verbessert. Es lässt sich weiterhin - unter Limitation der vorliegenden Studie - schlussfolgern, dass die Verwendung von Bindegewebstransplantaten nach der Envelope-Technik zur chirurgischen Wurzeldeckung in einer langfristig stabilen Wurzeldeckung resultiert. Die Lokalisation an Eckzähnen ist mit einer guten Prognose für eine langfristig stabile Wurzeldeckung assoziert, wohingegen höhere Miller-Klassen und höhere präoperative Rezessionstiefen mit einer schlechteren Prognose verbunden sind. Insgesamt sind die Patienten mit der Operationstechnik und ihrem Ergebnis sehr zufrieden.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es ein in vitro Modell mit verschiedenen Zellkulturen zunächst zu erschaffen, anhand dessen man pathologische Erkenntnisse für die anschließende Untersuchung von Blutkomponenten von herzchirurgischen Patienten, die mit Hilfe der Herz-Lungen-Maschine [HLM] operiert wurden, gewinnen wollte. Die dabei anschließend untersuchten Blutkomponenten der Patienten waren neutrophile Granulozyten [PMN], die für endotheliale Dysfunktionen und damit Störungen der interzellulären Kontakte an der Blut-Hirn-Schranke [BHS] verantwortlich gemacht werden. Für die Untersuchungen wurden ausschließlich Western Blots verwendet mit deren Hilfe man die Änderungen der Expression der einzelnen Zell-Zell-Proteine nachgewiesen hat. Als Modelle für die interzellulären Kontakte dienten Zellkulturmodelle, an denen die jeweils dominierenden Kontakttypen untersucht wurden.
Am Modell der „Adherens Junction“ [AJ] mit humanen umbilikalvenösen Zellen [HUVEC] stellte sich heraus, dass eine Stimulation dieser Zellen mit TNF-α und eine anschließende Kokultivierung mit agonistischen CD29 AK stimulierten polymorphkernigen Granulozyten [PMN] zu einer Veränderung, im Sinne einer reduzierten Expression, von AJ und „Tight Junction“ [TJ] Molekülen führte. Dabei ist bekannt, dass β1 –Integrin [CD29] abhängige Mechanismen bei von herzchirurgischen Patienten stammenden PMN im Rahmen von Transmigrationsvorgängen eine Rolle spielen und durch einen CD29-inhibierenden Antikörper blockierbar sind.
Eine Kombination von TNF-α und agonistischen CD29 Antikörper zusammen beeinflußt die Barrierefunktion mehr als die Einzelsubstanzen.
Außerdem wurde der Natrium-Protonen-Austauscher Hemmer Cariporid [HOE642] mit seinen aus in vivo bekannten Zell-Zell-Kontakt-stabilisierenden Effekt untersucht. Hierbei wurden CACO-2 Zellen benutzt, die besonders stark TJ exprimieren. Es zeigte sich, dass dieser Stoff im Stande ist, die TJ bei paralleler Anwendung von PMA, einem Endothelschranken Modulierer, zu stabilisieren. In einer unabhängigen Studie sah man ebenfalls, dass die S100-B Werte im Blut durch diese Substanz gesenkt wird. Eine andere Zelllinie wurde allerdings nicht untersucht.
Versuche mit Stimuli zeigten, dass PMA vorstimulierte MVEZ in Kokultur mit unbehandelten PMN von gesunden Probanden fähig sind, AJ Proteine in ihrer Verteilung zu modulieren. Das gleiche Ergebnis konnte auch bei mit niedriger Konzentration (1U /ml) TNF-α stimulierte MVEZ mit unbehandelten PMN von gesunden Probanden für AJ und TJ Proteine gezeigt werden.
Bei Stimulation der MVEZ mit TNF-α und Stimulation der PMN mit PMA kam es zu Änderungen an beiden Zell-Zell-Kontakt Typen, wobei eine zeitkinetische Komponente relevant zu sein scheint.
Bei Doppelstimulation der Endothelzellen und der Leukozyten mit PMA kam es ohne Signifikanz der Dauer zu einer Minderproduktion der AJ Moleküle β-Catenin und VE-Cadherin.
Zudem ist auch interessant festzustellen, dass mikrovaskuläre Endothelzellen, die mit einer Konzentration TNF-α ab 50U /ml aktiviert werden, ohne weiteren Granulozyteneinfluss bereits modulierende Effekte auf die interzellulären Kontakte erfahren.
Versuche mit Patienten PMN, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Operation abgenommen und mit MVEZ vom Schwein kokultiviert wurden, wiesen Hinweise auf eine funktionelle Beeinträchtigung der Zell-Zell-Kontakte auf.
Hintergrund: Die elektrische Stimulation des Hörnerven durch Cochlea Implantate ist eine mittlerweile weit verbreitete und effiziente Therapiemöglichkeit für Patienten mit profunder sensorineuraler Schwerhörigkeit. Nach entsprechender Adaptationszeit ermöglicht das Cochlea Implantat ein ausreichendes Sprachverständnis in Ruhe. In alltäglichen Situationen, die meist durch das Vorhandensein von Hintergrundgeräuschen gekennzeichnet sind, ist das Sprachverstehen jedoch mangelhaft. Hier liegt die Schwäche von Cochlea Implantaten. Da immer mehr Patienten mit signifikantem Restgehör cochlea-implantiert werden, stellte sich die Frage des Nutzen dieses Restgehörs – welches bei herkömmlichen Implantationen zumeist verloren geht. Die hier vorgestellte Methode der kombinierten elektrisch-akustischen Stimulation kombiniert akustisches Resthörvermögen im Tieffrequenzbereich und Cochlea Implantat auf dem ipsilateralen Ohr. Diese Methode setzt somit einen Erhalt des Resthörvermögens auf dem implantierten Ohr voraus. Ziel dieser Disseration: Das primäre Ziel dieser Dissertation war die Evaluation der Sprachdiskriminationsleistungen von Patienten, die mit der elektrischakustischen Stimulation ipsi- als auch kontralateral versorgt wurden. Außerdem sollten die chirurgischen und audiologischen Daten des Restgehörerhaltes ausgewertet werden. Patienten: Insgesamt wurden an der Frankfurter HNO Universitätsklinik 23 Patienten mit signifikantem Restgehör für die elektrisch-akustische Stimulation implantiert und in die Datenanalyse dieser Dissertation inkludiert. Als Indikationsbereich für die elektrisch-akustische Stimulation war ein Hörverlust von <= 65 dB HL in mindestens zwei Frequenzen im Tieffrequenzbereich (< 1.000 Hz), ein Hörverlust von > 65 dB HL bei 1.000 Hz und >= 75 dB HL in den hohen Frequenzen über 1.000 Hz zu sehen. Das Einsilberverständnis vor der Operation sollte bei <= 45% bei Umgangstonlautstärke liegen. Methodik: Um die Chancen für den Hörerhalt zu erhöhen, wurden limitierte Elektrodeninsertionen mit der Insertionstiefe von nur 360 Grad angestrebt. Der Erhalt von Tieftonrestgehör wurde mittels reintonaudiometrischen Messungen kontrolliert. Das Sprachverständnis der Patienten wurde mittels Freiburger Einsilbertest in Ruhe und mittels des HSM Satztestes ohne und mit Hintergrundrauschen zu verschiedenen Zeitpunkten gemessen. Alle Messungen wurden unter rein akustischen Bedingungen, nur mit Cochlea Implantat und mit der Kombination von elektrischer und akustischer Stimulation (ipsilateral und kontralateral) durchgeführt. Ausgewertet und verglichen wurden die präoperativen Ergebnisse mit den ersten postoperativen Ergebnissen sowie den aktuellsten Messergebnissen. Ergebnisse: Bei 26% der Patienten wurde ein kompletter Erhalt des Restgehörs trotz Implantation erreicht. Partiell konnte bei 65% der Patienten das Restgehör geschont werden. Neun Prozent ertaubten durch die Implantation. Fünf weitere Patienten mit zunächst partiellem Hörerhalt (33,3 %) ertaubten im weiteren zeitlichen Verlauf. Insgesamt zeigte sich in den Sprachverständnistests eine Überlegenheit der simultanen elektrischen und akustischen Stimulation gegenüber der alleinigen elektrischen Stimulation. Dies machte sich vor allem im Störschall bemerkbar. Patienten die durch die Implantation ertaubten oder im zeitlichen Verlauf danach ihr Restgehör verloren, konnten durch das Cochlea Implantat alleine überdurchschnittliche Sprachdiskiminationswerte verzeichnen und diese durch die zusätzliche kontralaterale Hörgeräte-Nutzung nochmals verbessern. Schlussfolgerungen: Insgesamt konnte in dieser Dissertation gezeigt werden, dass der chirurgische Erhalt von Tieftonrestgehör durch die hier angewandte Implantationsmethode gut realisiert werden kann. Alle bimodal versorgte Patienten (ipsilateral und kontralateral) zeigten bezüglich des Sprachverstehens einen deutlichen Benefit von der zusätzlichen akustischen Stimulation. Dieser Benefit machte sich besonders in alltäglichen Hörsituationen mit Hintergrundrauschen bemerkbar. Demnach ist der Erhalt von signifikantem Tieftonrestgehör bei sorgfältig selektieren Patienten immer anzustreben, um durch die simultane ipsilaterale akustische und elektrische Stimulation ein bestmögliches Sprachverständnis zu ermöglichen.
Resistenzen gegen Medikamente sind ein grundlegegendes Problem in der Therapie der HIV-Erkrankung. Durch Kombinationstherapien (Highly Active Antiretroviral Therapy, HAART) und den vermehrten Einsatz von Genotypisierungen wird versucht der Entwicklung von therapieassoziierten Mutationen entgegenzuwirken. Zwischen Januar 1995 und Oktober 2001 wurde in 1403 Patientenproben der Frankfurer HIV-Ambulanz die Genotypisierung der Reversen Transkriptase untersucht und auf therapierelevante Mutationen hin ausgewertet. Die Auswertung der allgemeinen Mutationsprävalenzen zeigt die höchste Prävalenz der während einer Nukleosidanaloga-Therapie vorgefundenen Mutationen im Gesamtkollektiv auf Position 184 (50%) sowie 215 (49%), 41 (42%), 67 (31%) und 210 (30%). Aufgrund der Häufung dieser Mutationen ist von einer deutlich reduzierten Sensitivität gegen mindestens vier wichtige Kombinationswirkstoffe einer HAART (AZT, d4T, 3TC, ABC) auszugehen. Damit entspricht das Frankfurter Kollektiv internationalen Studien (Chantratita et al., 2002; Tanuri et al., 2002). Die mit 20% häufigste NNRTI-Mutation ist K103N. Aufgrund der mit der Mutation assoziierten Gruppenresistenz gegen alle derzeit verfügbaren NNRTIs ist der Einsatz dieser Medikamentenklasse in einer HAART eingeschränkt. Primäre Resistenzen gegen ddI und ddC werden insgesamt selten detektiert. Bezogen auf die einzelnen Kalenderjahre weist die Auswertung der einzelnen Mutationen über die Jahre 1995 bis 2001 hinweg einen deutlicher Rückgang der Mutationen vor allem zwischen 1998 und 2000 auf. Insbesondere konnten Multiresistenzen, vermittelt über entweder L210W+T215Y/F oder M184V+>3TAMs, und beginnende AZT-/d4T-Resistenz, Leitmutation ist T215Y/F, aber auch NNRTI-Resistenz, hauptsächlich hervorgerufen durch K103N, reduziert werden. Hingegen bleibt L210W als späte AZT-/d4T-Mutation von 1995 bis 2001 auf etwa gleichem Niveau. Anhand der NNRTI-Mutationen kann aufgezeigt werden, welchen Einfluss die Zulassung der Medikamente auf die Ausbildung der Mutationen hat. In den letzten Jahren häufen sich Anfragen nach Sequenzierungen bei Low-Level-Patienten (< 1000 Viruskopien/ml). Anhand der Auswertung der 33 Low-Level-Patientenproben lässt sich nachweisen, dass die Qualität von Genotypisierungen im Low-Level-Bereich (< 1000 bis 250 Viruskopien/ml) im Gegensatz zu Herstellerempfehlungen nicht beeinträchtigt ist. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, mit Resistenzen assoziierte Mutationen frühzeitig entdecken und so ein virologisches Versagen bzw. eine weitere Selektion von Mutationen verhindern zu können. Durch Therapiewechsel können Viruslasten (VL) langfristig unter Nachweisgrenzenniveau gesenkt werden, was die Entwicklung von Mutationen erschwert. Die ausgewerteten Low-Level-Patientenverläufe weisen gehäuft zwei Mechanismen der Aufrechterhaltung der niedrigen VL auf. Zum einen kommt es selbst nach langjähriger HAART zur Entwicklung nur der M184V-Mutation, welche die Entwicklung weiterer TAMs verzögert. Bei anderen Patienten vermitteln genotypisch nachgewiesene Multiresistenzen eine Reduktion der viralen Fitness mit Einschränkung der Replikationsfähigkeit.
Obwohl über die totale Thyreoidektomie als Therapie des differenzierten Schilddrüsenkarzinoms in der internationalen Fachliteratur weitgehend Einigkeit herrscht, wird das Ausmaß der Lymphknotendissektion weiterhin sehr kontrovers diskutiert. Die Leitlinien der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie empfehlen die grundsätzliche zentrale Lymphknotendissektion sowie eine zusätzliche laterale oder mediastinale Lymphadenektomie bei klinischem oder makroskopischem Verdacht auf Lymphknotenmetastasen. Diese Empfehlung gilt weitestgehend unabhängig vom histologischen Tumortyp sowie von der Tumorgröße und -ausdehnung. Speziell für das differenzierte Schilddrüsenkarzinom bedeutet dies, dass die Empfehlungen für das papilläre und das follikuläre Malignom sich nicht unterscheiden, obwohl ein unterschiedlicher Metastasierungsweg – das papilläre Karzinom metastasiert vorwiegend lymphogen, während beim follikuären Tumor die hämatogene Metastasierung vorherrscht – seit langem nachgewiesen ist. Die Wertigkeit regionärer Lymphknotenmetastasen und der Lymphadenektomie ist beim differenzierten Schilddrüsenkarzinom im Hinblick auf die Gesamtprognose nicht eindeutig geklärt. In einigen internationalen Studien an großen Patientenkollektiven konnte eine Abhängigkeit der Gesamtprognose von dem Vorhandensein von Lymphknotenmetastasen und auch von der Durchführung einer grundsätzlichen Lymphadenektomie nachgewiesen werden, in anderen Studien ließ sich wiederum kein Einfluss errechnen. Demgegenüber ist jedoch der Einfluss von Lymphknotenmetastasen und einer Lymphadenektomie auf die Rezidivrate vor allem beim papillären Karzinom in den meisten internationalen Arbeiten bestätigt worden. Hinzu kommt, dass ein großer Teil der Lympknotenmetastasen okkult auftritt, d.h. selbst intraoperativ makroskopisch nicht festzustellen ist. Dies ließ sich auch anhand der eigenen Daten eindrucksvoll bestätigen. Die Wertigkeit einer ausgedehnteren Lymphknotendissektion ist also insbesondere beim papillären Karzinom weitgehend unumstritten, da erstens nur so auch okkulte Lymphknotenmetastasen erfasst werden und zweitens die Rezidivhäufigkeit gesenkt werden kann. Außerdem konnte am eigenen Krankengut beim papillären Karzinom eine signifikant häufigere und ausgedehntere Lymphknotenmetastasierung nachgewiesen werden als beim follikulären Karzinom, so dass ein unterschiedliches Ausmaß der Lymphadenektomie bei den unterschiedlichen differenzierten Schilddrüsenmalignomen zu fordern ist. Während beim follikulären Karzinom Lymphknotenmetastasen seltener und – nach der TNM-Klassifikation der UICC von 1997 – erst ab dem Stadium pT2 auftraten (dies galt auch nach der neuen TNM-Klassifikaton der UICC von 2002) und auf die ipsilateralen Kompartimente beschränkt waren, fanden sich beim papillären Tumor Lymphknotenmetastasen in allen pT-Stadien sowohl ipsi- als auch kontralateral. Daraus ist zu folgern, dass beim follikulären Tumor eine prophylaktische Lymphknotendissektion erst ab dem Stadium pT2 erfolgen muß und auf die ipsilateralen Kompartimente beschränkt werden kann, während beim papillären Karzinom grundsätzlich eine ipsilaterale modifiziert-radikale Neckdissektion sowie eine systematische zentrale kontralaterale Lymphknotendissektion zu fordern ist. Eine Abhängigkeit der Rezidivrate von der Durchführung einer grundsätzlichen zumindest ipsilateralen modifiziert-radikalen Neckdissektion konnte zwar am eigenen Krankengut aufgrund der Einschlusskriterien nicht untersucht werden, allerdings trat im Gegensatz zu anderen Studien an Daten von Patienten ohne Lymphknotendissektion bei einer Nachbeobachtungszeit von im Median 63 Monaten in nur einem Fall (0,8%) ein Lokalrezidiv auf, so dass hier die Rezidivrate betreffend von einem Benefit auszugehen ist. Des Weiteren konnte anhand des eigenen Krankengutes nachgewiesen werden, dass selbst „minimal organüberschreitendes“ Primärtumorwachstum – gemeint ist eine Infiltration des perithyreoidalen Weichgewebes bzw. der geraden Halsmuskulatur – bei gleicher Primärtumorgröße die Häufigkeit einer Lymphknotenmetastasierung beim papillären Karzinom signifikant erhöht. Leider wird durch die aktuelle TNM-Klassifikation der UICC von 2002 dieser Aspekt nicht berücksichtigt, im Stadium pT3 werden nach aktueller Klassifikation Tumoren mit und ohne organüberschreitendes Wachstum zusammengefasst. Ein weiterer Nachteil der neuen TNM-Klassifikaton gegenüber der Klassifikation von 1997 ist die Tatsache, dass nun zwar eine Dissektion von mindestens 6 Lymphknoten zur Einteilung in die Stadien pN0 oder pN1 gefordert wird, bei einer Lymphknotendissektion von weniger Lymphknoten aber eine Einteilung in das Stadium pN0 „erlaubt“ bzw. empfohlen wird. Dies birgt die Gefahr, dass Patienten mit Lymphknotenmetastasen nicht erkannt und falsch pN0 klassifiziert werden, was sicherlich einer ernsthaften wissenschaftlichen Aufarbeitung gerade des Risikos von regionären Tumorrezidiven nicht zuträglich ist. Sicherlich sind zur weiteren Untersuchung der Abhängigkeit der Gesamtprognose und der Rezidivrate von dem Vorhandensein von Lymphknotenmetastasen und der Durchführung einer stadienabhängigen systematischen kompartimentorientierten Lymphadenektomie beim differenzierten Schilddrüsenkarzinom prospektive multizentrische Studien mit einem deutlich längeren Nachbeobachtungszeitraum von mindestens 20 Jahren erforderlich. Allerdings lässt die vorliegende Untersuchung folgende Schlussfolgerungen zu: 1. Das Ausmaß der Lymphknotenmetastasierung ist beim follikulären und papillären Schilddrüsenkarzinom unterschiedlich, Lymphknotenmetastasen kommen beim papillären Karzinom signifikant häufiger und signifikant ausgedehnter vor als beim follikulären Tumor. 2. Eine grundsätzliche stadien- und kompartimentorientierte systematische Lymphadenektomie ist zumindest am spezialisierten Zentrum risikoarm durchführbar und scheint das Risiko von Lokalrezidiven zu senken. 3. „Minimal organüberschreitendes“ Wachstum erhöht das Risiko einer Lymphknotenmetastasierung signifikant, somit ist eine Zusammenfassung von organüberschreitenden und auf die Schilddrüse begrenzten Tumoren in einem pT-Stadium nicht sinnvoll.
Nach Eickholz (2005) ist die bakterielle Plaque die notwendige, wenn auch nicht die alleinige Ursache für die Entwicklung der entzündlichen Zerstörung des Zahnhalteapparats bei Parodontitis. Die Plaque-Bakterien geben Stoffwechselprodukte ab, die zur Reizung des Zahnfleisches bis hin zur Zahnfleischentzündung mit einhergehenden Blutungen und der Bildung von Zahnfleischtaschen führen. Jeder Parodontitis geht immer eine Gingivitis voraus, während nicht jede Gingivitis zu einer Parodontitis führen muss (Löe et al. 1986). Der Entzündungsprozess kann sich auf den gesamten Zahnhalteapparat ausbreiten und letztendlich zum Zahnverlust führen (GABA 2005). Die Parodontalbehandlung stützt sich auf die Beseitigung oder zumindest auf die Verringerung der pathogenen Mikroorganismen. Dies erfolgt durch Kürettage und Wurzelglättung der Wurzeloberfläche. Die Effektivität der Parodontalbehandlung ist jedoch nur dann gesichert, wenn während der Nachsorgephase eine Patienten-Compliance gesichert ist. In der vorliegenden Studie werden relevante Daten aus den Patientendaten der Poliklinik für Parodontologie in Frankfurt am Main entnommen und zusammen mit den Daten einer aktuellen Untersuchung analysiert. Es sollte der Therapieerfolg in Abhängigkeit zur Compliance des Patienten bewertet werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie lassen sich wie folgt zusammenfassen: Zur Nachuntersuchung hatten sich 76 Patienten (46 Frauen und 30 Männer) mit einem durchschnittlichen Alter von 63,5 Jahren zur aktuellen Untersuchung erneut vorgestellt. Diese Patienten waren vor 10 – 21 Jahren am Carolinum einer systematischer Parodontalbehandlung unterzogen worden. 32 Patienten (Testgruppe) hatten danach regelmäßig (1 - 2 x jährlich) am Recall teilgenommen, während 44 Patienten (Kontrollgruppe) nicht regelmäßig zum Recall erschienen waren. 12 der 76 Patienten waren Raucher. Als klinische Parameter dienten Zahnverlust, Approximalraum-Plaque-Index (API), Taschensondierungstiefe, Blutung nach Sondierung (BOP), sondierbare Furkationen und gingivale Rezessionen. Die Resultate ergeben, dass bei der Testgruppe 2,13 Zähne und bei der Kontrollgruppe 1,3 Zähne seit Therapiebeginn verloren wurden. Der durchschnittliche Zahnverlust aller Patienten betrug 1,65 Zähne. Betrachten wir nur die Raucher, so haben diese 3,08 Zähne pro Patient im Durchschnitt verloren. Der durchschnittliche API- Wert lag vor der Behandlung bei der Testgruppe bei 25%, nach 1 Jahr bei 31,9% und beim aktuellen Befund bei 41%. Die Kontrollgruppe hatte vor der Behandlung einen API von 24,6%, nach 1 Jahr 50,4% und beim aktuellen Befund 50,3%. Die durchschnittliche Sondierungstiefe wurde bei der Testgruppe ein Jahr nach Behandlung um 0,37 mm und bei der aktuellen Untersuchung um 0,87 mm reduziert. Bei der Kontrollgruppe wurde die durchschnittliche Sondierungstiefe nach dem ersten Jahr um 0,26 mm und zum aktuellen Befund um 0,34 mm gesenkt. Von Bedeutung ist die Beurteilung der Blutung nach Sondierung, welcher den Entzündungsgrad des Zahnhalteapparats widerspiegelt. Patienten der Testgruppe hatten im ersten Jahr nach Behandlung ihren durchschnittlichen BOP um 12,3% und zur aktuellen Untersuchung um weitere 10% auf 21,7% reduziert. Bei der Kontrollgruppe wurde der durchschnittliche BOP im ersten Jahr um 10,1% und zur aktuellen Untersuchung um weitere 5,5% auf 25,5% reduziert. Die sondierbaren Furkationen haben in beiden Gruppen zugenommen. Beim aktuellen Befund waren im Durchschnitt bei der Testgruppe 2,8 und bei der Kontrollgruppe 2,6 Parodontien sondierbar. Hinsichtlich der Rezessionen gab es bei der Test- und Kontrollgruppenpatienten keine Unterschiede. In beiden Gruppen hatte die Rezession im Durchschnitt auf einen Wert von 1 mm behandlungsbedingt zugenommen. Mit dieser Untersuchung konnte belegt werden, dass bei der Testgruppe ein besserer parodontaler Zustand (API, Taschentiefen, BOP) nach einer systematischen Parodontalbehandlung erzielt und erhalten werden konnte, als es bei der Kontrollgruppe, die nicht regelmäßig zum Recall erschien, der Fall war. Demnach kann dem am Carolinum praktizierten Recallsystem ein gewisser günstiger Einfluss auf die Zahn- und Parodontalgesundheit zugeschrieben werden. Man hätte sich Daten gewünscht, die diesen Effekt noch stärker untermauern. Es ist jedoch zu bedenken, dass alle Recall-Termine nur Momentaufnahmen des Patienten ergeben, die nichts darüber aussagen können, wie mundgesundheitsbewusst sich dieser Patient in der monatelangen Zeit zwischen seinen Zahnarztterminen verhält. Solange keine besseren Möglichkeiten der Einflussnahme seitens des Zahnarztes bestehen, muss deshalb das Recall-System mit seinen nachweisbaren (wenn auch bescheidenen) Erfolgen, als praktikable Methode hin zur besseren oralen Gesundheit angesehen werden.
Die Aufrechterhaltung des physiologischen Gleichgewichtes in einem mehrzelligen Organismus erfordert Mechanismen, welche die Balance zwischen der Toleranz gegenüber Selbst-Antigenen und der Auslösung einer Immunantwort ermöglichen. Diese Mechanismen werden unter dem Begriff periphere Toleranz zusammengefasst. Regulatorische T-Zellen (Treg) sind eine T-Zell-Subpopulation, die für periphere Toleranz und Homöostase des Immunsystems von großer Bedeutung sind (Powrie et al., 2003). Durch ihre suppressiven Eigenschaften sind Treg in der Lage, die Proliferation von konventionellen T-Zellen (Tcon) sowohl in vivo als auch in vitro zu hemmen und so eine Immunantwort von autoreaktiven TZellen einzudämmen. Für die Hemmung von Tcon in vitro wird der direkte Zellkontakt zwischen Treg und Tcon benötigt (Thornton und Shevach, 1998). Der molekulare Mechanismus humaner Treg ist bislang jedoch nur unzureichend geklärt. In der hier vorgestellten Forschungsarbeit wurden TZR-abhängige Signaltransduktionskaskaden analysiert, um den molekularen Mechanismus humaner Treg sowohl auf Ebene der Treg als auch auf Ebene der gehemmten Tcon zu entschlüsseln. Hierzu wurden im Rahmen der hier beschriebenen Experimente in unserer Abteilung die ex vivo Isolation und die in vitro Expansion humaner Treg etabliert. Mit Hilfe sensitiver Analysemethoden der TZR-abhängigen Signaltransduktionskaskaden konnte für humane Treg gezeigt werden, dass sie nach Stimulation über ihren TZR einen geringeren Ca2+-Einstrom im Vergleich zu dem in Tcon aufweisen. Ein weiteres Ergebnis der hier vorliegenden Arbeit ist, dass Treg im Zuge ihrer Aktivierung eine geringere Phosphorylierung einiger, für die TZR-induzierte-Signalkaskade relevante Signalmoleküle wie ERK1/2 und p38MAPK aufweisen. Für gehemmte Tcon aus der Kokultur mit humanen Treg wurde in dieser Forschungsarbeit ein zu Kontroll-Tcon vergleichbarer Ca2+-Einstrom detektiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen außerdem, dass Tcon aus der Kokultur mit Treg eine verringerte Phosphorylierung der Signalmoleküle ERK1/2 und p38MAPK aufweisen. Die hier veröffentlichten Ergebnisse ermöglichen einen ersten Einblick in die molekulare Signaltransduktion von humanen Treg und zum ersten Mal auch in die von gehemmten Tcon. Dieses Verständnis stellt eine Grundlage für weitere Experimente dar und ermöglicht einen Schritt in Richtung der vollständigen Entschlüsselung des molekularen Mechanismus humaner Treg, die eine Voraussetzung für den therapeutischen Einsatz dieser Zellen ist. Eine weitere Zielsetzung dieser Arbeit war es, den Einfluss apoptotischer Zellen auf die Immunantwort zu untersuchen. Für die Gewebehomöostase mehrzelliger Organismen ist die effiziente und immunologisch unauffällige Eliminierung apoptotischer Zellen unabdingbar (Fadok et al., 1998; Lauber et al., 2004; Skoberne et al., 2005; Steinman und Nussenzweig, 2002). Im Rahmen der hier erläuterten Experimente wurden in vitro Studien durchgeführt, die einen inhibierenden Effekt apoptotischer Zellen auf die Reifung humaner dendritischer Zellen zeigen. Es konnte bestätigt werden, dass dendritische Zellen nach Phagozytose apoptotischer Zellen weniger proinflammatorische Moleküle sekretieren und eine geringere Oberflächenexpression kostimulatorischer Moleküle aufweisen. Nach Etablierung zweier in vitro Modellsysteme wurde in weiteren Experimenten gezeigt, dass T-Zellen durch dendritische Zellen, die zuvor apoptotische Zellen aufgenommen haben, eine geringere Stimulation erfahren. Diese Ergebnisse deuten auf einen anti-stimulatorischen Effekt dendritischer Zellen, die zuvor apoptotische Zellen aufgenommen haben hin, und sie bilden die Basis für eine anschließende in vitro Analyse der molekularen Auswirkungen auf dendritische Zellen und T-Zellen.
Zielsetzung: Diese Arbeit zielte darauf, am selben Patienten das diagnostische Potential von kontrastmittelangereicherter MDCT und MRT mit Kontrastmittel bei Kopf-Hals-Tumoren zu evaluieren und zu vergleichen. Materialien und Methoden: 54 Patienten wurden am MDCT (Somatom Plus, Volume Zoom oder Sensation, Siemens, Erlangen) in axialer Ebene mit einer Schichtkollimation von 4×1 mm untersucht. Multiplanare Rekonstruktionen mit einer Schichtdicke von 3 mm wurden in koronarer und sagittaler Ebene erstellt. Alle Patienten willigten in eine zusätzliche MRT-Untersuchung ein. Im MRT wurden in axialer und koronarer Ebene native T2- und T1-gewichtete Sequenzen, eine T1-gewichtete kontrastmittelangereichte Sequenz in koronarer Orientierung, sowie eine T1-gewichtete fettunterdrückte Sequenz in axialer Schichtung erstellt. Sagittale T1-gewichtete Sequenzen waren optional. Die CT und MRT aller 54 Patienten wurden von zwei erfahrenen Radiologen anhand von definierten Kriterien ausgewertet. Ergebnisse: Die MRT war der CT in der Ermittlung der Tumorinfiltration (p<0,001), der Einschätzung des Pathologieausmaßes (p<0,001) und in der Gewebedifferenzierung (p<0,001) signifikant überlegen. In der MRT wurden alle Tumoren im TNM–System korrekt eingestuft. In der CT wurden drei Tumoren zu niedrig eingestuft und außerdem eine Lymphknotenmetastase übersehen. Zahnartefakte erschienen in der CT in 74% (40/54) aller Untersuchungen und schränkten die Beurteilbarkeit in 30% (12/40) ein; ein Tumor konnte nicht diagnostiziert werden, da er komplett von Zahnartefakten überlagert wurde. In der MRT dagegen erschienen Zahnartefakte in 28% (15/54) der Untersuchungen, wovon nur 7% (1/15) in ihrem diagnostischen Wert beeinträchtigt waren. In der MRT tauchten Bewegungs- oder Schluckartefakte in relevanten Sequenzen in 26% (14/54) der Untersuchungen auf. Daneben gab es 13 andere unkooperative Patienten, bei denen die Bewegungsartefakte jedoch in unrelevanten Sequenzen erschienen. Nur eine CT-Untersuchung enthielt Bewegungsartefakte. Pulssationsartefakte in der MRT und Aufhärtungsartefakte in der CT hatten lediglich einen gering störenden Effekt. In der CT traten zwar in 48% (26/54) der Untersuchungen Aufhärtungsartefakte auf, wovon aber nur 23% (6/26) an diagnostischem Wert verloren. In der MRT traten Pulssationsartefakte in 69% (37/54) auf, wovon 19% (7/37) in ihrer Beurteilbarkeit beeinträchtigt waren. Unter Berücksichtigung aller Faktoren war die MRT der CT in 57% (31/54) überlegen, wobei die CT die MRT nur in 15% (8/54) übertraf. In den restlichen 15 Fällen (28%) waren CT und MRT gleichwertig. Schlussfolgerung: Native und kontrastmittelangereicherte MRT sind der kontrastmittelangereicherten MDCT mit sekundären Rekonstruktionen in der Evaluierung der T-Klassifikation und Kontrastierung überlegen. Die MRT war der CT statistisch signifikant überlegen in der Einschätzung der Tumorinfiltration, der Gewebedifferenzierung und des Pathologieausmaßes. Die Kontrastmittelangereichte MDCT dagegen ist die optimale Alternative für unkooperative Patienten.
Hintergrund: Bei der Psoriasis handelt es sich um eine chronisch entzündliche Hauterkrankung, die bei 2 % der Bevölkerung auftritt. Da chronisch entzündliche Prozesse arteriosklerotische Veränderungen mitverantworten, interessierte uns in dieser Studie, wie ausgeprägt der koronare arterielle Gefäßkalk (CAC) bei Patienten mit Psoriasis im Vergleich zu einer Kontrollgruppe ist. Methode: Zwischen den Jahren 2000 und 2004 wurden 32 Patienten mit einer langjährigen und schweren Form der Psoriasis identifiziert und einer gesunden Kontrollgruppe nach dem „matched Pair“ Prinzip unter Berücksichtigung des Patientenalters, Geschlecht und bekannter kardiovaskulärer Risikofaktoren gegenübergestellt. Zuvor hatten sich alle Psoriasis Patienten und Kontrollpatienten einer multidetector-row computed tomography (MDCT) unterzogen, um die Quantität des CAC festlegen zu können. Die Patienten dieser Studie hatten keine zurückliegende oder gegenwärtig bestehende kardiovaskuläre Erkrankung. Ergebnisse: Patienten mit Psoriasis und die Kontrollpatienten konnten erfolgreich hinsichtlich der Parameter Alter, Geschlecht, Nikotinabusus, Diabetes, Body Mass Index, Cholesterin und Triglyzeride gegenübergestellt werden, die familiäre Disposition hinsichtlich bekannter kardiovaskulärer Erkrankungen wurde nicht in diese Studie eingebracht, da ein Ungleichgewicht mit Mehrheit seitens der Kontrollpatienten auftrat. Prävalenz und Quantität des CAC waren bei den Psoriasis Patienten deutlich höher. (Prävalenz: 59,4% vs. 28.1%). Die Gegenüberstellung aller untersuchten kardiovaskulären Risikofaktoren zeigte, dass Psoriasis die stärkste Fraktion bildet. Der mittlere CAC bei den Psoriasis Patienten betrug 3.7 gegenüber 0 bei den Kontrollpatienten (p=0.019 Mann-Whitney Rank Sum test). Interpretation: Psoriasis erhöht das Risiko zur Entstehung einer KHK. Mögliche Ursache ist der systemische Charakter der chronisch entzündlichen Psoriasis. Zukünftige Studien müssen zeigen, ob eine konsequente antiinflammatorische Therapie der Psoriasis zu einer Senkung des kardiovaskulären Erkrankungsrisikos führt.
Fragestellung: In zahlreichen Studien wurden die Regulationsmechanismen der endothelialen NO-Synthase aufgedeckt und untersucht. Neben vielen Faktoren, die bei der Aktivierung eine Rolle spielen, kommt der Phosphorylierung einzelner Aminosäuren des Proteins eine besondere Bedeutung zu. In dieser Arbeit werden die Aminosäure Threonin 495 und Serin 1177 untersucht mit der speziellen Fragestellung nach einer synergistischen Wirkung. Zielsetzung: Unter der Annahme, dass sowohl die Dephosphorylierung an Thr 495 als auch die Phosphorylierung an Ser 1177 zur Aktivierung der eNOS beitragen, wurde eine eNOS-Mutante untersucht, die an Thr 495 antiphosphomimetisch und an Ser 1177 phosphomimetisch substituiert wurde. Diese wurde in Bezug auf die Relaxationsfähigkeit mit dem Wildtyp der eNOS und einer eNOS verglichen, die ausschliesslich an Ser 1177 phosphomimetisch substituiert wurde. Material und Methoden: Für die Experimente wurden Knock-out-Mäuse verwendet deren Endothelzellen keine NO-Synthase exprimiert. Mit Hilfe eines Adenovirus als Vektor wurden die Endothelzellen der Arteria Carotis mit den entsprechenden eNOS Mutanten transfiziert. Im Organbad konnte das intakte Gefäß unter physiologischen Bedingungen auf die Reaktion nach Gabe von vasoaktiven Substanzen untersucht werden. Ergebnisse : Mit Hilfe der entwickelten Methode ist es möglich, die Relaxationsfähigkeit von Gefäßen aus eNOS-Knock-out-Mäusen wieder vollständig herzustellen. Im Relaxationsverhalten nach Stimulation mit Acetylcholin zeigten Gefäße, die jeweils mit einer der drei eNOS-Mutanten transfiziert waren, keinen großen Unterschied. Zur Vorspannung der Gefäße wurde jedoch deutlich mehr Phenylephrin benötigt bei den Gefäße, die mit der T495A/S1177D eNOS transfiziert waren. Nach Hemmung mit L-NAME kontrahierten diese Gefäße am stärksten und sie zeigten auch die höchste intazelluläre Konzentration basalen cGMPs im RIA. Schlussfolgerung : Die alleinige Phosphorylierung von Serin 1177 führt nicht zu einer vollständigen Aktivierung der eNOS, während eine Phosphorylierung an Serin 1177 in Kombination mit einer Dephosphorylierung von Threonin 495 die NO Produktion steigert und diese Endothelzellen basal hohe Konzentrationen an NO enthalten.
Ziel: Das Ziel der vorliegenden Studie war es, die Durchführbarkeit und die Sicherheit des perkutanen Verschlusses des linken Vorhofohres mit dem PLAATO™ System (ev3 Inc., Plymouth, Minnesota, USA) zu beurteilen. Einleitung: Patienten mit Vorhofflimmern haben ein fünffach erhöhtes Risiko, einen Schlaganfall zu erleiden. Verschiedene Studien haben gezeigt, dass bei Patienten mit nicht-rheumatischem Vorhofflimmern mehr als 90% der linksatrialen Thromben ihren Ursprung im linken Vorhofohr haben. Der transvenöse Verschluss des linken Vorhofohres ist ein neuer Ansatz, um embolische Ereignisse in diesen Patienten zu verhindern. Methodik: Innerhalb einer prospektiven, multi-zentrischen Studie wurde bei 111 Patienten (Alter 71 ± 9 Jahre) versucht, das linken Vorhofohr zu verschließen. Alle Patienten hatten eine Kontraindikation für eine lebenslange Antikoagulation und mindestens einen weiteren Schlaganfallrisikofaktor. Der primäre Endpunkt war das Auftreten eines Schlaganfalls, Tod kardialer oder neurologischer Ursache, das Auftreten eines Herzinfarkts oder das Erfordernis einer kardiovaskulären Operation, das mit dem Eingriff unmittelbar in Zusammenhang stand, innerhalb des ersten Monats nach Implantationsversuch. Ergebnisse: Die Implantation war bei 108 der 111 Patienten (97,3%, 95% Konfidenzinterval [KI]: 92,3%-99,4%), die insgesamt 113 Eingriffe unterliefen, erfolgreich. Bei einem Patienten (0,9%, 95% KI: 0,02%-4,9%) war eine kardiovaskuläre Operation erforderlich. Derselbe Patient verstarb während seines Krankenhausaufenthalts an einer neurologischen Ursache. Bei drei weiteren Patienten wurde eine Perikardpunktion aufgrund eines Hämoperikards durchgeführt. Die durchschnittliche Nachuntersuchungszeit betrug 9,8 Monate. Zwei Patienten erlitten einen Schlaganfall. Weder eine Dislokation des Verschlusssystems, noch ein mobiler Thrombus wurden ein und sechs Monate nach Systemimplantation im transösophagealen Ultraschall beobachtet. Schlussfolgerung: Der Verschluss des linken Vorhofohres durch das PLAATO™ System ist eine neuartige Methode, die unter Inkaufnahme eines vertretbaren Risikos durchgeführt werden kann. Möglicherweise wird dieses Verfahren in Zukunft eine alternative Behandlungsmethode bei Patienten mit Vorhofflimmern und einer Kontraindikation für eine lebenslange Antikoagulation darstellen.
Concentration of multivariate random recursive sequences arising in the analysis of algorithms
(2006)
Stochastic analysis of algorithms can be motivated by the analysis of randomized algorithms or by postulating on the sets of inputs of the same length some probability distributions. In both cases implied random quantities are analyzed. Here, the running time is of great concern. Characteristics like expectation, variance, limit law, rates of convergence and tail bounds are studied. For the running time, beside the expectation, upper bounds on the right tail are particularly important, since one wants to know large values of the running time not taking place with possibly high probability. In the first chapter game trees are analyzed. The worst case runnig time of Snir's randomized algorithm is specified and its expectation, asymptotic behavior of the variance, a limit law with uniquely characterized limit and tail bounds are identified. Furthermore, a limit law for the value of the game tree under Pearl's probabilistic modell is proved. In the second chapter upper and lower bounds for the Wiener Index of random binary search trees are identified. In the third chapter tail bounds for the generation size of multitype Galton-Watson processes (with immigration) are derived, depending on their offspring distribution. Therefore, the method used to prove the tail bounds in the first chapter is generalized.
Integral membrane proteins (IMPs) account for 20-40% of all open reading frames in fully sequenced genomes and they are target of approximately 60% of all modern drugs. So far, cellular expression systems are often very insufficient for the high-level production of IMPs. Toxic effects, instability or formation of inclusion bodies are frequently observed effects that prevent the synthesis of sufficient amounts of functional protein. I have successfully established an individual cell-free (CF) expression system to overcome these IMP synthesis difficulties. The CF system was established in two different expression modes. If no hydrophobic compartment is provided, the IMPs precipitate in the reaction mixture. Interestingly, these insoluble proteins are found to differ from inclusion bodies as they readily solubilize in mild detergents and the bacterial small multi drug transporter EmrE, expressed in the insoluble mode was shown to reconstitute into liposomes in an active form. Alternatively, IMPs can be synthesized in a soluble way by supplementing the CF system with detergents. A comprehensive overview of 24 commonly used detergents was provided by analyzing their impact on the CF system as well as their ability to keep three structurally very different proteins in solution. The class of long chain polyoxyethylene-alkyl-ethers turned out to be most suitable for soluble expression of a-helical EmrE, the bacterial b-barrel type nucleoside transporter Tsx and the porcine vasopressin receptor type 2, resulting in several mg of protein per mL of reaction mixture. So far IMPs have almost completely been excluded from solution nuclear magnetic resonance (NMR) analyses. I could demonstrate that CF expression enables efficient isotopic labeling of IMPs for NMR analysis and further facilitates selective labeling strategies with combinations of 13C and 15N enriched amino acids that have not been feasible before. Four different G-protein coupled receptors (GPCRs) were successfully CF expressed in preparative scale and for the human endothelin B receptor (ETB), ligand binding ability was observed. A series of truncated ETB derivatives containing nested terminal deletions have been CF produced and functionally characterized. The core area essential for Endothelin-1 binding as well as a central region responsible for ETB oligomer formation was confined to a 39 amino acid fragment including the proposed transmembrane segment 1. The binding constant (KD) of ETB was determined to 6 nM for circular ET-1 by SPR and 29 nM for linear ET-1 by TIRFS. This data indicate a large potential of the established individual CF expression system for functional IMP synthesis.
The dissertation collects four self-contained essays which contribute to the literature on wage structures, heterogeneous labor demand, and the impact of trade unions. The first paper provides a detailed description of the evolution of wage inequality in East and West Germany in the late years of the twentieth century. In contrast to previous decades, wage inequality has been rising in several dimensions during that period. The second paper identifies cohort effects in the evolution of both wages and employment. Observed structures are consistent with a labor demand framework that incorporates steady skill-biased technical change. Substitutability between skill and age groups in the German labor market is found to be relatively high. Simulations based on estimated elasticities of substitution illustrate that higher wage dispersion between skill groups would have contributed to a reduction in unemployment. The third paper estimates determinants of individual union membership decisions and studies the erosion of union density in East and West Germany. Using corresponding predictions of net union density, the fourth paper analyzes the link between union strength and the structure of wages. A higher union density is associated with lower residual wage dispersion, reduced skill wage differentials, and a lower wage level. This finding is in line with an insurance motive for union action. The thesis comprises the following articles: (1) “Rising Wage Dispersion, After All! The German Wage Structure at the Turn of the Century,” IZA Discussion Paper 2098, April 2006. (2) “Skill Wage Premia, Employment, and Cohort Effects: Are Workers in Germany All of the Same Type?”, IZA Discussion Paper 2185, June 2006, joint with Bernd Fitzenberger. (3) “The Erosion of Union Membership in Germany: Determinants, Densities, Decompositions,” IZA Discussion Paper 2193, July 2006, joint with Bernd Fitzenberger and Qingwei Wang. (4) “Equal Pay for Equal Work? On Union Power and the Structure of Wages in West Germany, 1985–1997,” translation of “Gleicher Lohn für gleiche Arbeit? Zum Zusammenhang zwischen Gewerkschaftsmitgliedschaft und Lohnstruktur in Westdeutschland 1985–1997,” Zeitschrift für Arbeitsmarkt-Forschung, 38 (2/3), 125-146, joint with Bernd Fitzenberger, 2005.
Adenosintriphosphat (ATP) als universelles Energieäquivalent der Zelle wird durch die oxidative Phosphorylierung synthetisiert, bei der Elektronen entlang des elektrochemischen Gefälles der Atmungskette über verschiedene Redoxkomplexe transferiert und durch die chemiosmotische Kopplung Protonen über die Membran gepumpt werden. Der Protonengradient wird dann von der ATP-Synthase genutzt, um ADP zu ATP zu phosphorylieren. Zentraler Redoxkomplex der Atmungskette vieler Pro- und Eukaryonten ist der bc1-Komplex, der Elektronen von Ubichinol auf Cytochrom c überträgt, von wo sie nachfolgend auf die Cytochrom c-Oxidase transferiert werden. Das mesophile Bodenbakterium Paracoccus denitrificans wird als Modellsystem für den mitochondrialen Elektronentransfer (ET) verwendet, da es eine aerobe Atmungskette exprimiert, die der mitochondrialen homolog ist, allerdings einen wesentlich einfacheren Aufbau der einzelnen Redoxkomplexe aufweist. Auch Thermus thermophilus als extrem thermophiles Bakterium bildet eine vergleichbare aerobe Atmungskette aus, wobei deren Proteine allerdings eine hohe Thermostabilität aufweisen, wodurch sie in das Interesse der Forschung gerückt sind. Ziel dieser Arbeit war die funktionelle Charakterisierung des ET zwischen Komplex III und IV der Atmungsketten von P. denitrificans und T. thermophilus, die aufgrund ihrer mesophilen und thermophilen Eigenschaften unterschiedliche Mechanismen in der Wechselwirkung ihrer Redoxproteine aufweisen. Es wurden lösliche Redoxfragmente verwendet, um anhand von Mutagenesestudien, Stopped-Flow (SF)- und Laserflash-Kinetiken (LF) unter pre-steady state-Bedingungen sowie FRET-Experimenten den ET zu untersuchen. Für die LF-Experimente wurde eine photoaktive Rutheniumverbindung kovalent an Cyt c552 gekoppelt, durch die bei Laseranregung das Häm photooxidiert und dadurch der ET von einem reduzierten Redoxpartner induziert werden kann. Die Strukturdaten des bc1/Cyt c-Cokomplexes aus Hefe zeigen, dass direkte Kontakte zwischen Cyt c1 und Cyt c durch unpolare Wechselwirkungen und eine zentrale Kation-p-Interaktion vermittelt werden. Daher wurden anhand von Sequenz- und Struktur-alignments äquivalente Aminosäurepositionen im Paracoccus Cyt c1 identifiziert, die an der Wechselwirkung zu Cyt c552 beteiligt sein könnten. Diese wurden durch gerichtete Mutagenese in ihrem Raumvolumen, ihrer Polarität oder Ladung variiert und in kinetischen Studien untersucht. Für die LF-Kinetiken sowie für die FRET-Experimente wurden Oberflächen-Cysteinmutanten des Cyt c1 bzw. c552 generiert, über deren SH-Gruppen kovalent der Rutheniumkomplex bzw. Fluorophore gekoppelt werden konnten. Die ET-Reaktion zeigt zwei Phasen in Abhängigkeit von der Ionenstärke. Bei niedrigen Ionenstärken ergeben sich Geschwindigkeitskonstanten von 109 M -1s-1 und eine geringe Ionenstärkeabhängigkeit (etwa eine effektive Ladung), wohingegen bei Ionenstärken ab 35 mM 2-3 effektive Ladungen pro Redoxpartner beteiligt sind und bimolekulare Geschwindigkeitskonstanten von 107 bis 109 M-1s-1 erhalten werden. Diese Ergebnisse deuten auf die Bildung eines Encounter-Komplexes bei niedrigen Ionenstärken hin, der ein Ensemble verschiedener Distanzen und relativer Orientierungen der Redoxpartner zueinander darstellt. Diese Annahme wurde ebenfalls durch FRET-Experimente bestätigt, durch die selbst bei niedrigen Ionenstärken keine definierten Abstände erhalten werden konnten. Die Geschwindigkeitskonstanten der bimolekularen Reaktion weisen auf einen diffusionskontrollierten Prozess hin, an dem 2 bis 3 effektive Ladungen an der elektrostatischen Annäherung der beiden Redoxpartner beteiligt sind. Diese Ergebnisse werden durch vorherige kinetische Untersuchungen und EPR-Studien des ET von Cyt c552 zum CuA-Fragment der aa3-Oxidase bekräftigt, für den die gleiche Anzahl effektiver Ladungen und die Bildung eines Encounter-Komplex gefunden wurden. Lediglich c1-Mutanten, deren variierte Aminosäuren sich direkt oberhalb der Hämspalte und in der Sequenz um bzw. innerhalb des Hämbindemotivs befinden, bewirken eine Verlangsamung der Gesamtreaktion und ein leicht verändertes Ionenstärkeverhalten, das auf eine leicht verschobene Interaktionsfläche hindeutet. Es wurde durch Sequenz- und Strukturalignments kein aromatischer Rest in direkter Nähe der entsprechenden Position im Paracoccus Cyt c1 gefunden, der wie im Hefekomplex eine stabilisierende Kation-p-Interaktion zwischen den Redoxpartnern vermittelt. Zur Untersuchung des ET zwischen Komplex III und Komplex IV aus T. thermophilus wurde die hydrophile Cytochrom c-Domäne der caa3-Oxidase in Analogie zum Paracoccus-System als lösliches Redoxfragment kloniert, heterolog exprimiert und charakterisiert. Dieses Fragment wurde in SF-Studien eingesetzt, um den ET zu seinen potentiellen Redoxpartnern Cyt cbc des bc-Komplexes und Cyt c552 zu charakterisieren. Es konnte gezeigt werden, dass das ccaa3-Fragment Elektronen von beiden Redoxpartnern empfängt, wobei die ET-Reaktion mit Cyt c552 so schnell verläuft, dass sie durch SF-Techniken nur schlecht aufgelöst und lediglich eine Größenordnung der Geschwindigkeitskonstanten abgeschätzt werden kann (kon ~ 1010 M-1s-1). Die Reaktion mit Cyt cbc verläuft auch noch schnell (kon = 108-109 M-1s-1) und ist nahezu unabhängig von der Ionenstärke, was eine hydrophobe Wechselwirkung zwischen beiden Redoxpartnern bestätigt. Die Ergebnisse deuten erstmals darauf hin, dass ein ET direkt zwischen zwei Redoxproteinkomplexen (bc-Komplex und caa3-Oxidase) stattfindet, ohne dass ein Elektronenüberträger (wie z. B. Cyt c552) zwischengeschaltet ist. Um die Übertragbarkeit der Erkenntnisse, die hier über den ET an löslichen Redoxfragmenten gewonnen wurden, in einem Proteinkomplex zu verifizieren, wurde ein bc1-Komplex verwendet, in dem die für P. denitrificans einzigartige saure Cyt c1-Domäne deletiert ist. Der Komplex wurde für eine erleichterte Aufreinigung mit einem His-tag versehen, homolog exprimiert und erste Aufreinigungs- und Charakterisierungsschritte unternommen. Er soll zukünftig eingesetzt werden, um die Mutationen des löslichen c1-Fragmentes in den Komplex zu überführen und die Mutanten kinetisch mittels pre-steady state- und steady state-Techniken im Vergleich zum bc1WT-Komplex zu untersuchen, ohne dass die Effekte der Punktmutationen durch die hohe negative Ladungsdichte der sauren Domäne überlagert werden.
Die vorliegende Arbeit befaßte sich mit der Untersuchung der Protonenbewegung während des O-E Schrittes im katalytischen Zyklus der Cytochrom-c-Oxidase von P. denitrificans. Die Zuordnung der Protonenbewegung zu den einzelnen Schritten des katalytischen Zyklus der Cytochrom-c-Oxidase ist immer noch ein Gegenstand zahlreicher Kontroversen. Obwohl von Ruitenberg et al. (2000) durch Spannungsmessungen gezeigt wurde, daß die Reduktion von Häm a während des ersten Elektrontransfers in das oxidierte Enzyme eine schnelle Protonenaufnahme von der gegenüberliegenden Seite der Membran bewirkt, wurden diese Ergebnisse angezweifelt. Daher sollte mit einer unabhängigen und direkten Methode herausgefunden werden, ob Protonen bereits während des ersten Schrittes des katalytischen Zyklus aufgenommen werden. Dazu wurde ns-zeitaufgelöste Blitzlicht-Absorptionsspektroskopie in Kombination mit pH-sensitiven Farbstoffen genutzt, und zwar sowohl mit Fluorescein kovalent an der Proteinoberfläche gebunden als auch mit Phenolrot löslich im Medium vorliegend. Zur kovalenten Kopplung von thiolreaktiven Farbstoffen mußten zuerst die nötigen Voraussetzungen geschaffen werden. Dazu wurde in dieser Arbeit ein Mutagenesesystems für sowohl Untereinheit I als auch Untereinheit II etabliert und eine oberflächencysteinfreie Variante und elf Einzelcystein-Varianten hergestellt, exprimiert und aufgereinigt sowie die Enzymaktivitäten überprüft. Danach wurde ein Protokoll zur Kopplung der Einzelcysteinvarianten mit Iodoacetamidfluoresein ausgearbeitet und die Varianten Fluorescein-markiert. Dabei zeigte es sich, daß nur sieben Varianten erfolgreich mit IAF reagierten. Mittels dieser AF-markierten Varianten konnte die Pufferkapazität an der Oberfläche der Cytochrom-c-Oxidase bestimmt werden. Es zeigte sich, daß die Pufferkapazität des Enzyms in Lösung im Vergleich zu Bakteriorhodopsin dreimal so groß ist, an der Oberfläche sogar 10-15mal so groß. Dies deutet auf eine hohe Anzahl protonierbarer Gruppen um die für die Markierung ausgewählten Aminosäuren im Bereich der Eintrittsstellen der Protonen hin. Die gezielte Übertragung eines Elektrons auf die Cytochrom-c-Oxidase erfolgte durch Licht anregbare Rutheniumkomplexe. In unserem Meßsystem war die Elektronentransfereffizienz von [Ruthenium(2,2‘-bipyridin)2]2quarterpyridin am höchsten. Nach einer sorgfältigen Optimierung der Meßbedingungen wie pH-Wert, Ionenstärke und Energie des Lasers konnte eine 10-15 %ige Reduktion von Häm a mit einer Zeitkonstanten von t = 13,7 ± 2,4 µs nachgewiesen werden. Die Protonenkonzentrationsänderungen im Medium konnten durch Phenolrot verfolgt werden. Durch den Vergleich von Funktionsvarianten, bei denen jeweils einer oder beide Protoneneingangswege blockiert sind, konnte ein Modell für die Protonenaufnahme und -abgabe während der Einelektronen-Reduktion der Cytochrom-c-Oxidase entwickelt werden. Dies konnte durch Messungen an in Liposomen inkorporierter wt Cytochrom-c-Oxidase verifiziert werden. Die Nettoprotonenaufnahme von der N-Seite der Cytochrom-c-Oxidase beträgt somit 0,3 H+ für das im O-E Schritt aufgenommene Elektron. Die Variante CS-I302C-AF wurde dazu genutzt, die Oberflächenladungsdichte an der N-Seite der Cytochrom-c-Oxidase zu bestimmen. Die Oberflächenladungsdichte auf der N-Seite des Enzyms in der Nähe zum Eingang des K-Wegs ist negativ und beträgt 0,5 e-/1000 Å2.
Untersuchung der Wirkung von Cyclooxygenase-Inhibitoren auf die Entstehung der Arteriosklerose
(2006)
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der COX-2-selektiven NSAIDs Celecoxib und Rofecoxib sowie des traditionellen nichtselektiven NSAIDs Naproxen auf die Entstehung und Entwicklung von Arteriosklerose in ApoE-defizienten Mäusen untersucht. Befunde über kardiovaskuläre Risiken dieser Medikamentengruppe sowie die Beobachtung, dass COX-2 in arteriosklerotischen Plaques exprimiert wird, ließen sowohl die Hypothese von pro- als auch von antiatherogenen Wirkungen zu. Zunächst wurde die Funktionsfähigkeit des Versuchsdesigns nachgewiesen. In den Aorten von Diätgefütterten ApoE-defizienten Mäusen entwickelten sich im Alter von 22 Wochen Plaques, in denen typische atherogene sowie proinflammatorische Proteine exprimiert wurden. Die Effektivität und Selektivität der jeweiligen NSAIDs wurde durch Messung der Urinkonzentration relevanter Metabolite nachgewiesen, die aus der COX-2-vermittelten PGI2- und der COX-1-vermittelten TXA2-Synthese stammten. Erwartungsgemäß hemmten sowohl die Coxibe als auch Naproxen die Synthese von PGI2, während die TXA2-Produktion nur unter Naproxen reduziert wurde. Im Vergleich zu Kontrolltieren führte die chronische Behandlung mit Celecoxib und Rofecoxib tendenziell zu kleineren Plaques in der Aorta von diätgefütterten ApoE-defizienten Mäusen. In den Plaques wurde die Proteinexpression von COX-2 durch die Behandlung mit den NSAIDs nicht beeinflusst. Dies deutet darauf hin, dass die Reduktion der Plaques in den Aorten eher durch eine Hemmung der COX-2-Aktivität oder durch COX-unabhängige Effekte als über eine Inhibition der COX-2-Proteinexpression zustande kommt. Die Blutfettwerte wurden durch die eingesetzten NSAIDs nicht verändert, was den Daten aus der Literatur entspricht. ApoE-defiziente Mäuse, die normales Futter erhalten hatten und mit Celecoxib oder Rofecoxib behandelt wurden, entwickelten vereinzelt intimale Läsionen, während Kontrolltiere oder Naproxen-behandelte Mäuse in keinem Fall Plaques zeigten. Diese Ergebnisse könnten einen Hinweis dafür liefern, dass durch Coxibe COX-unabhängige Effekte ausgelöst werden, welche die Arteriogenese einleiten. Die umfangreichen Untersuchungen lassen auf eine unterschiedliche Beteiligung von NSAIDs bei der Arteriogenese schließen. Dabei scheinen die selektiven COX-2-Inhibitoren Celecoxib und Rofecoxib eine andere Rolle als Naproxen, dem nichtselektiven COX-2-Inhibitor, zu spielen. In ApoEdefizienten Diät-Mäusen wurde die Arteriosklerose durch Celecoxib und Rofecoxib über COX-2-abhängige Mechanismen inhibiert, wobei der Effekt vermutlich durch den stärker ausgeprägten Effekt der Hypercholesterinämie überlagert war. In den Kontroll-Mäusen (mit Normalfutter) dagegen könnte die Arteriogenese unter Celecoxib und Rofecoxib durch COX-unabhängige Mechanismen eingeleitet worden sein. Dabei scheint das Stadium der Arteriosklerose eine wichtige Rolle zu spielen. Zusammenfassend deuten die Ergebnisse daraufhin, dass Coxibe die Initiation der Arteriosklerose eher begünstigen, während bei weiter fortgeschrittenen Plaques tendenziell antiatherogene Effekte zu beobachten waren, die möglicherweise auf die entzündungshemmenden Eigenschaften der Substanzen zurückzuführen sind. Nachdem jedoch diese Effekte bisher nur in Maus-Modellen beobachtet und untersucht wurden, bleibt die Frage, wie NSAIDs thrombotische Ereignisse im Patienten auslösen, weiterhin offen. Erst kürzlich wurde beschrieben, dass unter Rofecoxib schon nach kurzer Behandlungsdauer Herzinfarkte ausgelöst werden können (Levesque et al. 2006). Weitere Daten deuten daraufhin, dass NSAIDs über COX-unabhängige Mechanismen dazu führen, dass sogar nach dem Absetzen des Medikament auf lange Sicht ein erhöhtes Risiko für die Entwicklung kardiovaskuläre Erkrankungen bestehen bleibt (Merck, APPROVe Report 2006; unter www.merck.com). Die genauen Mechanismen dieser Langzeiteffekte von NSAIDs auf das vaskuläre System sind zurzeit nach wie vor unklar. Abschließend kann jedoch aufgrund der aktuellen Datenlage vermutet werden, dass Coxibe eine Schädigung von vaskulären Zellen verursachen können und das Risiko für kardiovaskuläre Effekte eher erhöhen als antiatherogene Effekte zu erzeugen und die Arteriosklerose zu verbessern.
Arten von Aschersonia Mont. (Anamorphe von Hypocrella spp., Clavicipitaceae, Hypocreales, Sordariomycetidae, Askomycota) parasitieren Weiße Fliegen und Schildläuse. Petch (1921) stellte eine Monographie über Hypocrella und Aschersonia vor. Seit dieser Zeit wurden einige Arten neu beschrieben und vereinzelte Artkomplexe revidiert. Die vorgestellte Arbeit ist seit rund 80 Jahren das umfassendste Werk über die Gattung Aschersonia. Hierfür wurden Proben in Kuba, Malaysia, Mexico, Panama, Taiwan und Thailand gesammelt und z.T. kultiviert. Es werden 20 Arten detailliert vorgestellt und illustriert. Die Arten sind: A. acutispora, A. aurantiaca, A. australiensis, A. badia, A. basicystis, A. blumenaviensis, A. caespiticia [A. insperata, syn. nov.], A. columnifera, A. crenulata, A. duplex, A. hypocreoidea [A. goldiana, syn. nov.; A. confluens, syn. nov.], A. marginata, A. oxystoma, A. philippinensis, die Anamorphe von H. rhombispora, A. samoensis, A. taitensis [A. aleyrodis, syn. nov.; A. placenta, syn. nov.; A. tamurai, syn. nov.], die Anamorphe von H. tubulata, A. turbinata [A. coffeae, syn. nov.] und A. viridans. Hierzu wurden auch wichtige Merkmale wie Stromataform und Konidiengröße in situ und in vitro charakterisiert. Mit anderen gültigen Beschreibungen von Arten, die nicht untersucht werden konnten, gibt es 32 Arten. Zum ersten Mal wurden ausführliche Daten über die Wirtsinsekten sowie die Trägerpflanzen berücksichtigt. Erstmals wurde die Verbreitung der Aschersonia-Arten kritisch beleuchtet. Die Funde von A. acutispora, A. basicystis, A. hypocreoidea, A. oxystoma, A. turbinata und A. viridans sind Erstnachweise für Panama. Die Funde von A. australiensis, A. hypocreoidea, A. marginata und A. tubulata sind Erstnachweise für Taiwan. Zum ersten Mal wird für Arten der Gattung Aschersonia ein dichotomer Bestimmungsschlüssel vorgestellt. Es werden drei Hypothesen zur Phylogenie der Aschersonia spp. vorgestellt: 1. Die Stellung der Aschersonia spp. innerhalb der Clavicipitaceae basierend auf Sequenzdaten des LSU-Gens: Aschersonia bildet eine schwach unterstützte Paraphylie, dabei steht A. badia basaler als die übrigen Aschersonia-Arten. 2. Die Beziehung der Aschersonia spp. zueinander: A. badia und eng verwandte Arten parasitieren ausschließlich Weiße Fliegen und stehen basal. Arten einer zweiten Gruppe parasitieren Arten der Aleurodidae und Coccidae und Arten einer dritten Gruppe parasitieren ausschließlich Arten der Coccidae. 3. Eine phylogenetische Hypothese basierend auf Sequenzdaten der ITS: Es gibt noch zu wenig Sequenzen um eine eindeutige Aussage treffen zu können.
In dieser Arbeit wurden die neuronalen Glutamattransporter EAAT4 (Excitatory Amino Acid Transporter) und EAAT3 in einem HEK (Human Embryonic Kidney) Zellsystem untersucht, in dem die Transporter transient exprimiert wurden. Diese Proteine katalysieren den Transport von Glutamat entgegen des Konzentrationsgradienten aus dem Extrazellulärraum in das Zytosol. Die Energie des Transports, stammt aus dem Kotransport von Natriumionen und Protonen und dem Gegentransport von Kaliumionen. Für EAAT3 ist bekannt, dass das Verhältnis 3 Na+:1 H+:1 Glutamat:1 K+ beträgt, wodurch 2 positive Ladungen pro Transportzyklus verschoben werden. Das führt zu einem messbaren positiven Einwärtststrom. Dieser Strom ist für EAAT4 wesentlich schwächer und die Stöchiometrie ist unbekannt. Beide Proteine besitzen eine Anionenkanaleigenschaft, die bei der Bindung von Na+ und der Bindung von Glutamat voll aktiviert wird. Diese Eigenschaft ist bei EAAT4 besonders ausgeprägt. Die Transporter wurden in Abhängigkeit von verschiedenen intra- und extrazellulären Ionen- und Substratkompositionen, sowie bestimmter Potentialen und der Temperatur elektrophysiologisch charakterisiert. Die Charakterisierung der stationären Eigenschaften des wenig bekannten Transporters EAAT4 brachten Erkenntnisse zu Tage, die 1) Klarheit über die apparenteAffinitäten der Substrate, insbesondere Glutamat und Na+ bringen 2) neu in Bezug auf die Spannungsabhängigkeit der apparenten Affinität von Glutamat sind. Die Untersuchung der vorstationären Ableitungen waren fruchtbar in Bezug auf a) die Ähnlichkeit des Transports, der durch EAAT4 katalysiert wird, zu anderen Glutamattransporter b) spezifische Parameter des Transports, wie den Unterschied in der Transportgeschwindigkeit c) die neuartige Kinetik der Anionenleitfähigkeit. Aus den Daten ergibt sich folgendes Bild über den Mechanismus des Transports. Die Substrate binden an EAAT4, im Vergleich zu den anderen Transportern, mit wesentlich höheren Km [ (0,6 ± 0,1)µM für Glutamat und (42,3 ± 5,2)mM für Na+]. Die Bindung von Glutamat, die schnell verläuft, ist, wie bei EAAT3, stark Na+ abhängig, genau wie die Leckleitfähigkeit, die ebenfalls durch Na+ aktiviert wird. Die folgenden glutamatabhängigen, vorstationären Reaktionen, inklusive der Translokation der Substrate verläuft wesentlich langsamer, als in anderen Transportersubtypen. Die Folge ist eine geringe Umsatzrate (<3 1/s) und daher ein geringer Transportstrom [(-3,6 ± 2,8)pA]. Die Daten zeigen, dass EAAT4 trotzallem denselben prinzipiellen Mechanismus, wie die anderen Subtypen folgt. Das Verhalten der Anionenleitfähigkeit zeigt allerdings erhebliche Unterschiede zu anderen Subtypen, da die Anionenleitfähigkeit durch negative Membranpotentiale inhibiert wird. Dies wird durch die Inhibierung der K+-Relokationsreaktion des Transporters erklärt. Zusammengenommen spricht die geringe Umsatzrate und die hohe apparente Affinität für Glutamat dafür, dass EAAT4 ein hochspezialisierter Transporter für die schnelle Pufferung von Glutamat und den langfristigen Transport von Glutamat bei niedrigen Konzentrationen ist. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Temperaturabhängigkeit des Glutamattransports durch EAAT3 untersucht. Die Temperaturabhängigkeit des Transports unter stationären Bedingungen zeigte interessante neue Ergebnisse. Die Ergebnisse lassen Aussagen zu bezüglich 1) der Thermodynamik der Bindung der Substrate und 2) der molekularen Natur bestimmter Teilreaktionen im Zyklus Die Bindung eines nicht-transportierbaren Glutamatanalogons zeigt, dass die Inhibitorbindung exotherm ist (H = 30,0 ± 3,3)kJ/mol. Die Bindung von Na+ an den unbeladenen Transporter ist im Gegensatz dazu nicht signifikant von der Temperatur abhängig mit H = (20,8 ± 21,5)kJ/mol. Es ist ebenfalls interessant, dass die Freie Enthalpie des Gesamtzyklus beiEAAT4 signifikant grösser ist als bei EAAT3, was in Übereinstimmung mit der höheren, apparenten Glutamataffinität ist [GEAAT4 = (35 ± 1)kJ/mol vs. .GEAAT3 = (30 ±1)kJ/mol]. Die Temperaturabhängigkeit der vorstationären Kinetik von EAAT3 enthüllt gleichfalls neue Ergebnisse. Zum einen ist die Bindung des Na+ Ions and den unbeladenen Transporter mit einer Konformationsänderung begleitet. Im Gegensatz dazu hat die Reaktion, die der Glutamatbindung zugeordnet wurde, nur eine moderate Aktivierungsenthalpie [H‡ = (39 ± 23 )kJ/mol], wie für eine diffusionskontrollierte Reaktion erwartet wird. Die nachfolgenden zwei langsameren Phasen des Transportstroms, die in der Literatur der Aktivierung der Anionenleitfähigkeit und der Glutamattranslokation zugeordnet wurden, sind mit hohen Aktivierungsenthalpien verbunden [H‡ = (121 ± 12)kJ/mol bzw. (94 ± 4)kJ/mol]. Dies bedeutet zum einen, dass zur Öffnung des Anionenkanals und der Translokation von Glutamat eine grössere Umstrukturierung des Transporters notwendig ist. Durch die hier gefundenen, neuen Daten für die Translokationsgeschwindigkeit bei physiologischen Temperaturen kann die Hypothese in Frage gestellt werden, die besagt, dass Glutamattransporter nicht schnell genug seien, um zur schnellen Entfernung des Glutamats nach der synaptischen Transmission beizutragen. Es scheint vielmehr so, dass bei physiologischen Temperaturen und Membranpotentialen, die Translokation von Glutamat hinreichend schnell verläuft.
Eine große Zahl natürlicher sekundärer Metabolite sind kleine und strukturell oft sehr verschiedene Polypeptide und Polyketide. Diese bioaktiven Substanzen haben im allgemeinen ein breit aufgestelltes therapeutisches Potential und werden von verschiedenen bakteriellen Stämmen und Pilzen biosynthetisiert. Sie sind sowohl biologisch, als auch therapeutisch wichtig als Cytostatika, Immunsuppressiva und Antibiotika mit einem sehr großen antibakteriellen und antiviralen Potential. Diese oft äußerst komplexen Polypeptide und Polyketide werden von modular aufgebauten Megaenzymen in mehrstufigen Mechanismen synthetisiert. Für die Synthese dieser Peptide sind sehr große Proteincluster verantwortlich, die meistens aus einer begrenzten Anzahl sehr großer, Multidomänen umfassenden, Superenzyme aufgebaut werden. Diese Proteincluster mit einem Molekulargewicht bis in den Bereich von MegaDalton werden als nicht-ribosomale Peptidsynthetasen (NRPS) und Polyketidsynthetasen (PKS) bezeichnet. Die NRPS Systeme zeichnen sich dadurch aus, daß für die biosynthetisierten Polypeptide keine Information in Form von Nukleinsäuren wie DNA oder RNA kodiert (Walsh, C.T., 2004; Sieber & Marahiel, 2005). Für die Synthese der Polypeptide ist eine Aktivierung der einzelnen Bausteine, der Aminosäuren, durch Amino-acyl-adenylierung notwendig. Im Anschluß an die Aktivierung, wird die aktivierte Aminosäure über einen Thioester gebunden weitertransportiert. Die Thioesterbildung erfolgt an Cysteaminthiolgruppen intrinsischer 4’-Phosphopantethein-kofaktoren. Eine Modul einer NRPS stellt eine geschlossene Einheit zum Einbau einer Aminosäure mit einer hohen Spezifität für das Substrat und die biosynthetische Reaktion dar. Diese Module sind aus Domänen aufgebaut, die definierte Funktionen haben und mittels flexibler Linker miteinander verbunden sind. Die Domänen werden nach ihrer Funktion unterschieden. Die Acyl-adenylierung oder Aktivierung eines Substrates, beispielsweise einer Aminosäure, erfolgt durch die A-Domänen. Die Peptidyl- oder Acyltransportfunktion der aktivierten Substrate wird durch Thioester-domänen (T-Domäne), auch PCP (peptidyl carrier domain) genannt, bewältigt. Die Biosynthese der Kopplungsreaktion, beispielsweise die Ausbildung der Peptidbindung in NRPS Systemen, erfolgt an den Kondensations-Domänen (C-Domäne). Für die Substratspezifität eines Synthesemoduls sind die A-Domänen verantwortlich, welche die Aktivierung eines Substrat durch ATP-Hydrolyse ermöglichen. In NRPS Systemen sind auch Zyklisierungsreaktionen, durchgeführt von Cyclase-Domänen (Cy-Domänen), L/D-Epimerase-funktionen (E-Domänen) und N-Methylierungen (M-Domänen) beschrieben. So wird in Tyrocidin A an zwei Positionen spezifisch Phenylalanin in die D-Form epimerisiert und anschließend in der Peptidbiosynthese verwendet. Die Interaktion und Erkennung zwischen den multi-modularen Superenzymen, zum korrekten Aufbau der kompletten Synthetase, wurden in letzter Zeit Kommunikations-Domänen (COM-Domänen) beschrieben. Wie die aufgebaute Synthetase die korrekte Sequenz der biosynthetischen Reaktionsschritte sicherstellt ist nicht bekannt. Die enorme Diversität biosynthetischer Reaktionen in NRPS Systemen und die hohe Substratvielfalt in den verschiedensten Synthetasen unterschiedlicher Stämme eröffnet ein weites Feld für mögliche Neukombinationen von Modulen und Modifikationen von Produkten, um neue bioaktive Polypeptide mit antibiotischen Eigenschaften durch die Gestaltung neuer biosynthetischer Reaktionswege zu erhalten. Die Biosyntheseprodukte der NRPS und PKS Systeme lassen sich Gruppen kategorisieren wie Peptidantibiotika, beispielsweise beta-Lactame und makrozyklischer Polypeptide. Weitere Gruppen sind die makrozyklischen Lactone, beispielsweise Polyene und Makrolide, aromatische Verbindungen, wie Chloramphenicol, und Chinone (Tetracyclin). Die näher diskutierten Beispiele sind die antibakteriellen Polypeptide Surfactin und Tyrocidin A. Surfactin ist ein antibakteriell wirkendes makrozyklisches Lipoheptapeptid, welches von Bacillus subtilis synthetisiert wird und ein enormes antivirales Potential besitzt. Tyrocidin A ist ein antibakteriell wirkendes makrozyklisches Decapeptid und wird von Bacillus brevis und Brevisbacillus parabrevis synthetisiert. Zusätzlich werden viele bakterielle Toxine ebenfalls durch solche Systeme multi-modularer Synthetasen erzeugt. Ein Beispiel ist das Polyketid Vibriobactin, das Toxin des humanpathogenen Bakterium Vibrio cholerae. Ein zunehmendes Problem der wachsenden Weltbevölkerung moderner Gesellschaften und in den Entwicklungsländern ist die wachsende Zahl multiresistenter Bakterienstämme. Die starke Progression in der Entwicklung von Resistenzen gegen Antibiotika ist auch Gegenstand des aktuellen WHO-Reports (2006). Alarmierend ist die beschleunigte Resistenzentwicklung gegen die sogenannten Reserveantibiotika Vancomycin und Ceftazidim. Ein umfangreicheres Verständnis der Interaktion zwischen Domänen in einem Modul und zwischen Modulen eines NRPS Systems ist Grundlage für die Neukombination unterschiedlicher Module zur erfolgreichen Gestaltung neuer Biosynthesen. Da die meisten dieser Biosynthesen oder die Synthese alternativer Substanzen nicht in der Organischen Chemie zu realisieren sind oder die Produkte zu teuer wären, um diese in großen Mengen zu erzeugen, muß das Ziel sein die NRPS und PKS Systeme in ihrem modularen Aufbau und ihre Interaktion zu verstehen, um alternative Antibiotika biosynthetisch herzustellen. Peptidyl Carrier Proteine (PCPs) sind kleine zentrale Transport-Domänen, integriert in den Modulen nicht-ribosomaler Peptidsynthetasen (NRPSs). PCPs tragen kovalent über eine Phosphoesterbindung einen aus dem Protein herausragenden 4’-phosphopantetheinyl (4’-PP) Kofaktor. Der 4’-PP Kofaktor ist an der Seitenkette eines hochkonservierten Serins gebunden, welche ein zentraler Bestandteil der Phosphopantethein-Erkennungs-Sequenz ist. Die Erkennungssequenz ist homolog in vielen Proteinen mit ähnlicher Funktion, inklusive Acyl Carrier Proteinen (ACPs) der Fettsäuresynthetasen (FAS) und der Polyketidsynthetasen (PKS). Die Thiolgruppe des 4’-PP Kofaktors dient zum aktiven Transport der Substrate und der Intermediate der NRPS Systeme. Die generelle Organisation und die Kontrolle der exakt aufeinander folgenden Reaktionsschritte in der Peptidsynthetase, ist die entscheidende Frage für die Funktion des Proteinclusters (assembly line mechanism). In Modulen der NRPS Systeme folgen die PCP-Domänen C-terminal auf die Adenylierungsdomänen (A-Domäne). Die Aufgabe der A-Domänen ist die Selektion and die Aktivierung einer spezifischen Aminosäure für die „assembly line“. Die eigentliche Bildung der Peptidbindung erfolgt an der Kondensations-Domäne (C-Domäne). Der Transfer der Peptidintermediate und der aktivierten Aminosäuren zwischen A-Domänen und C-Domänen ist Aufgabe der PCPs. Um diese Funktion erfüllen zu können, ist eine große Bewegung in PCPs, bzw. des 4’-PP Kofaktors notwendig, welche als „swinging arm model“ (Weber et al., 2001) beschrieben wurde. Die PCPs koordinieren damit die Peptidbiosynthese während sie mit diversen Domänen der Synthetasen spezifisch wechselwirken müssen. Die molekularen Mechanismen des Transportes wurden bisher allerdings nicht untersucht. Eine Dynamik der Transport-Domänen wurde bereits postuliert (Kim & Prestegard, 1989; Andrec et al., 1995), konnte bisher aber nicht gezeigt werden (Weber et al., 2001). Interessanterweise zeigt sowohl apo-PCP (ohne den kovalent gebundenen 4’-PP Kofaktor) also auch holo-PCP langsamen chemischen Austausch, der als jeweils zwei stabile Konformationen beschrieben werden konnte. Diese jeweils zwei stabilen Zustände, welche sich im Austausch befinden, wurden als A und A*, für apo-PCP, und entsprechend H und H* für holo-PCP bezeichnet. Während der A- und der H-Zustand sich sowohl voneinander als auch von den entsprechenden A* und H*-Zuständen unterscheiden und spezifisch für die apo- und die holo-Form von PCP sind, ist die kalkulierte Struktur vom A*-Zustand größten Teils identisch mit der des H*-Zustandes. Die erhaltenen NMR-Strukturen des A-Zustandes, des H-Zustandes und des gemeinsamen A/H-Zustandes beschreiben in ihrer Gesamtheit ein neues Modell für ein allosterie-kontrolliertes System dualer konformationeller Zwei-Zustands-Dynamik. Zu dem beobachteten konformationellen Austausch der PCP-Domäne, konnte die Bewegung des 4’-PP Kofaktors koordiniert werden. Die Bewegung des 4’-PP Kofaktors in Verbindung mit dem konformationellen Austausch der PCP-Domäne charakterisiert die Interaktion mit katalytischen Domänen eines NRPS Moduls. Des weiteren konnte mit Hilfe des Modells die Wechselwirkung mit externen Interaktionspartnern, wie der Thioesterase II und der 4’-PP Transferase, untersucht werden. Die externe Thioesterase II der Surfactin-Synthetase (SrfTEII) von Bacillus subtilis ist ein separat expremiertes 28 KDa Protein. Sie gehört zur Familie der alpha/beta-Hydrolasen und ist verantwortlich für die Regenerierung falsch beladener 4’- PP Kofaktoren der Peptidyl Carrier Domänen. Die SrfTEII wurde mittels Lösungs-NMR untersucht, die Resonanzen wurden zugeordnet, erste strukturelle Modelle konnte berechnet werden und das Interaktionsverhalten mit verschiedenen modifizierten Kofaktoren und PCPs wurde analysiert. Die Spezifität der Substraterkennung durch die SrfTEII kann beschrieben werden. Interessanterweise zeigt auch die SrfTEII Doppelpeaks für einzelne Aminosäuren, diese können als Indikator für eine spezifische Substraterkennung durch das Enzym verwendet werden und helfen den funktionellen Unterschied zwischen der SrfTEI-Domäne und SrfTEII zu verstehen.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden 59 Zähne mit Paro-Endo-Läsionen im Zeitraum von 1994 bis 2004 nach einem standardisierten Behandlungskonzept behandelt und regelmäßig nachuntersucht. Die Nachuntersuchung erfolgte klinisch, röntgenologisch sowie durch Befragung der Patienten. Ziel dieser Arbeit war es, die gestellte Diagnose und die Therapiemaßnahmen zu evaluieren, Aussagen zur Langzeitprognose zu treffen und mögliche Gründe für eine trotz Behandlung später notwendige Zahnextraktion herauszufinden. Die Datenaufbereitung und die statistische Analyse wurden mit dem Programm SPSS Version 12.0.1 (SPSS Inc., USA 2003) durchgeführt. Die Untersuchungen führten zu folgenden Ergebnissen: • Eine Paro-Endo Läsion tritt gehäuft an Unterkiefermolaren auf (47,5 %). • Zähne mit einer prothetischen Versorgung in Form einer Krone (auch Brückenpfeilerzähne) weisen häufiger eine Paro-Endo Läsion (59,3 %) auf als Zähne mit oder ohne Füllung. • Es konnten 36 Zähne (61%) länger als 5 Jahre erhalten werden. • In Bezug auf den Zahnerhalt ist für Zähne mit einer primär endodontische Läsion eine optimistischere Prognose zu erstellen als für Zähne, die primär parodontal betroffen sind. • Bis zum heutigen Zeitpunkt, 5-10 Jahre nach Abschluss der Behandlung, sind insgesamt 35 (59%) der untersuchten Zähne extrahiert worden. • Die „wesentlichen Gründe“ für eine Extraktion waren parodontale Probleme (n=12 / 20,3 %) und endodontische Komplikationen (n=9 / 15,3 %). In nur 8,5 % der Fälle (n=5) konnte eine vertikale Wurzelfraktur nachgewiesen werden, die dann zum Zahnverlust führte. Die Studie zeigt, dass Zähne mit Paro-Endo-Läsionen im Grunde keine günstige Langzeitprognose aufweisen. Von den hier aufgeführten 59 Zähnen konnten lediglich 36 Zähne länger als 5 Jahre erhalten werden. Bis zum heutigen Zeitpunkt (5 bis 10 Jahre nach Therapiebeginn) gingen aber insgesamt 35 Zähne trotz Behandlung verloren. Das dennoch 24 Zähne erhalten werden konnten, muss dem hier beschriebenen Behandlungskonzept gutgeschrieben werden. Die Langzeitprognose einer behandelten Paro-Endo-Läsion ist abhängig von einer korrekten Erstdiagnose, einer sorgfältigen Wurzelkanalbehandlung und sie ist limitiert durch den Grad der parodontalen Destruktion.
Das Enzym 5-Lipoxygenase (5-LO) spielt eine essentielle Rolle in der Biosynthese der Leukotriene, bioaktiver Metabolite der Arachidonsäure (AA), die an einer Vielzahl entzündlicher und allergischer Erkrankungen beteiligt sind. Die 5-LO wird bevorzugt in Zellen myeloiden Ursprungs wie Granulozyten, Monozyten oder B-Lymphozyten exprimiert. In die Regulation der zellulären 5-LO-Aktivität in der Epstein-Barr Virus-transformierten B-lymphozytären Zelllinie BL41-E95-A sind Caspasen, Aspartat-spezifische Cysteinproteasen, involviert. Das Passagieren von BL41-E95-A führt zu einer Erhöhung der Proliferationsrate der B-Lymphozyten sowie zu einem deutlichen Verlust der 5-LO-Aktivität, der mit dem Auftreten eines 62 kDa-Spaltproduktes der 5-LO und einer signifikanten Aktivitätserhöhung der Caspase-8 und -6 korreliert. Isolierte humane 5-LO wird durch rekombinante Caspase-6 zwischen Asp170 und Ser171 zu einem 58 kDa-Fragment in vitro gespalten, wobei das Tetrapeptid VEID170 innerhalb der 5-LO als Erkennungsmotiv für den Angriff der Caspase-6 dient. In einigen weiteren untersuchten Zelllinien wie Mono Mac 6 (MM6), RBL-1, PMNL oder HeLa, die nicht den B-Lymphozyten angehören, konnte die 5-LO-Spaltung weder durch das Passagieren von Zellen noch durch die Behandlung mit diversen proapoptotischen Agentien ausgelöst werden. Laut Ergebnissen aus in vitro-Untersuchungen scheinen 5-LO-positive HeLa- bzw. MM6-Zellen einen Faktor zu exprimieren, der die 5-LO direkt oder indirekt vor dem Angriff der Caspase-6 und anschließender Prozessierung schützt. Die in den BL41-E95-A-Zellen beobachtete Aktivierung der Caspasen mit anschließender Prozessierung der 5-LO lässt sich durch zwei Pflanzeninhaltsstoffe supprimieren, das Hyperforin (HP) aus Johanniskraut-Extrakten und das Myrtucommulon (MC) aus Myrte-Blättern. Beide Verbindungen scheinen in B-Lymphozyten zu einer Hemmung der Caspasen-Aktivierung zu führen. Nichtsdestotrotz führt die Behandlung der B-Lymphozyten mit HP bzw. MC zu einem apoptotischen Tod der Zellen. Offensichtlich wird dabei ein (unbekannter) einzigartiger Mechanismus der Apoptose-Induktion ausgelöst. In der vorliegenden Arbeit konnte zum ersten Mal eine potente Apoptose-induzierende Wirkung des natürlich vorkommenden Myrtucommulons auf Krebszelllinien gezeigt werden. In allen getesteten Krebszelllinien führte Myrtucommulon zum Zelltod, wobei die HL-60-Zellen mit einem IC50-Wert von 3,26 ± 0,51 µM MC am sensitivsten gegenüber MC-Einfluss waren. Zusätzlich konnte in HL-60- und MM6-Zellen nach MC-Behandlung neben einer erhöhten Caspasen-Aktivität und PARP-Spaltung ein signifikanter DNA-Abbau detektiert werden. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, dass die zytotoxische MC-Wirkung eine bemerkenswerte Selektivität für entartete Zelllinien zu besitzen scheint und gegenüber nicht-transfizierten Zellen minimal ist.
Shrew-1 wurde bei der Suche invasivitätsassoziierter Gene mittels eines DDRT-PCR-Ansatzes aus invasiven Zellen isoliert. Wie computergestützte Analysen der Sequenz ergaben, wies das bis dahin unbekannte Protein keinerlei Ähnlichkeiten mit bereits bekannten Proteinen auf und homologe Proteine wurden bisher nur in Vertebraten gefunden. Expressionsanalysen mit einem GFP-markierten shrew-1 zeigten, dass es an der basolateralen Plasmamembran lokalisiert, wo es mit dem E-Cadherin vermittelten Adhäsions-Komplex kolokalisiert. Eine Integration in diesen Komplex geschieht höchstwahrscheinlich durch direkte Interaktion mit β-Catenin. Ein weiteres Molekül das als potenzieller Interaktionspartner von shrew-1 identifiziert wurde und das in der Literatur oft als Tumorsuppressor diskutiert wird, ist Caveolin-1. Ferner konnten Überexpressionexperimente bereits zeigen, dass shrew-1 die Invasivität von HT1080-Zellen erhöhen kann. Das Ziel dieser Arbeit war es, zum einen mit Hilfe des Hefe-Split-Ubiquitin-Systems eine Interaktion von shrew-1 und Caveolin-1 zu bestätigen und zum anderen neue Interaktionspartner zu identifizieren, die helfen könnten, die Rolle von shrew-1 in invasiven Vorgängen zu erklären. Um eine mögliche Verbindung von shrew-1 und einem neuen Interaktionspartner in Bezug auf die Zellinvasivität zu untersuchen, sollten sowohl shrew-1 als auch der potenzielle Interaktionspartner mittels RNAi ausgeschaltet werden. Mit Hilfe des Split-Ubiquitin-Systems war es möglich, die Interaktion zwischen shrew-1 und caveolin-1 zu bestätigen und zu zeigen, dass diese durch die zytoplasmatische Domäne von shrew-1 vermittelt wird. Weiterhin konnte CD147 als neuer Interaktionpartner identifiziert werden. Eine Interaktion beider Proteine konnte ferner mit Hilfe des Bimolekularen-Fluoreszens-Komplementations-Systems (BIFC), des Fluoreszens-Resonanz-Energie-Transfers (FRET) und Coimmunoprezipitationen bestätigt werden. Die Interaktion von shrew-1 und CD147 scheint allerdings abhängig vom zellulären Kontext zu sein, wie die FRET-Analysen vermuten lassen. So konnte nämlich mit diesen Analysen eine starke Interaktion in MCF7-Zellen gezeigt werden, wohingegen die Interaktion in MDCK-Zellen schwächer war. Einer der auffälligsten Unterschiede dieser beiden Zelllinien im Bezug auf diese Interaktion könnte sein, dass MCF7-Zellen im Gegensatz zu MDCK-Zellen kein Caveolin-1 exprimieren. Caveolin-1 konnte seinerseits als Interaktionspartner von shrew-1 mit Hilfe des Hefe-Split-Ubiquitin-Systems bestätigt werden und andererseits wurde von einer anderen Arbeitsgruppe eine Interaktion von CD147 mit Caveolin-1 publiziert. Um dies näher zu untersuchen, wurde Caveolin-1 in MCF7-Zellen exprimiert und die FRET-Analysen in diesen wiederholt. Wie vermutet kam es zu einer Reduktion der Interaktion in Caveolin-1 exprimierenden MCF7-Zellen. CD147 ist neben vielen anderen Funktionen auch maßgeblich an der Regulation von Matrix-Metalloproteinasen beteiligt und kann somit die Invasivität von Zellen beeinflussen. Um einen Einfluß von shrew-1 und CD147 auf die Invasivität zu untersuchen, wurden beide Proteine mittels RNAi in HeLa-Zellen ausgeschaltet. Nachdem ein negativer Einfluss dieses Ansatzes auf das Proliferationsverhalten der Zellen ausgeschlossen werden konnte, wurde ein möglicher Effekt auf die Invasivität der Zellen untersucht. Durch die Analyse in Matrigel-Invasionsassays konnte gezeigt werden, dass das unabhängige Ausschalten beider Proteine die Invasivität der Zellen auf 35-55% im Vergleich zu Kontrollzellen reduziert. Die Ergebnisse dieser Arbeit untermauern die Annahme, dass shrew-1 eine Rolle bei invasiven Vorgängen spielt und weisen darauf hin, dass dies möglicherweise durch eine Interaktion mit CD147 geschieht. Die Interaktion mit CD147 und damit eine mögliche Funktion von shrew-1 bei invasiven Vorgängen scheinen dabei abhängig vom zellulären Kontext zu sein.
Die Arbeit befasst sich mit der Zusammenhangsstruktur einer Vielzahl von Aufmerksamkeitskomponenten, welche aus deutlich unterscheidbaren theoretischen Perspektiven postuliert werden. Untersucht wird insbesondere die Frage, inwieweit zu den auf konzeptueller Ebene differenzierten Aufmerksamkeitskomponenten entsprechende kognitive Fähigkeiten empirisch separiert und in ein gemeinsames, theorienübergreifendes Aufmerksamkeitsmodell integriert werden können. Zunächst wurde unter Fragestellung 1 untersucht, ob fünf häufig postulierte Aufmerksamkeitskomponenten in der Tradition Posners (s. Posner & Boies, 1971; Posner & Rafal, 1987), Alertness, räumliche Aufmerksamkeit, fokussierte Aufmerksamkeit, Aufmerksamkeitswechsel und geteilte Aufmerksamkeit, empirisch unterscheidbare kognitive Fähigkeiten darstellen. Im Anschluss daran wurde unter Fragestellung 2 analysiert, welchen Beitrag die Aufmerksamkeitskomponenten in der Tradition Posners zur Erklärung konzeptuell unterscheidbarer Aufmerksamkeitskomponenten aus Sicht der Handlungstheorie (Neumann, 1992), aus der Arbeitsgedächtnisperspektive (Baddeley, 1986) sowie aus Sicht der psychometrischen Konzentrationsforschung (z.B. Brickenkamp, 1994; Moosbrugger & Goldhammer, 2006) leisten. Unter Fragestellung 3 wurde eine faktorenanalytische Integration aller einbezogenen Aufmerksamkeitskomponenten in ein theorienübergreifendes, integratives Aufmerksamkeitsmodell vorgenommen. In Anlehnung an Theorien, welche Aufmerksamkeit sowohl auf perzeptive Prozesse als auch auf die exekutive Kontrolle bei der Bearbeitung komplexer Aufgaben beziehen (Bundesen, 1990; Logan & Gordon, 2001), wurden zwei Basisdimensionen bzw. grundlegende Aufmerksamkeitsfaktoren vermutet, nämlich perceptual attention und executive attention, welche interindividuelle Fähigkeitsunterschiede über die verschiedenen Aufmerksamkeitskomponenten hinweg erklären. Schließlich wurde unter Fragestellung 4 auf theoretischer wie auch auf empirischer Ebene untersucht, inwieweit sich Konzentration in den Erklärungsrahmen mehrdimensionaler Aufmerksamkeitsmodelle eingliedern lässt, indem eine konzeptuelle sowie statistische Rückführung von Konzentration auf mehrdimensionale Aufmerksamkeit vorgenommen wurde. An einer Stichprobe von 232 Studierenden wurde die Leistung in 13 Aufmerksamkeits- und Konzentrationstests erfasst. Konfirmatorische Faktorenanalysen zeigten, dass die fünf Aufmerksamkeitskomponenten in der Tradition Posners miteinander in Beziehung stehen, jedoch klar separierbar sind. Aus den getesteten Strukturgleichungsmodellen ging hervor, dass diese Aufmerksamkeitskomponenten signifikant und in unterschiedlicher Weise zur Erklärung von konzeptuell unterscheidbaren Aufmerksamkeitskomponenten beitragen. In hypothesenkonformer Weise erwiesen sich Aufmerksamkeitswechsel und geteilte Aufmerksamkeit als bedeutsam für die Erklärung von Konzentration sowie von handlungsorientierten Aufmerksamkeitskomponenten. Hinsichtlich des integrativen Aufmerksamkeitsmodells konnte die vermutete 2-Faktorenstruktur, welche einen Generalfaktor perceptual attention sowie einen spezifischen Faktor executive attention enthält, bestätigt werden. Das vielfach von Aufmerksamkeit getrennt behandelte Konzentrationskonstrukt konnte auf theoretischer Ebene durch Aufzeigen konzeptueller Entsprechungen in den Erklärungsrahmen mehrdimensionaler Aufmerksamkeit eingegliedert werden. In konsistenter Weise ließ sich Konzentration auf empirischer Ebene durch Aufmerksamkeitskomponenten nach Posner sowie die beiden Faktoren des postulierten integrativen Aufmerksamkeitsmodells substanziell erklären.
Characterisation of cytosolic prion protein-mediated putative cytotoxicity in neuronal cell lines
(2006)
Prion diseases are a complex group of fatal neurodegenerative disorders with a broad host spectrum, which are characterised by strong neuronal cell loss, spongiform vacuolation and astrocytic proliferation. The molecular mechanisms of prion-mediated neurodegeneration are not yet fully understood. Recently, it has been proposed that neuronal cell death might be triggered by cytosolic accumulation of misfolded cellular prion protein (PrPC) due to impairment of proteasomal degradation. Cytosolic PrPC could result from either retro-translocation via the endoplasmatic reticulum-associated degradation system (ERAD) or abortive translocation of PrPC into the ER. Indeed, expression of cytosolic PrP (Cy-PrP) was shown to be neurotoxic both in vivo and in vitro. However, contradicting results on cytosolic PrP-mediated neurotoxicity in cultured cells have been reported. Cytosolic PrP–mediated cytotoxicity may play a central role in the pathogenesis of prion diseases. In order to investigate the molecular mechanisms of this process, a detailed analysis of N2a cells conditionally expressing cytosolic PrP (Cy-PrP) was performed in this study. The following results were obtained: First, Cy-PrP expression is not per se sufficient to trigger cytotoxicity in N2a cells independently of proteasome inhibition. Second, Cy-PrP is degraded with kinetics resembling the degradation of cell membrane-anchored full-length PM-PrP. In this process, the 20/26S proteasome was responsible for Cy-PrP degradation while the proteolysis of matured full length PM-PrP is not affected by the proteasomal system. Third, Cy-PrP accumulates in fine foci when expressed at high levels and co-localises with the cytosolic chaperone Hsc70 in EEA-1 positive endocytic vesicles. From these data it was proposed that the chaperone Hsc70 acts as a regulator for the controlled formation of amorphous Cy-PrP aggregates and their transport to endosomal vesicles. This Hsc70-dependent mechanism may confer protection to N2a cells against toxic accumulation of Cy-PrP in the cytosol.
Ziel der vorliegenden Arbeit war eine mehrdimensionale Analyse der Trainingsqualität von Leistungssportlern in ausdauerorientierten Sportarten aus Akteurssicht. Im Theorieteil wurden zunächst strukturelle Besonderheiten des Leistungssportsystems aus systemtheoretischer Perspektive kritisch analysiert, um einen gegenstandsadäquaten Qualitätsbegriff zu konzeptualisieren. Innerhalb dieses Theorieteiles wurden aktuelle - innerhalb von ausdauerorientierten Sportarten zumeist an der Trainingsquantität orientierte - Steuerungsmodalitäten, deren Ziele und Veränderungstendenzen aufgezeigt. Dies beinhaltetet die Darstellung gängiger kybernetischer Steuerprogramme sowie neuerer, synergetischer Ansätze bezüglich der Steuerungsmöglichkeiten sportlicher Leistungsentwicklungen. Zudem wurden handlungsleitende Rationalitäten herausgestellt, die von der sportlichen Organisation kommuniziert werden. Hierzu gehören Leitbilder, die sich in der sportlichen Förderstruktur in Form von Kaderstrukturen sowie Rahmentrainingsplänen zeigen. Neuere Studien, die solche Leitbilder und deren Effektivität empirisch überprüften, führen zu einer notwendigen Relativierung gängiger Steuerungsannahmen. Besonders betont wurde innerhalb der systemtheoretischen Ausführungen die vorherrschende dominierende Orientierung der am (Sport-)System Beteiligten an der systemspezifischen Codierung Sieg/Niederlage und die gegenwärtige Diskussion um die Rolle der Einflussnahme externer Interessen auf die Akteure (also auf die Athleten). Der Darstellung der strukturellen Aspekte im Leistungssportes folgte die Darstellung subjektorientierter Forschungsprojekte im Leistungssport. Insbesondere den Nachwuchsleistungssport betreffende Forschungsprojekte rückten hier ins Zentrum. Hierzu wurden solche Studien reflektiert, die die Lebenswelt der Athleten sowie deren Trainingsalltag untersuchten. Die Zielperspektive solcher Studien liegt im Interesse, mögliche Bildungspotentiale im Leistungssport zu explorieren. Die historisch gesehen kritische Haltung der Sportpädagogik gegenüber des Leistungssports zeigte sich bisher in der Ambivalenz der Zielorientierung leistungssportlichen Engagements, die sich aus struktureller Perspektive ausschließlich am Siegen bzw. der maximalen Leistung orientiert, aus pädagogischer Perspektive jedoch die Entfaltungsmöglichkeit des Subjektes vorsieht (insbesondere dessen Reflexionsfähigkeit sowie dessen Selbstbestimmtheit, also am Leitbild des „mündigen Athleten“ sensu LENK 1979). Diese sich zunächst konfligierend gegenüberstehenden Ansprüche begründeten die bisherige Abwehrhaltung der Sportpädagogik gegenüber dem Leistungssport. In der Analyse von Projekten, die sich mit der Entwicklung und Förderung sportlichen Talentes befassen, wurde eine weitere Facette deutlich, die in der vorliegenden Arbeit ins Zentrum gerückt wird: „Pädagogische“ Zieldimensionen wie Reflexionsfähigkeit sowie Selbstbestimmtheit des eigenen Tuns avancieren auch in leistungssportlichen Zusammenhängen als wichtige, talentbewahrende Komponente (PROHL 1996, Kapitel 2.3.1). Diese Einordnung pädagogischer Zieldimensionen ist Ausgangspunkt des hier verwendeten mehrdimensionalen Qualitätsverständnisses leistungssportlichen Trainings, welches zum einen die Ermächtigung (Empowerment) und zum anderen die Weiterentwicklung (Enhancing) der Agierenden im Prozess (im Training) vorsieht. Der in dem hier konzeptualisierten Qualitätsmodell individuelle, auf Transformation (Kapitel 2.3.3.2) abzielende Zugang zum leistungssportlichen Training, basiert nicht auf angenommenen Interventionsprogrammatik einer linearen Förderstrategie. Neben dem pädagogische Zugang weist Training dienstleistungstypische Kriterien auf wie das „uno-actu-Prinzip“ (Konsumption und Produktion fallen zeitlich zusammen) sowie die Wichtigkeit der instrumentellen Qualität (Zielerreichung) und einer subjektiven Qualität (Kundenzufriedenheit). Diese wichtigen Qualitätskriterien wurden in einer triangulativen Studie in Form eines quasi längsschnittlichen Unersuchungsdesigns analysiert. Zentrale Fragestellungen betrafen den Forschungsdefiziten entsprechend die Rolle der subjektiven Qualität (Athletenzufriedenheit) und deren Zusammenhang mit der sportlichen Leistung sowie die Rolle der o.g. pädagogischen Qualitätskriterien (Empowerment und Enhancing). Dabei sollen solche Rationalitäten, die per se bei den Athleten vorliegen und die auf den oben genannten (institutionalistischen, systemspezifischen) Annahmen beruhen, durch faktische Praktiken und deren nutzbringende bzw. hemmende Folgen für das Subjekt exploriert werden. Die Stichprobe setzte sich aus 20 Bundeskaderathleten zusammen, die ausdauerorientierte Sportarten (Triathlon, Radrennsport, Speedskaten) betreiben. Die oben beschriebenen Qualitätsdimensionen wurden zum einen durch einen Fragebogen (AZL, FESSLER 1992) erhoben, zum anderen wurden problemzentrierte Interviews mit den Athleten durchgeführt. Die im Forschungsstand aufgeführten Aspekte konnten im quantitativen Fragenblock (Fragenblock A und B, vgl. Kapitel 2.4.2) zu entsprechenden Arbeitshypothesen verdichtet werden, die explorativen, qualitativ untersuchten Fragestellungen (Fragenblock C) erhielten keinen hypothesenprüfenden Charakter. Innerhalb dieses Abschnittes wurde die Stichprobe der Kaderathleten sowie relevante statistische sowie insbesondere die qualitativen Daten betreffende Auswertungsmodalitäten dargestellt. Die nachfolgenden Ergebnisse sind hervorzuheben und erheben keinen Anspruch auf Repräsentativität: • Die Daten der Fragebogenerhebung zeigen eine hohe Athletenzufriedenheit an. Dies beinhaltet die Zufriedenheit mit dem Trainer, dem Training, den Trainingsbedingungen, der Trainingsgruppe und Wettkampfleistung. Diese hohe Zufriedenheitsstruktur ließ sich in den Interviews nicht wiederfinden. Die Ergebnisse zeigen, dass durch Fragebögen nur ein Ausschnitt erfasst werden konnte, ein für die Praxis relevanter Mehrwert entstand allerdings nur durch eine mehrperspektivische und individuelle Betrachtung (Interview) der Akteure. • In Bezug auf das Qualitätskriterium Empowerment ist zu resümieren, dass sich in der vorliegenden Studie viele Athleten „selbst“ ermächtigt haben, eine Förderung (bspw. durch Trainer) der Selbstbestimmung und der Selbstreflexion liegt in äußerst wenigen Fällen vor. • Die Mitbestimmung im Trainingsprozess sowie die Selbstbestimmung im Leistungssport werden aus Athletensicht vom Sportsystem kritisch wahrgenommen und restriktiv gehandhabt. • Viele Athleten betrieben vor ihrer derzeitigen Hauptsportart eine weitere Sportart. • In Bezug auf das Qualitätskriterium Enhancing (Weiterentwicklung) lässt sich zusammenfassen, dass die Karriereverläufe sehr heterogen sind. Eine „klassische“ Kaderkarriere (vom D- zum A-Kader) weisen nur sehr wenige Athleten auf. • In Bezug auf die instrumentelle Qualität von Training seien folgende Erkenntnisse aufgeführt: Zwar zeigte die Analyse der instrumentellen Qualitätsdimension, dass die Athleten ihre langfristige Entwicklung positiv belegen („habe meine Leistungsziele in den letzten Jahren erreicht“, vgl. Analyse in Kapitel 4.4.1). Bezogen auf die letzte Saison bewerten die Athleten ihre Leistungszielerreichung ausgewogen zustimmend und ablehnend (Kapitel 4.4.1). Die Bezeichnung „instrumentell“ trägt dem Inhalt des angenommenen „Outputs“ von Training jedoch nicht Rechnung, da „instrumentell“ im klassischen dienstleistungsorientierten Verständnis den unmittelbaren, also kurzfristigen „Output“ beschreibt. Deswegen sollte „instrumentell“ adäquat in die (pädagogische) Bezeichnung „Enhancing“ modifiziert werden. Enhancing fasst die langfristige Entwicklung als Qualitätskriterium individueller und prozessbezogener. • Bzgl. der Einordnung der Trainingsquantität in Ausdauersportarten ist folgendes Ergebnis von Relevanz: Die Daten geben keinen Hinweis darauf, dass dann, wenn mehr trainiert wird, auch die Leistungsziele oder Platzierungen eher erreicht wurden. Diese Arbeit konnte zeigen, dass die Sportpädagogik durch eine qualitative Betrachtung von leistungssportlichem Tun ihren Platz im Sinne der Praxisverantwortung und durch die Formulierung der Gegenstandspflicht (indem im Forschungsprozess auch hinterfragt wird, was Qualität überhaupt bedeutet, vgl. PROHL 2006a, 219) einnehmen kann - insbesondere dadurch, dass es den mündigen Athleten in einer pluralistischen Gesellschaft offen steht, sich leistungssportlich zu engagieren und gleichzeitig leistungssportliches Engagement als etwas begriffen wird, das Bildungspotential in sich birgt, allerdings ausschließlich unter den hier genannten Voraussetzungen der Mündigkeit.
Es wurde kein signifikanter Unterschied zwischen Behandlung mit der Verapamil - Injektionen und der ESWT Behandlung bei der Induratio penis plastica festgestellt. Bei der Analyse von Zusammenhaengen der Symptome vor der Behandlung wurde es statistisch bewiesen, dass eine Abhaengigkeit zwischen Schmerzen und Kohabitationsfaehigkeit existiert. Beide Therapieverfahren zeigten gute Ergebnisse bei Wirkung auf das Schmerzsymptom. Schmerzlinderung konnte durch ESWT Verfahren schneller als durch Verapamil Injektionen erfolgen. Der Schmerzrueckgang fuehrte automatisch zur einer verbesserten sexuellen Funktion. Im Bezug auf objektive Parameter der Plaquegroesse und der Deviation wurde keine signifikanten Effekte beobachtet, deswegen erscheint der Behandlungserfolg der IPP mit ESWT oder Verapamil - Therapie fragwuerdig. Moeglicherweise wird ESWT, wie schon die Verapamil Therapieverfahren zuvor, ihren Platz im historischen Kapitel der IPP finden.
Die Cytochrom c Oxidase von Paracoccus denitrificans katalysiert die Reduktion von Sauerstoff zu Wasser und „pumpt“ zusätzlich vier Protonen von der cytoplasmatischen Seite auf die periplasmatische Seite der Cytoplasmamembran. Die Spaltung des molekularen Sauerstoffes im binuklearen Zentrum erfolgt im katalytischen Zyklus des Enzyms bei der Umwandlung des Intermediates A, in welchem molekularer Sauerstoff an das Häm a3 Eisen gebunden ist, in das Intermediat PM durch spontane elektronische Umorganisation. Drei der dazu benötigten vier Elektronen werden von den Metallzentren geliefert. Das vierte Elektron wird sehr wahrscheinlich von einer Aminosäure in der Nähe des binuklearen Zentrums durch Bildung eines Aminosäureradikals beigesteuert. Dieses Radikal sollte in den Intermediaten PM und F• des katalytischen Zyklus der Cytochrom c Oxidase vorhanden sein. Durch Reaktion von stöchiometrischen Mengen an Wasserstoffperoxid mit dem vollständig oxidierten Enzym lassen sich PM; F• und F-Intermediate künstlich erzeugen und durch ihre Maxima in Absorptionsdifferenzspektren charakterisieren. Mit paramagnetischer Elektronenresonanzspektroskopie (EPR-Spektroskopie) können Struktur und Dynamik paramagnetischer Zentren in Proteinmolekülen untersucht werden. Mit dieser Methode konnte in mit Wasserstoffperoxid generierten PM und F•-Intermediaten ein Tyrosinradikal nachgewiesen werden. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit war die Identifikation dieses Tyrosins mittels einer Mutagenesestudie. Dazu wurden Tyrosinvarianten (Y35F, Y167F, Y267F, Y280H, Y328F und Y414F) aus Untereinheit I, die einen maximalen Abstand von 25 Angström vom binuklearen Zentrum aufweisen, mit Hilfe von Absorptions- und EPR-Spektroskopie charakterisiert. Auf diese Weise konnte nachgewiesen werden, dass Tyrosin 167 eindeutig der Ursprungsort des Tyrosinradikals ist, das bei der Generierung von PM- und F•-Intermediaten der Cytochrom c Oxidase mit Wasserstoffperoxid entsteht. Da die Variante Y167F jedoch eine hohe katalytische Aktivität aufwies und in der Lage war, die Oxoferrylintermediate PM; F• und F zu bilden, konnte gleichzeitig gezeigt werden, dass dieses Tyrosin nicht der primäre Donor des vierten Elektrons sein kann, das im katalytischen Zyklus des Enzyms für die Spaltung der Sauerstoffbindung benötigt wird. Diese Ergebnisse wurden dahingehend interpretiert, dass Tyrosin 167 eine thermodynamische Senke darstellt, in die das von einem unbekannten kurzlebigen Elektronendonor bei der Wasserstoffperoxidreaktion gebildete Radikal verschoben wird. Als Donor des vierten Elektrons für die Sauerstoffspaltung kommt auch Tryptophan 272 infrage. Daher wurde auch die Variante W272M spektroskopisch charakterisiert. Diese Variante war katalytisch inaktiv und nicht in der Lage in Reaktion mit Wasserstoffperoxid die Intermediate PM, F• und F zu bilden. Es ließen sich weder das Tyrosin-167-Radikal noch ein anderes Radikal nachweisen. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass Tryptophan 272 möglicherweise der ursprüngliche Donor des vierten Elektrons für die Sauerstoffspaltung im katalytischen Zyklus der Cytochrom c Oxidase sein könnte. Während des PM zu F-Übergangs im katalytischen Zyklus der Cytochrom c Oxidase werden zwei Protonen gepumpt. Diese können vom Enzym entweder über den D-Weg oder den K-Weg aufgenommen werden. Eine Untersuchung des PM zu F-Übergangs von D-Weg- und K-Weg-Varianten der Cytochrom c Oxidase kann Aufschluss über die Beteiligung der beiden Protonenaufnahmewege des Enzyms an diesem Schritt des katalytischen Zyklus geben. Daher wurde die Reaktion der D-Weg Varianten D124N, N131D, Y35F und E278Q und der K-Weg Variante K354M mit Wasserstoffperoxid absorptionsspektroskopisch untersucht. Durch diese Experimente konnte die zentrale Bedeutung des D-Weges für die Protonentranslokation im PM zu F-Übergangs bestätigt, aber auch ein gewisser Einfluss des K-Weges nicht ausgeschlossen werden. Außerdem wurde der PM zu F-Übergang der Variante R437N, die eventuell Teil des noch nicht konkret identifizierten Protonenaustrittsweg der Cytochrom c Oxidase ist, untersucht.
Die Entwicklung neuer und die Adaption bestehender Methoden ist weiterhin eine der vordringlichsten Aufgaben der Forschung zur Bekämpfung der tödlichen Infektion mit dem HI-Virus. So wurde im ersten Teil dieser Arbeit untersucht, ob die Methode der Generierung MHC-unabhängiger Immunantworten gegen Oberflächenproteine, die bereits in der experimentellen Tumortherapie verwendet wird, für die HIV Therapie adaptiert werden kann. In dieser Arbeit war das HIV Hüllprotein Env das Zielmolekül. Der zweite Teil der Arbeit versucht, Erkenntnisse aus der HIV-Forschung für alternative Tumortherapieansätze am Beispiel des kutanen T-Zell Lymphoms zu verwenden. Der erste Teil beschäftigt sich mit der Verwendung des Hüllproteins Env von HIV als Zielstruktur für die Generierung MHC-unabhängiger Immunantworten gegen HIV-infizierte Zellen. Hierfür wurden CD4, 5-Helix sowie zwei Varianten von DC-SIGN als HIV Env-bindende Liganden als chimäre T Zell-Rezeptoren, zusammen mit Teilen von CD3 und CD28, in humanen Zellen exprimiert. Die Funktionalität der Konstrukte konnte gezeigt werden, ein therapeutischer Effekt in vitro war jedoch nicht nachweisbar. Der zweite Teil untersucht die Verwendung des HIV Hüllproteins als therapeutischem Gen zur Behandlung des kutanen T-Zell Lymphoms. Die Pseudotypisierung von MLV-basierenden Vektoren mit HIV Env ermöglicht das zielzellspezifische Eindringen der Vektoren in humane CD4-positive Zellen. Aus diesen Zellen besteht auch das kutane T Zell Lymphom (CTCL). MLV/HIV pseudotypisierte retrovirale Vektoren, die die 89.6P Variante des HIV Hüllproteins Env als therapeutisches Gen transportieren, wurden generiert und zunächst in vitro getestet. Das Wachstum von CTCL-Zellen konnte durch Zugabe dieser Vektorpartikel verhindert und die Zellzahl unter den Ausgangswert reduziert werden. Die Verwendung im Maus-Experiment zeigte einen vergleichbaren Erfolg wie die Verwendung der Herpes simplex Thymidinkinase, obwohl von syn Env nur etwa ein Viertel der Vektorpartikel appliziert wurde. Ein bystander-Effekt ließ sich damit also nachweisen. Die Verwendung chimärer T-Zell-Rezeptoren für MHC-unabhängige Immunantworten gegen HIV-Reservoirs im Körper ist ein vielversprechender Therapieansatz. Neben der Verwendung HIV Env-bindender zellulärer Proteine könnte das Spektrum möglicher Liganden durch die Verwendung Subtypen-übergreifender, nicht-inhibitorischer Antikörper, erweitert werden. Dies ist möglich, da für die Immunantwort lediglich die Bindung an das Hüllprotein notwendig ist. Zur Erhöhung des therapeutischen Effektes des retroviralen Gentransfers zur Therapie kutaner T-Zell Lymphome eignen sich hoch fusogene virale Hüllproteine, die auf diese Weise einen noch stärkeren bystander-Effekt ermöglichen. Die in dieser Arbeit beschriebenen Ergebnisse deuten darauf hin, dass dieser sehr groß sein muss, solange replikationsinkompetente Vektoren verwendet werden.
In this thesis, I study the phase diagram of dense, locally neutral three-flavor quark matter as a function of the strange quark mass, the quark chemical potential, and the temperature, employing a general nine-parameter ansatz for the gap matrix. At zero temperature and small values of the strange quark mass, the ground state of quark matter corresponds to the color–flavor-locked (CFL) phase. At some critical value of the strange quark mass, this is replaced by the recently proposed gapless CFL (gCFL) phase. I also find several other phases, for instance, a metallic CFL (mCFL) phase, a so-called uSC phase where all colors of up quarks are paired, as well as the standard two-flavor color-superconducting (2SC) phase and the gapless 2SC (g2SC) phase. I also study the phase diagram of dense, locally neutral three-flavor quark matter within the framework of a Nambu–Jona-Lasinio (NJL) model. In the analysis, dynamically generated quark masses are taken into account self-consistently. The phase diagram in the plane of temperature and quark chemical potential is presented. The results for two qualitatively different regimes, intermediate and strong diquark coupling strength, are presented. It is shown that the role of gapless phases diminishes with increasing diquark coupling strength. In addition, I study the effect of neutrino trapping on the phase diagram of dense, locally neutral three-flavor quark matter within the same NJL model. The phase diagrams in the plane of temperature and quark chemical potential, as well as in the plane of temperature and leptonnumber chemical potential are presented. I show that neutrino trapping favors two-flavor color superconductivity and disfavors the color–flavor-locked phase at intermediate densities of matter. At the same time, the location of the critical line separating the two-flavor color-superconducting phase and the normal phase of quark matter is little affected by the presence of neutrinos. The implications of these results for the evolution of protoneutron stars are briefly discussed.
Der Brustkrebs ist eine der häufigsten Todesursachen bei der Frau. In Deutschland und den industriell fortgeschrittenen Ländern erkrankt jede zehnte Frau im Laufe ihres Lebens an Brustkrebs. Nach Schätzungen der International Agency for Research on Cancer (IARC) erkrankten im Jahr 2004 ca. 1,2 Millionen Frauen weltweit an Brustkrebs. In den USA wurden ca. 215.990 Frauen mit einem invasiven Brustkrebs 2004 diagnostiziert (Breast Cancer: Statistics on Incidence, Survival, and Screening: http://imaginis.com/breasthealth/statistics.asp). Laut Berechnungen der IARC für das Jahr 2000 liegt die altersstandardisierte Neuerkrankungsrate für die industrialisierten Länder bei 63 Fällen (Weltstandard – WSR) je 100.000, bei den weniger entwickelten Regionen bei 23 Fällen je 100.000. Die Erkrankungsrate in Deutschland liegt mit 70,1 (WSR) deutlich unter den USA mit 99,6 (weiße Frauen - WSR) je 100.000 und geringfügig über dem Durchschnitt der EU mit 68,57 (WSR) je 100.000 (Stabenov und Eisinger 2001). Es gibt große Fortschritte in der Früherkennung, Diagnostik und Therapie des Brustkrebses, die eine bessere und längere Überlebenschance für die erkrankten Frauen bedeuten: Die Magnetresonanz(MR)-Mammographie hat einen neuen Stellenwert in der Diagnostik des Brustkrebses gefunden. Die Kernspintomographie ist die zurzeit sensitivste Methode zur Detektion von Karzinomen bei Hochrisikofrauen (Loibl et al. 2003). Seit Mitte der neunziger Jahre können bei unklaren Befunden MR-gesteuerte Biopsien oder präoperative Markierungen durchgeführt werden (Diebold et al. 2004). Die intraoperative Strahlentherapie verkürzt die mehrwöchige postoperative Strahlentherapie. Die Rate der brusterhaltenden Operationen nimmt stetig zu. Die endokrine Therapie beim hormonsensitiven Brustkrebs mittels dreijähriger ovarieller Downregulation und fünfjähriger Tamoxifenbehandlung hat sich fest etabliert. Es gibt klare Vorteile der stadiengerechten primären systemischen Therapie. In Zukunft könnten monoklonale Antikörper auch außerhalb von Studien zum Einsatz kommen. Man findet heute in den meisten westlichen Industrieländern eine rückläufige Mortalität an Brustkrebs. Die Inzidenz des Brustkrebses wächst jedoch in den westlichen Industrieländern seit 25 Jahren stetig weiter. Änderungen der Lebensweise, des Fortpflanzungsverhaltens und verbesserte Diagnostik erklären diese Entwicklung jedoch nur zum Teil. Die Vorsorge- und Früherkennungsprogramme haben leider nicht den erhofften Erfolg gebracht: Nur etwa ein Drittel der Frauen geht regelmäßig zu den angebotenen Vorsorgeuntersuchungen. Der Nutzen eines Mammographie-Screening-Programms wird kontrovers diskutiert (Miller et al.1992, Baines 1994, von Minckwitz und Kaufmann 1997, Gotzsche und Olsen 2000), manche Autoren machen Mammographien sogar für einen Teil der Inzidenzsteigerung bei jungen Frauen verantwortlich. Zielgruppen des Screenings sind aktuell Frauen zwischen dem 50. und dem 69. Lebensjahr. Derzeitig wird ein Screening-Intervall von 24 Monaten für diese Frauen empfohlen. Bisher ist eine evidenzbasierte Mortalitätsreduktion der Mammographie-Screenings für jüngere Frauen nicht nachgewiesen worden (Jackisch et al. 2004). Es muss daher nach weiteren Ursachen geforscht werden, die diese stetige Steigerung der Inzidenz erklären. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts nimmt der Prozentsatz der Frauen in der Arbeitswelt stetig zu, so dass man hier neben den zivilisatorisch bedingten Veränderungen der Umwelt und des Konsumverhaltens arbeits- und berufsspezifische Ursachen für die Entstehung des Brustkrebses vermutet. Weltweit ist in den letzten zehn bis 20 Jahren eine Vielzahl von Studien mit kontroversen Ergebnissen in der Fachliteratur publiziert worden, die die Rolle dieser neuen Faktoren zu klären versuchen. Wir führten daher eine Fall-Kontroll-Studie zur Untersuchung arbeitsund umweltbedingter chemischer und physikalischer Faktoren für die Entstehung eines Brustkrebses durch. Im ersten Teil dieser Arbeit, die sich ausschließlich mit der Hypothese einer chemischen Verursachung befasst, erfolgt die Darstellung des heutigen Standes der Forschungsergebnisse zum Brustkrebs. Es werden Hypothesen zur Entstehung des Brustkrebses und die publizierte Literatur vorgestellt. Im zweiten Teil der Arbeit werden dann die Methodik und die Ergebnisse dieser Fall-Kontroll-Studie dargestellt. Im dritten Teil dieser Arbeit werden schließlich die Ergebnisse dieser Studie diskutiert und zu den bekannten internationalen Forschungsergebnissen in der Literatur ins Verhältnis gesetzt. Die Arbeit wird anhand der Kriterien für Qualität und Kausalität von Sir Austin Bradford Hill analysiert. Die Methodik der Arbeit wird auf systematische Fehler und Verzerrungen untersucht. Zum Schluss wird eine Zusammenfassung der Arbeit gezogen, und es wird ein Ausblick auf die künftig zu erwartenden Ergebnisse der Forschung unternommen.
On the molecular basis of novel anti-inflammatory compounds and functional leukocyte responses
(2006)
Inflammation is a complex pathophysiological event that can be triggered by activation of a number of distinct activation pathways eventually leading to the release of pro-inflammatory molecules and enzymes. Among all cells involved in inflammatory processes, neutrophils, monocytes and platelets are of major relevance. Activation of leukocytes occurs via binding of agonists to distinct GPCRs leading to activation of G proteins and proximate signaling cascades. In short, GPCR activation by pro-inflammatory agonists such as fMLP, PAF or LTB4 leads to activation of G proteins that are associated with the receptor at the cytosolic side of the plasma membrane. G proteins consist of a Gα- and a Gβγ-subunit which are associated in the inactive state. In this state, G proteins bind GDP. Upon activation, GDP is replaced by GTP that results in the dissociation of the Gα- from the Gβγ-subunit. Both subunits are capable of activating distinct PLC-β isoenzymes that catalyze the turnover of PtdIns(4,5)P2 into the second messengers Ins(1,4,5)P3 and DAG. Every GPCR holds a distinct pattern of associated G proteins which preferentially activate distinct PLC-β isoenzymes. Ca2+ channels within the SR/ER-membrane function as specific receptors for Ins(1,4,5)P3. Ligation of Ins(1,4,5)P3 to this receptor causes a release of Ca2+ from intracellular stores into the cytosol that is subsequently followed by the influx of Ca2+ e through channels in the plasma membrane. Ca2+ represents an important signaling molecule, involved in the regulation of cellular processes and enzymes that mediate inflammatory events such as ROS formation and the release of degradative enzymes. 5-LO and COXs are involved in the biosynthesis of pro-inflammatory eicosanoids and catalyze the turnover of AA into LTs and PGs, respectively. Both enzymes play pivotal roles in the initiation and maintenance of allergic diseases and inflammatory processes. LTB4 is regarded as a potent chemotactic and chemokinetic substance, whereas the cysteinyl-LTs cause smooth muscle contraction and increased vascular permeability. Therefore, 5-LO inhibitors are assumed to possess therapeutic potential for the treatment of diseases related to inflammation. Besides the intervention with 5-LO activity, inhibition of COX-activity is an effective way to suppress inflammatory reactions. The two COX isoenzymes, namely COX-1 and COX-2 show different patterns in terms of tissue expression and sensitivity towards inhibitors. COX-1 is supposed to be constantly expressed whereas COX-2 expression is upregulated at sites of inflammation. The extract of H. perforatum is commonly used for the treatment of mild to moderate depressive disorders, accompanied by a moderate profile of side effects. The extract´s efficacy as an antidepressant can be traced back to the content of the phloroglucinol hyperforin which represents the most abundant lipophilic constituent. However, in folk medicine hypericum extracts are additionally used for the treatment of inflammatory disorders such as rheumatoid arthritis or inflammatory skin diseases. In fact, it was shown that hypericum extracts and hyperforin possess anti-inflammatory potential. Hyperforin was described as a dual inhibitor of 5-LO and COX-1. The phloroglucinols MC and S-MC from M. communis significantly differ from the molecular structure of hyperforin. Hyperforin represents a monomeric prenylated derivative whereas MS and S-MC are non-prenylated oligomeric compounds. To date, the anti-inflammatory potential of SM and S-MC has not been investigated in detail. So far, solely antioxidant activity was attributed to MC and S-MC that indeed might qualify them as anti-inflammatory drugs. The phloroglucinols MC, S-MC and hyperforin are potent inhibitors of ROS formation and HLE release. However, any inhibitory potential of these compounds was only observed when cells were activated by GPCR agonists such as fMLP or PAF. In contrast, when cells were stimulated under circumvention of G protein-associated signaling cascades, the abovementioned inhibitors were not effective at all. In leukocytes, [Ca2+]i plays a pivotal role in signal transduction and regulation of the indicated pro-inflammatory cellular functions. We were able to show that MC, S-MC and hyperforin inhibited GPCR-mediated Ca2+ mobilization with approximately the same potency as the above-mentioned leukocyte responses. However, all of the indicated phloroglucinols were ineffective when cells were stimulated with ionomycin. Since ionomycin as well as GPCR agonists exert their effects by mobilizing Ca2+ i, it seems conceivable that MC, S-MC and hyperforin somehow interfere with G protein-associated signaling pathways. In order to investigate PLC as a potential target of hyperforin, the effects of hyperforin were compared to those of the broad spectrum PLC inhibitor U-73122. We found that both inhibitors acted in a comparable manner in terms of agonist-induced Ca2+ mobilization and in regard of the manipulation of basal Ca2+ levels in unstimulated cells. In this respect, significant differences between hyperforin and U-73122 were obvious for inhibition of total PLC activity in vitro. Thus, U-73122 blocked PLC activity whereas hyperforin was ineffective in this respect. This might indicate that only certain PLC isoenzymes are affected by hyperforin. Alternatively, other components within G protein-associated signaling pathways such as G proteins itself or the Ins(1,4,5)P3 receptor must be taken into account as putative targets of hyperforin. We were able to introduce MC and S-MC as novel dual inhibitors of 5-LO and COX-1. Interestingly, such a pattern was also described for hyperforin. MC and S-MC turned out to be direct inhibitors of 5-LO, based on the fact that they inhibit 5-LO not only in intact cells but also as purified enzyme in vitro. For MC and S-MC, great discrepancies were observed between the IC50 values concerning 5-LO inhibition and the concentrations that exert the antioxidative effects. It seems probable that 5-LO inhibition is not related to reduction of the active site iron as a result of the antioxidant activity of MC and S-MC but rather to direct interference with the 5-LO enzyme. The capability of MC and S-MC to suppress COX-1 activity seems not to be a unique effect of these phloroglucinols because for COX-1, the IBPC, present in both MC and S-MC, turned out to be the most active compound. ....
Die Ursache von Adipositas liegt im übermäßigen Wachstum von Fettgewebe, welches hauptsächlich aus Fettzellen, den Adipozyten, besteht. Die Zellen der stroma-vaskulären Fraktion, welche Vorläuferzellen, Makrophagen und Zellen des lokalen Gefäßnetzwerks enthält, sind außerdem an der Homöostase des Fettgewebes beteiligt. Insbesondere spielt das Gefäßsystem des Fettgewebes in Nagetieren eine wichtige Rolle im Fettgewebewachstum, da die Hemmung der Angiogenese in genetisch- und diät-induzierten fettleibigen Mäusen die Entstehung von Adipositas verhindert. Dennoch wurde das Gefäßsystem des menschlichen Fettgewebes bis heute nicht erforscht. Durch immuno-histochemische Analysen am subkutanen menschlichen Fettgewebe konnten wir zwei verschiedene Gefäßsysteme identifizieren: das vaskuläre Netzwerk des Bluts und das lymphatische vaskuläre Netzwerk. Während die Endothelzellen von beiden Gefäßsystemen die gemeinsamen Endothelzellmarker von Willebrand factor (vWf) und CD31 (PECAM, Platelet Endothelial Cell Adhesion Molecule) exprimierten, konnten die Endothelzellen der Blutgefäße an der Expression des Markers CD34 (Stamm/Blutgefäß-Endothel-Zell-Marker) und die Endothelzellen der Lymphgefäße an der Expression der beiden lymphatischen Marker Podoplanin und VEGFR3 (Vascular Endothelial Growth Factor Receptor 3) spezifisch erkannt werden. Ausschließlich für den Marker CD34-positive Zellen und in Rosetten angeordnete CD31-positive Zellen, welche als residente Makrophagen wurden auch charakterisiert. Um die beiden Gefäßsystemen des menschlichen Fettgewebes weiterhin zu erforschen, haben wir ein auf Immunoselektion basiertes Protokoll entwickelt. Es ermöglicht, Blut- (BEC) und lymphatische (LEC) Endothelzellen aber auch Makrophagen und CD34-positive Zellen spezifisch zu isolieren. Sowohl BEC als auch LEC exprimierten VEGFR1, VEGFR2, vWf und Notch4 und nehmen acetyliertes LDL auf. Darüber hinaus konnte in LEC die Expression von Genen, welche spezifisch für das Lymphgefäßsystem sind, wie Podoplanin, Reelin, VEGFR3, Desmoplakin, LYVE-1 nachgewiesen werden. Durch fluss-cytometrischen Analysen des Anzahls von BEC und LEC im Fettgewebe von Patienten mit unterschiedlichen Body Mass Indices (BMI) wurde entdeckt, dass Fettleibigkeit von einer Erweiterung des vaskulären Netzwerks des Bluts im Fettgewebe begleitet wird, jedoch nicht von einer Erweiterung des lymphatischen vaskulären Systems. Flusscytometrische Analysen belegen, dass es in der CD34-positive Stroma-Zellpopulation Zellen gibt, die den endothelialen Progenitor-Zellmarker CD133 und den primitiven Stammzellmarker ABCG2 exprimieren. Außerdem zeigten die CD34-positive Zellen eine signifikant stärkere Proliferation und Expression von Endothelzellmarkern wie CD31 und vWf, wenn dem Kulturmedium zuvor die Faktoren Vascular Endothelial Growth Factor A (VEGF A) und Insulin-Like Growth Factor-1 zugefügt worden waren. Wurden Mäusen mit Hinterbeinischämie CD34-positive Zellen in vivo injiziert, beteiligten sich diese Zellen an der Neovaskularisation des ischämischen Hinterbeins. Eine signifikante Zunahme des Blutflusses im ischämischen Bein, gekoppelt an einer erhöhten Kapillardichte im ischämischen Muskel und einer Integration der menschlichen Zellen in die Vaskulatur der Maus waren erkennbar. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass es unter den CD34-positive Zellen eine Population von endothelialen Progenitorzellen gibt, die -bei geeigneter Stimulation- zu Endothelzellen differenzieren. Parallel dazu wurden die lokalen Faktoren untersucht, die potentiell an der Wachstumskontrolle, der Migration und der Organisation der ruhenden, aus dem Fettgewebe stammenden, BEC und LEC beteiligt waren. Sekrete der Adipozyten, jedoch nicht der CD34-positive Zellen, induzierten eine signifikante BEC- und LEC-Proliferation. Außerdem induzierte die Kombination von Leptin und VEGF A oder des basic Fibroblast Growth Factor eine signifikante Zunahme der BrdU-Inkorporation in BEC während Adiponectin, VEGF C und VEGF D bereits alleine konzentrationsabhängig die Proliferation von LEC induzierten. Leptin, und nicht Adiponectin, führte zu signifikant höherer BEC-Migration und Röhrenformung, während Adiponectin, und nicht Leptin, die LEC-Migration und -Organisation förderte. Dabei führte Leptin in BEC und Adiponectin in LEC zeitabhängig zu einer signifikanten Zunahme der Phosphorylierung der Kinase Akt. Diese Ergebnisse belegen, dass die beiden aus Adipozyten stammenden Adipokine Leptin und Adiponectin eine tragende Rolle in der Umverteilung von BEC bzw. LEC spielen. Im Rahmen der Adipositas steigt die Plasmakonzentration von Leptin an während die Plasmakonzentration von Adiponectin sinkt. Unsere Ergebnisse deuten daraufhin, dass Leptin als lokaler pro-angiogenetischer Faktor identifizieren und Adiponectin als neuer lymphangiogenetischer Faktor im menschlichen Fettgewebe beschreiben konnte. Demnach könnten Veränderungen, in der Adipositas, der Adipokinfreisetzung durch Adipozyten am Umbau des vaskulären Netzwerks des Bluts und am ausbleibenden Wachstum des lymphatischen vaskulären Systems innerhalb des Fettgewebes beteiligt sein. Schließlich belegen die vorliegenden Ergebnisse das Vorhandensein einer Progenitor-Zell-Population in der Stroma-Fraktion des menschlichen Fettgewebes. Diese Progenitor-Zellen sind in der Lage sich an der Neovaskularisation ischämischen Gewebes zu beteiligen. Diese Population könnte im Hinblick auf zelltherapeutische Strategien eine interessante Alternative zu Stammzellen aus dem Knochenmark darstellen.
5-LO is the key enzyme in the biosynthesis of proinflammatory leukotrienes, converting arachidonic acid to 5-HPETE, and in a second step 5-HPETE to leukotriene A4. Although the 5-LO promoter possesses characteristics of so called housekeeping genes, such as lack of TATA/CCAAT boxes and existence of several Sp1 binding sites, the 5 -LO gene is tissue specifically expressed in primarily immune competent cells of myeloid origin including granulocytes, monocytes, macrophages, mast cells and B-lymphocytes. 5-LO gene expression in MM6 and HL-60 cells is strongly induced after differentiation of the cells with TGF-beta and 1,25(OH)2D3. In some monocytic cancer cell lines, such as HL-60 TB and U937, TGF-beta and 1,25(OH)2D3 treatment are not able to activate 5-LO gene transcription. It was demonstrated, that in these cell lines the 5-LO core promoter is heavily methylated and that only demethylation by the DNA methyltransferase inhibitor 5-aza-2 deoxycytidine (Adc) upregulated the 5-LO mRNA levels. It was also shown that the histone deacetylase inhibitor TsA could induce 5-LO mRNA levels, but only in 1,25(OH)2D3/TGF-beta inducible MM6 cells. Interestingly the 1,25(OH)2D3/TGF-beta effect on 5-LO expression is reduced, when combined with TsA. Reporter gene assays revealed that 5-LO promoter activity is strongly induced after 24 h treatment with 330 nM TsA (construct N10 up to 35 fold in HeLa cells). The effect is dependent on the presence of the proximal Sp1 binding site GC4 (-53 bp to –48 bp in relation to the major TIS) in both HeLa and MM6 cells. In vitro binding of the transcription factor Sp1 to this site has been demonstrated in gel shift assays and DNase I footprints. Mutation of the binding site resulted in a loss of basal promoter activity in both 5-LO negative HeLa cells and in 5-LO positive MM6 cells, as well as in the loss of TsA inducibility. The mutational study of different Sp1 binding sites in a larger promoter context revealed the interaction or respectively the additive effect of the multiple Sp1 binding sites of the 5-LO promoter on basal as well as on TsA upregulated promoter activity. However, GC4 seems to be of special relevance for both the basal promoter activity, possibly recruiting the basal transcription machinery, as well as for the TsA induced upregulation of 5-LO promoter activity. TsA does not alter the protein expression levels of Sp1 and Sp3 as investigated in Western blot analysis, neither in HeLa nor in MM6 cells. DNA affinity purification assays revealed that TsA had no effect on the DNA affinity of Sp1 or Sp3. In vitro binding of both Sp1 and Sp3 to the 5-fold GC box, GC4 and GC5 was demonstrated by DAPA analysis, but histone deacetylase inhibition did not change the associated protein amounts. Finally, in vivo binding of Sp1 and Sp3 was investigated in chromatin immunoprecipitation assay (ChIP) in MM6 cells. TsA clearly induced the association of both proteins to the promoter area surrounding the TIS. Upon TsA treatment also RNA polymerase II binding to the area surrounding the TIS (-318 to +52 bp) was increased and even initiated in the more distal promoter parts –1049 to –292 bp, which are negatively regulated in reporter gene assays. Interestingly histone H4 is already highly acetylated without TsA treatment and the acetylation status of H4 remains unchanged after histone deacetylase inhibition, indicating an open chromatin structure of the 5-LO gene in MM6 cells. In a cotransfection study with Sp1 and Sp3, the transactivating potential of factors was investigated and in accordance with the ChIP data, Sp1 and Sp3 increased the promoter activity, but only after TsA treatment. In gel shift assays, the influence of DNA methylation on Sp1 binding was investigated. The results indicate different roles for the three proximal promoter sites. Whereas Sp1 binding to the 5-fold GC box and GC4 is impaired by DNA methylation, binding to GC5 is even increased. A cotransfection study with methylated 5-LO promoter constructs and the murine methyl-CpG binding proteins suggest MBD1 involvement in the regulation of the 5-LO promoter. Since in gel shifts Sp1 binding is inhibited by DNA methylation, at least to the 5-fold GC box and the activating element GC4, and similarly the mutation/deletion of the same sites strongly reduces or inhibits promoter activity, it is likely to assume, that the loss of promoter activity after in vitro methylation is in the first place due to impaired Sp1/Sp3 binding. Together the data underline the importance and complexity of Sp1/Sp3 binding to the GC rich sites in the regulation of 5-LO promoter activity in response to the histone deacetylase inhibitor TsA as well as in respect to DNA methylation.
Für das Verständnis der Proteinfaltung ist es von Interesse, die phi,psi-Torsionswinkelverteilung und deren Abhängigkeiten innerhalb einer Polypeptidkette zu kennen. Mit der in dieser Arbeit verwendeten Kombination aus MD-Simulation und NMR-Spektroskopie wird die Abhängigkeit der Konformationsverteilung kurzer alaninbasierter Modellpeptide mit einer Genauigkeit von 5 % bestimmt. Die Berechnung der thermischen Populationen der einzelnen Konformationen beruht auf einer Minimierung der Differenz aus experimentellen und berechneten skalaren Kopplungskonstanten. Trialanin populiert überwiegend den Bereich der Polyprolin Typ II Helix (~ 90 %) und daneben den beta-Faltblattbereich mit ca. 10%, jedoch nicht den alphaR-helicalen Bereich. Diese Konformationsverteilung ändert sich nicht signifikant mit zunehmender Kettenlänge in der Peptidreihe Ala3 bis Ala7. Das in der Seitenkette verzweigte Trivalin populiert dagegen alle drei Konformationsbereiche signifikant. Aufgrund der Periodizität der Torsionswinkel populiert Triglycin einen zusammenhängenden Bereich, der sich an den vier Ecken des Ramachandran-Diagramms befindet. Zudem befindet es sich in einem langsamen konformationellen Gleichgewicht zwischen der cis- und trans-Konformation der Peptidbindung. Die Temperaturabhängigkeit der Konformationsverteilung wird am Beispiel von Trialanin untersucht. Die 3J(HN,Ha) Kopplungskonstanten nehmen linear mit der Temperatur zu. Dies ist auf eine Zunahme des beta-Faltblattanteils zurückzuführen und kann theoretisch beschrieben werden. Die Konformationsverteilung der Trialaninsequenz innerhalb einer heteropolymeren Aminosäuresequenz ist von der Kettenlänge der an dem N- und C-Terminus angefügten heteropolymeren Aminosäuresequenz abhängig. Dies wird an zwei Peptiden, abgeleitet von der Sequenz des Proteins Lysozym aus Hühnereiweiß, gezeigt. Das kürzere Peptid hat an beiden Enden jeweils drei Aminosäurereste angefügt, das längere jeweils acht Aminosäurereste. Die Konformationsverteilung der Trialanisequenz des kürzeren Peptids entspricht nahezu der in der Peptidreihe Ala3 bis Ala7. Die Verteilung des längeren Peptids ist dagegen deutlich verschieden (~ 35% alphaR-helicaler Anteil). Die 1HN und 15N chemischen Verschiebungen der Trialaninsequenz des längeren Peptids sind mit denen des entfalteten Lysozym-Proteins identisch und demzufolge aller wahrscheinlichkeit nach auch die Konformationsverteilung. Kurze homopolymere Peptide eignen sich deshalb nicht als Modell für Aminosäuresequenzen in längeren heteropolymeren Peptiden.
The mitochondrial respiratory chain consists of NADH:ubiquinone oxidoreductase (Complex-I), succinate:ubiquinone reductase (Complex-II), ubiquinol:cytochrome c reductase (Complex-III), cytochrome c oxidase (Complex-IV) and cytochrome c as an electron mediator between Complex-III and Complex-IV. Paracoccus denitrificans membranes were used as a model system for the association of the mitochondrial respiratory chain. More than 50 years ago, a model was given for a supercomplex assembly formed by stable associations between these complexes. This model gradually shifted by the model of random diffusion given by Hackenbrock et al. 1986 Different independent approaches were used to further analyze this situation in a native membrane environment, thus avoiding any perturbation caused by detergent solubilization: (a) measuring the distance and orientation of the different complexes by multi-frequency EPR Spectroscopy we started to analyze simple system, the interaction between CuA fragment derived from P. denitrificans and various c type cytochrome by Pulsed X band and G band (180 GHz) EPR. Partner proteins for the CuA (excess negative surface charge) were (i) horse heart cytochrome c which contain a large number of positive charges in heme crevice,(ii) the cytochrome c552 soluble fragment (physiological electron donor and have positive charges), and as a control (iii) the cytochrome c1 soluble fragment (negative surface potential, derived from bc1 complex) The measurements were performed at several magnetic field positions varying temperature between 5 to 30 K. Both the X band and the high-field measurements show the existence of a strong relaxation enhancement of the CuA by the specific binding of the P. denitrificans cytochrome c552 and horse heart cytochrome c. This relaxation enhancement is dependent on temperature and provides information about the distance and relative orientation of the two interacting spins within this protein-protein complex. (b) For quantitative information about lateral diffusion of cytochrome c oxidase in the native membrane Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) was used. In this experiment, diffusion coefficients for oxidase differ in the case of supercomplex for wild type membrane and for two deletion mutants lacking either Complex-I or Complex-III. (c) The optical absorption spectroscopy at microsecond level resolution was tried for the translational mobility of oxidase in membrane vesicles. Due to the presence of different hemes in the native membrane, carbon monoxide (CO) used as a probe for the experiment. The optimization of the experimental conditions were carried out to get the optimal signal.
Although in general cells are genetically identical in multicellular organisms, the differential expression of genomic information enables cell type definition and specific organ function. In eukaryotic cells, the DNA is associated with histone and non-histones proteins into a restrictive structure called chromatin. Assembly into chromatin does not only protect and package the linear double stranded DNA into the nucleus but is fundamental for the execution of diverse genetic programs. Posttranslational modifications of histones regulate the accessibility of the DNA to transcription factors and serve as scaffold for binding of regulatory proteins. Nuclear receptors are transcription factors that bind specific target sequences on the DNA and recruit transcriptional coregulators at the promoter. These are able to modify the chromatin structure in an activating or repressing manner. The contribution of corepressors to the biological actions of nuclear receptors has turned out to be essential. Impaired corepressor function can be the cause of endocrine malfunctions, neoplastic diseases or severe developmental abnormalities. To better understand the role of the nuclear receptor corepressor N-CoR the unknown function of the extreme C-terminus was investigated. In this thesis the interaction of N-CoR with the non-POU-domain containing octamer-binding protein Non0/p54nrb, that was found tobe a potential interaction partner in a yeast-two-hybrid screen, was confirmed. This protein contains two RNA recognition motifs (RRM) and is described as a multifunctional protein since it is involved in transcription Initiation as well as in pre-mRNA processing. The RRM1 motif was determined to be essential and sufficient for the interaction with N-CoR. Obtaining dominant negative effect with the Non0/p54nrb RRM1 deletion mutant in functional reporter assays, data support that NonO modulates the capacity of N-CoR to repress and alters the recruitment of N-CoR by nuclear receptors to targeted Promoters. Additional analyses suggest that the N- and C- terminus of N-CoR are involved in intramolecular interactions and that they regulate each other. Taken results together a functional model is proposed that supports the biological relevance of the interaction of N-CoR with NonO and the function of N-CoR C-terminus acting as asensor that evaluates the ratio of corepressors and coactivators in the nuclear receptor environment. N-CoR repressive capacity would be altered by modulating factors like NonO that interacts with N-CoR C-terminus. The mechanism support that splicing and transcription regulation are physically and functionallylinked to ensure the appropriate amount of messager RNA to be transcript and process in response to stimulation intensity and cell context.
Replizierende Murine Leukämieviren (MLV) können wertvolle Werkzeuge für die humane Krebsgentherapie werden, da sie das Transgen innerhalb des gewünschten Gewebes verteilen, ihr Genom stabil integrieren und einen natürlichen Tumortropismus aufweisen. In vorliegender Arbeit wurde ein System zur visuellen Analyse der MLV‐Replikation sowie der Virusbindung an Zielzellen mittels Einfügung fluoreszierender Proteine etabliert und als Werkzeug für dasDesign und die Optimierung dieser Viren als Gentherapievektoren benutzt. Zuerst wurde die Kodierungskapazität dieser Retroviren durch Aufteilen der viralen Gene auf zwei semireplikative Vektoren vergößert. Die Kopplung der Genome mit fluoreszierenden Proteinen ermöglichte ebenfalls in diesem Zusammenhang die Beobachtung der Repliktion aber auch die einfache Aufdeckung von Rekombinationsereignissen. Die Ergebnisse zeigten den Bedarf weiterer Optimierungen, stellten allerdings einen Vorreiter auf diesem Forschungsgebiet dar und zeigten das Potential dieses Systems auf (Sliva et al., 2004a). Zusätzlich zum natürlichen Tumortropismus sollte die Sicherheit von replizierenden Retroviren für die Tumortherapie erhöht werdn. Gezielte Veränderungen des ecotropen Hüllproteins zu EGFR‐exprimierenden Zellen mittels gerichteter Evolution sowie der Versuch, den Wirtstropismus des Env mit der Insertion des Liganden SDF‐1α auf humane CXCR4‐exprimierende Zellen auszuweiten, sind jedoch gescheitert. Diese Daten müssen sich in die Reihe der erfolglos gebliebenen Versuche, den Wirtstropismus des ecotropen Env auf humane Zellen auszuweiten, einreihen (Sliva et al., 2004b). Abschließend wurde shRNA als therapeutisches Effektormolekül erfolgreich mittels replikationskompetenter MLV in Zielzellen überragen, was zur deutlichen Herabsetzung des Proteinlevels des Zielproteins der siRNA führte (Sliva et al., 2006). Diese modifizierten Viren sind ein gutes Werkzeug zur einfachen in vitro Untersuchung von Genfunktionen, und könnten auch eine Erleichterung für die Untersuchung von Genfunktionen innerhalb von proliferierendem Tumorgewebe darstelln. Des Weiteren präsentieren die Ergebnisse und Beobachtungen dieser Arbeit einen großen Schritt in Richtung Anwendung dieser Virn für die humane Gentherapie. Denn gekoppelt mit z.B. einer tumorspezifischen Expression der shRNA‐Expressionskassette und der intelligenten Wahl der siRNA‐(Ziel)Sequenz, die nach Applikation zum Tod von malignen Tumorzellen führt, wären sie die perfekte Waffe gegen solide Tumoren.
Am Anfang dieser Arbeit wurde die CE als hervorragende Methode zur Identifizierung und Charakterisierung von Nukleinsäuren und Nukleinsäure-Analoga etabliert. Die Anwendung der kommerziell erhältlichen Gelkapillaren führte zwar zu guten Trennergebnissen, zeigte jedoch erhebliche Mängel im praktischen Umgang (Giftigkeit der Agentien), eingeschränkte Lebensdauer der Gele aufgrund von Degradations-prozessen, in der Sensitivität sowie in der Reproduzierbarkeit der erhaltenen Ergebnisse. Aus diesem Grund wurde die Methode im Bezug auf die Gelbildner und die verwendete Detektionsmethode erheblich verbessert. Die Verwendung von Cellulosederivaten als Gelbildner führte zu einer extrem robuster, sensitiven, preiswerten und ungiftigen Methode zur Trennung von komplexen Nukleinsäuregemischen. Die Möglichkeit die Trennmatrix für jeden Lauf zu erneuern, verbesserte die Reproduzierbarkeit der Methode enorm. Für verschiedene Trennprobleme kann durch einfache Veränderung der Viskosität oder der Konzentration des Gelbildners die Methode einfach und schnell optimiert werden. Die etablierte Standardmethode konnte zur Detektion und Charakterisierung unterschiedlichster DNA Fragmente herangezogen werden. So konnte eine Reinheitsprüfung für Oligonukleotide eingeführt werden, Mutationen detektiert werden oder ein weiterer Parameter zur Charakterisierung von Antisense Oligonukleotide etabliert werden. Die zusätzliche Einführung der laserinduzierten Detektion (LIF) in die Standardmethode führte zu einer enormen Steigerung der Sensitivität der Methode. Hiermit können 100-fach kleinere Konzentrationen von Nukleinsäuren detektiert werden, als mit der herkömmlichen UV-Detektion. Basierend auf diesen Optimierungen ist es gelungen die entwickelte CE Methode als ein wesentlichen Bestandteil eines hochselektiven und spezifischen zellbasierten Modells zur Detektion von apoptotischen Vorgängen zu etablieren. Dieses Modell hat, im Gegensatz zu den zahlreichen, existierenden Cytotox-Assays, den entscheidenden Vorteil, dass es auf Wirkebene detektiert und nicht nur Surrogatparameter, wie zum Beispiel Zellmembranschäden, erfasst. Trotzdem ist es einfach und schnell durchführbar. Dadurch ist das etablierte Modell zur klaren Unterscheidung von Apoptose und Nekrose in der Lage. Diese klare Unterscheidung macht ein Wirkstoff-Screening von potentiell apoptose-induzierenden Wirkstoffen einfach und schnell möglich. Wie gezeigt wurde, kann durch die Verwendung von Tumorzelllinien mit verschiedenen Prädispositionen die Unterscheidung von unspezifisch induzierter Apoptose, wie z.B. durch Serumentzug, und von spezifisch induzierter Apoptose, wie z.B. durch Etoposid bei Caspase-3 enthaltenden Zelllinien und Vitamin-D-Analoga bei Vitamin-D3-Rezeptor tragenden Tumorzelllinien, möglich gemacht werden. Das Potential des etablierten Modells kann durch Einsatz verschiedenster Tumorzellen erweitert werden. So kann man die Wirksamkeit sowie die Resistenz der Tumorzellen gegenüber vorhandenen und neuen Tumortherapeutika ohne größere Probleme zeigen.
In der vorliegenden Arbeit wurden neue Interaktionspartner des einwärtsrektifizierenden, renalen ROMK-Kaliumkanals identifiziert und funktionell in Xenopus Oozyten untersucht. Zunächst wurde mit Hilfe eines modifizierten Hefe-Zwei-Hybrid-Systems und dem zytosolischen C-Terminus von ROMK als Köderprotein eine cDNS-Bibliothek der humanen Niere durchmustert. Eine Besonderheit hierbei war, daß das Köderprotein im Gegensatz zu dem herkömmlichen Hefe-Zwei-Hybrid-System in der nativen, tetrameren Konformation vorlag. Die Interaktion der isolierten Proteine mit dem ROMK-C-Terminus wurde anschließend in der Hefe in direkten Bindungsstudien bestätigt. Auf diese Weise konnten 25 neue Interaktionspartner für ROMK gefunden werden. Aufgrund ihrer teilweise bekannten Funktionen und Strukturen wurden einige, insbesondere das Golgi-Protein Golgin-160, das Adapterprotein GRB7 und die Serin/Threonin-Proteinphosphatase-Untereinheit PP2A B56β, für eine weitergehende Charakterisierung ausgewählt. Die vermutete Beteiligung von Golgin-160 am vesikulären Membrantransport machte die gefundene Interaktion mit ROMK besonders interessant, da über den Transport des Kanals vom Endoplasmatischen Retikulum über den Golgi-Apparat bis an die Zelloberfläche nur wenig bekannt ist. Zunächst konnte die Bindung von Golgin-160 an das ROMK Kanalprotein durch Koimmunpräzipitation beider Proteine aus Lysaten transfizierter Säugerzellen unterstützt werden. Immunfluoreszenzmikroskopische Untersuchungen bestätigten weiterhin, daß beide Proteine tatsächlich und ausschließlich im Bereich des Golgi-Apparats kolokalisiert sind. Dies verstärkte die Vermutung, daß Golgin-160 am Membrantransport von ROMK beteiligt ist. Funktionelle Untersuchungen in Xenopus Oozyten mit Hilfe der Zwei-Elektroden-Spannungsklemme ergaben nach Koexpression beider Proteine reproduzierbar eine Verdopplung der ROMK-Stromamplitude. Mittels einer Chemolumineszenz-Oberflächenexpressionsanalyse konnte dies auf eine Zunahme der Dichte des Kanalproteins in der Plasmamembran zurückgeführt werden. Ähnliche Resultate wurden auch für das nahe verwandte Kir2.1-Kanalprotein erhalten. Diese Untersuchungen zeigten zudem, daß nur das Kanalprotein an der Zelloberfläche, nicht aber die Gesamtmenge des Proteins in der Zelle erhöht war. Dementsprechend waren auch die biophysikalischen und pharmakologischen Eigenschaften des ROMK-Kanals durch das koexprimierte Golgin-160 nicht verändert. Um die Bedeutung der gefundenen Interaktion näher zu untersuchen, wurden Bindungsstudien mit C-terminalen Bartter-Mutanten von ROMK durchgeführt. Alle untersuchten Punkt- und Trunkationsmutanten waren noch zur Bindung von Golgin-160 fähig, und zwei Punktmutanten konnten durch Golgin-160 auch funktionell stimuliert werden. Daraus kann geschlossen werden, daß diese hochkonservierten Aminosäurereste des Kanalproteins nicht an der Bindung von Golgin-160 beteiligt sind, und daß der defekte Membrantransport dieser krankheitsverursachenden Mutanten nicht auf einer gestörten Interaktion mit dem untersuchten Golgi-Protein beruht. Mit diesen Untersuchungen wurde erstmalig gezeigt, daß Golgin-160 am Golgi-Apparat selektiv mit transportierten Membranproteinen interagiert und dadurch deren Zelloberflächenexpression reguliert. Eine spezifische Rolle beim Transport von Oberflächenproteinen zur Plasmamembran wird durch das Ergebnis unterstrichen, daß auch die Oberflächenexpression der entfernt verwandten Kv1.5- und Kv4.3-Kanalproteine stimuliert wird, aber nicht die des HERGKaliumkanals. In weiteren funktionellen Untersuchungen konnten auch für GRB7 und PP2A B56β erstmalig Einflüsse auf die ROMK-Kanalaktivität gezeigt werden. Die Koexpression von GRB7 führte sowohl bei ROMK als auch bei verwandten Kir2-Kanalproteinen zu einer Verringerung der Stromamplitude. Bei PP2A B56β war der Effekt von der Expressionshöhe dieser regulatorischen Phosphatase- Untereinheit abhängig. So waren die ROMK-Ströme bei geringen Mengen an injizierter PP2A B56β erhöht, nach Injektion größerer Mengen dagegen reduziert. Die Regulation der ROMK-Kanalaktivität wird größtenteils durch die Kontrolle der Kanaldichte an der Zelloberfläche erzielt. Da unterschiedliche Signalwege die Häufigkeit des Kanalproteins an der Zelloberfläche modulieren können, kann vermutet werden, daß nicht nur Golgin-160 sondern auch GRB7 und PP2A B56β an der Regulation der Oberflächenexpression von ROMK beteiligt sind (Abb. 36). Die Identifizierung dieser neuen Interaktionspartner stellt deshalb einen ersten wichtigen Schritt bei der Aufklärung der dieser Regulation zugrundeliegenden molekularen Mechanismen dar.
The goal of this thesis was the development, evaluation and application of novel virtual screening approaches for the rational compilation of high quality pharmacological screening libraries. The criteria for a high quality were a high probability of the selected molecules to be active compared to randomly selected molecules and diversity in the retrieved chemotypes of the selected molecules to be prepared for the attrition of single lead structures. For the latter criterion the virtual screening approach had to perform “scaffold hopping”. The first molecular descriptor that was explicitly reported for that purpose was the topological pharmacophore CATS descriptor, representing a correlation vector (CV) of all pharmacophore points in a molecule. The representation is alignment-free and thus renders fast screening of large databases feasible. In a first series of experiments the CATS descriptor was conceptually extended to the three-dimensional pharmacophore-pair CATS3D descriptor and the molecular surface based SURFCATS descriptor. The scaling of the CATS3D descriptor, the combination of CATS3D with different similarity metrics and the dependence of the CATS3D descriptor on the threedimensional conformations of the molecules in the virtual screening database were evaluated in retrospective screening experiments. The “scaffold hopping” capabilities of CATS3D and SURFCATS were compared to CATS and the substructure fingerprint MACCS keys. Prospective virtual screening with CATS3D similarity searching was applied for the TAR RNA and the metabotropic glutamate receptor 5 (mGlur5). A combination of supervised and unsupervised neural networks trained on CATS3D descriptors was applied prospectively to compile a focused but still diverse library of mGluR5 modulators. In a second series of experiments the SQUID fuzzy pharmacophore model method was developed, that was aimed to provide a more general query for virtual screening than the CATS family descriptors. A prospective application of the fuzzy pharmacophore models was performed for TAR RNA ligands. In a last experiment a structure-/ligand-based pharmacophore model was developed for taspase1 based on a homology model of the enzyme. This model was applied prospectively for the screening for the first inhibitors of taspase1. The effect of different similarity metrics (Euc: Euclidean distance, Manh: Manhattan distance and Tani: Tanimoto similarity) and different scaling methods (unscaled, scaling1: scaling by the number of atoms, and scaling2: scaling by the added incidences of potential pharmacophore points of atom pairs) on CATS3D similarity searching was evaluated in retrospective virtual screening experiments. 12 target classes of the COBRA database of annotated ligands from recent scientific literature were used for that purpose. Scaling2, a new development for the CATS3D descriptor, was shown to perform best on average in combination with all three similarity metrics (enrichment factor ef (1%): Manh = 11.8 ± 4.3, Euc = 11.9 ± 4.6, Tani = 12.8 ± 5.1). The Tanimoto coefficient was found to perform best with the new scaling method. Using the other scaling methods the Manhattan distance performed best (ef (1%): unscaled: Manh = 9.6 ± 4.0, Euc = 8.1 ± 3.5, Tani = 8.3 ± 3.8; scaling1: Manh = 10.3 ± 4.1, Euc = 8.8 ± 3.6, Tani = 9.1 ± 3.8). Since CATS3D is independent of an alignment, the dependence of a “receptor relevant” conformation might also be weaker compared to other methods like docking. Using such methods might be a possibility to overcome problems like protein flexibility or the computational expensive calculation of many conformers. To test this hypothesis, co-crystal structures of 11 target classes served as queries for virtual screening of the COBRA database. Different numbers of conformations were calculated for the COBRA database. Using only a single conformation already resulted in a significant enrichment of isofunctional molecules on average (ef (1%) = 6.0 ± 6.5). This observation was also made for ligand classes with many rotatable bonds (e.g. HIV-protease: 19.3 ± 6.2 rotatable bonds in COBRA, ef (1%) = 12.2 ± 11.8). On average only an improvement from using the maximum number of conformations (on average 37 conformations / molecule) to using single conformations of 1.1 fold was found. It was found that using more conformations actives and inactives equally became more similar to the reference compounds according to the CATS3D representations. Applying the same parameters as before to calculate conformations for the crystal structure ligands resulted in an average Cartesian RMSD of the single conformations to the crystal structure conformations of 1.7 ± 0.7 Å. For the maximum number of conformations, the RMSD decreased to 1.0 ± 0.5 Å (1.8 fold improvement on average). To assess the virtual screening performance and the scaffold hopping potential of CATS3D and SURFACATS, these descriptors were compared to CATS and the MACCS keys, a fingerprint based on exact chemical substructures. Retrospective screening of ten classes of the COBRA database was performed. According to the average enrichment factors the MACCS keys performed best (ef (1%): MACCS = 17.4 ± 6.4, CATS = 14.6 ± 5.4, CATS3D = 13.9 ± 4.9, SURFCATS = 12.2 ± 5.5). The classes, where MACCS performed best, consisted of a lower average fraction of different scaffolds relative to the number of molecules (0.44 ± 0.13), than the classes, where CATS performed best (0.65 ± 0.13). CATS3D was the best performing method for only a single target class with an intermediate fraction of scaffolds (0.55). SURFCATS was not found to perform best for a single class. These results indicate that CATS and the CATS3D descriptors might be better suited to find novel scaffolds than the MACCS keys. All methods were also shown to complement each other by retrieving scaffolds that were not found by the other methods. A prospective evaluation of CATS3D similarity searching was done for metabotropic glutamate receptor 5 (mGluR5) allosteric modulators. Seven known antagonists of mGluR5 with sub-micromolar IC50 were used as reference ligands for virtual screening of the 20,000 most drug-like compounds – as predicted by an artificial neural network approach – of the Asinex vendor database (194,563 compounds). Eight of 29 virtual screening hits were found with a Ki below 50 µM in a binding assay. Most of the ligands were only moderately specific for mGluR5 (maximum of > 4.2 fold selectivity) relative to mGluR1, the most similar receptor to mGluR5. One ligand exhibited even a better Ki for mGluR1 than for mGluR5 (mGluR5: Ki > 100 µM, mGluR1: Ki = 14 µM). All hits had different scaffolds than the reference molecules. It was demonstrated that the compiled library contained molecules that were different from the reference structures – as estimated by MACCS substructure fingerprints – but were still considered isofunctional by both CATS and CATS3D pharmacophore approaches. Artificial neural networks (ANN) provide an alternative to similarity searching in virtual screening, with the advantage that they incorporate knowledge from a learning procedure. A combination of artificial neural networks for the compilation of a focused but still structurally diverse screening library was employed prospectively for mGluR5. Ensembles of neural networks were trained on CATS3D representations of the training data for the prediction of “mGluR5-likeness” and for “mGluR5/mGluR1 selectivity”, the most similar receptor to mGluR5, yielding Matthews cc between 0.88 and 0.92 as well as 0.88 and 0.91 respectively. The best 8,403 hits (the focused library: the intersection of the best hits from both prediction tasks) from virtually ranking the Enamine vendor database (ca. 1,000,000 molecules), were further analyzed by two self-organizing maps (SOMs), trained on CATS3D descriptors and on MACCS substructure fingerprints. A diverse and representative subset of the hits was obtained by selecting the most similar molecules to each SOM neuron. Binding studies of the selected compounds (16 molecules from each map) gave that three of the molecules from the CATS3D SOM and two of the molecules from the MACCS SOM showed mGluR5 binding. The best hit with a Ki of 21 µM was found in the CATS3D SOM. The selectivity of the compounds for mGluR5 over mGluR1 was low. Since the binding pockets in the two receptors are similar the general CATS3D representation might not have been appropriate for the prediction of selectivity. In both SOMs new active molecules were found in neurons that did not contain molecules from the training set, i. e. the approach was able to enter new areas of chemical space with respect to mGluR5. The combination of supervised and unsupervised neural networks and CATS3D seemed to be suited for the retrieval of dissimilar molecules with the same class of biological activity, rather than for the optimization of molecules with respect to activity or selectivity. A new virtual screening approach was developed with the SQUID (Sophisticated Quantification of Interaction Distributions) fuzzy pharmacophore method. In SQUID pairs of Gaussian probability densities are used for the construction of a CV descriptor. The Gaussians represent clusters of atoms comprising the same pharmacophoric feature within an alignment of several active reference molecules. The fuzzy representation of the molecules should enhance the performance in scaffold hopping. Pharmacophore models with different degrees of fuzziness (resolution) can be defined which might be an appropriate means to compensate for ligand and receptor flexibility. For virtual screening the 3D distribution of Gaussian densities is transformed into a two-point correlation vector representation which describes the probability density for the presence of atom-pairs, comprising defined pharmacophoric features. The fuzzy pharmacophore CV was used to rank CATS3D representations of molecules. The approach was validated by retrospective screening for cyclooxygenase 2 (COX-2) and thrombin ligands. A variety of models with different degrees of fuzziness were calculated and tested for both classes of molecules. Best performance was obtained with pharmacophore models reflecting an intermediate degree of fuzziness. Appropriately weighted fuzzy pharmacophore models performed better in retrospective screening than CATS3D similarity searching using single query molecules, for both COX-2 and thrombin (ef (1%): COX-2: SQUID = 39.2., best CATS3D result = 26.6; Thrombin: SQUID = 18.0, best CATS3D result = 16.7). The new pharmacophore method was shown to complement MOE pharmacophore models. SQUID fuzzy pharmacophore and CATS3D virtual screening were applied prospectively to retrieve novel scaffolds of RNA binding molecules, inhibiting the Tat-TAR interaction. A pharmacophore model was built up from one ligand (acetylpromazine, IC50 = 500 µM) and a fragment of another known ligand (CGP40336A), which was assumed to bind with a comparable binding mode as acetylpromazine. The fragment was flexible aligned to the TAR bound NMR conformation of acetylpromazine. Using an optimized SQUID pharmacophore model the 20,000 most druglike molecules from the SPECS database (229,658 compounds) were screened for Tat-TAR ligands. Both reference inhibitors were also applied for CATS3D similarity searching. A set of 19 molecules from the SQUID and CATS3D results was selected for experimental testing. In a fluorescence resonance energy transfer (FRET) assay the best SQUID hit showed an IC50 value of 46 µM, which represents an approximately tenfold improvement over the reference acetylpromazine. The best hit from CATS3D similarity searching showed an IC50 comparable to acetylpromazine (IC50 = 500 µM). Both hits contained different molecular scaffolds than the reference molecules. Structure-based pharmacophores provide an alternative to ligand-based approaches, with the advantage that no ligands have to be known in advance and no topological bias is introduced. The latter is e.g. favorable for hopping from peptide-like substrates to drug-like molecules. A homology model of the threonine aspartase taspase1 was calculated based on the crystal structures of a homologous isoaspartyl peptidase. Docking studies of the substrate with GOLD identified a binding mode where the cleaved bond was situated directly above the reactive N-terminal threonine. The predicted enzyme-substrate complex was used to derive a pharmacophore model for virtual screening for novel taspase1 inhibitors. 85 molecules were identified from virtual screening with the pharmacophore model as potential taspase1- inhibitors, however biochemical data was not available before the end of this thesis. In summary this thesis demonstrated the successful development, improvement and application of pharmacophore-based virtual screening methods for the compilation of molecule-libraries for early phase drug development. The highest potential of such methods seemed to be in scaffold hopping, the non-trivial task of finding different molecules with the same biological activity.
Das Zytolysin ClyA von Escherichia coli ist der Prototyp einer neuartigen Familie von porenbildenden, bakteriellen Zytolysinen, welche in verschiedenen Vertretern der Enterobacteriaceae vorkommen. Es handelt sich bei diesem Toxin um ein Protein von 34 kDa, das hämolytische und zytotoxische Aktivität aufweist und das in Zellmembranen stabile Poren einführt, indem es sich zu ringförmigen ClyA-Oligomeren zusammenlagert. Die vorliegende Dissertation sollte einen Beitrag zur funktionalen Charakterisierung des ClyA-Proteins von E. coli K12 liefern. Insbesondere sollte die Bedeutung der N-terminalen Region für den Sekretionsmechanismus, für die hämolytische und porenbildende Aktivität, für die Interaktion mit Zielmembranen und für die Fähigkeit zur Oligomerisierung des Proteins analysiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden hierzu ClyA-Derivate mit spezifischen Mutationen innerhalb des N-terminalen Bereiches hergestellt und auf ihre Funktions-tüchtigkeit überprüft. Diese Untersuchungen gingen von den bestehenden Erkenntnissen aus, dass die Sekretion von ClyA über eine periplasmatische Zwischenstufe verläuft und keine N-terminale Prozessierung des Toxins erfolgt. Es wurde festgestellt, dass bereits kurze, sukzessive Deletionen innerhalb der beginnenden N-terminalen Region, wie die Deletion der Aminosäuren an Position zwei bis fünf (ClyA∆2-5) und sechs bis zehn (ClyA∆6-10), einen deutlich hemmenden Effekt auf den Transfer von ClyA über die zytoplasmatische Membran zur Folge hatte, welcher durch die Deletion der Aminosäuren an Position zwei bis zehn (ClyA∆2-10) weiter verstärkt wurde. Größere N-terminale Mutationen, wie die Deletionen der Aminosäuren an Position zwei bis fünfzehn (ClyA∆2-15) und zwei bis zwanzig (ClyA∆2-20) sowie interne Deletionen, die Aminosäuren jenseits von Aminosäureposition zehn betrafen (ClyA∆6-15, ClyA∆11-15, ClyA∆11-20, ClyA∆16-20), führten zur fast vollständigen Inhibierung (ClyA∆6-15) oder totalen Blockierung (ClyA∆11-15, ClyA∆11-20, ClyA∆16-20, ClyA∆2-20, ClyA∆2-15) des Transports von ClyA in den periplas-matischen Raum. Während die hämolytische Aktivität der ClyA-Mutanten ClyA∆2-5, ClyA∆6-10 und ClyA∆2-10 zwar abnahm, jedoch im Vergleich zu der des wildtypischen ClyA-Proteins noch verhältnismäßig hoch war, beeinflussten die weiteren Deletionen (ClyA∆6-15, ClyA∆11-15, ClyA∆11-20, ClyA∆16-20, ClyA∆2-15, ClyA∆2-20) die hämolytische Eigenschaft des Toxins ganz erheblich. So verursachten diese Mutationen eine massive Abnahme (ClyA∆6-15) bzw. einen kompletten Verlust (ClyA∆11-15, ClyA∆11-20, ClyA∆16-20, ClyA∆2-20, ClyA∆2-15) der zytolytischen Aktivität des ClyA-Proteins gegenüber Erythrozyten. Untersuchungen an künstlichen Lipidmembranen ergaben, dass die Deletion der Aminosäuren an Position zwei bis fünf, sechs bis zehn und zwei bis zehn die porenbildende Aktivität des ClyA-Proteins nur unwesentlich beeinträchtigt. Dagegen störte die Deletion der Aminosäuren an Position zwei bis fünfzehn und zwei bis zwanzig die porenbildende Eigenschaft von ClyA so tiefgreifend, dass keine (ClyA∆2-20) oder nur Transmembranporen mit extrem geringem Innendurchmesser (ClyA∆2-15) erzeugt wurden. Daneben spiegelten instabile Membranporen, die durch die ClyA-Mutanten ClyA∆6-15, ClyA∆11-15, ClyA∆11-20 und ClyA∆16-20 im künstlichen Lipid-Bilayer gebildet wurden, die negativen Auswirkungen dieser Mutationen auf die porenbildende Aktivität des Toxins wider. Die gesammelten Daten unterstreichen somit nicht nur die essentielle Bedeutung der N-terminalen Region des Zytolysins ClyA von E. coli K12 für den Transport in den periplasmatischen Raum, sondern auch für die hämolytische und porenbildende Eigenschaft des Toxins. Allerdings wurde die hämolytische und porenbildende Aktivität des ClyA-Proteins erst durch Mutationen ab Aminosäureposition zehn signifikant beeinträchtigt. Demgegenüber verdeutlichten Untersuchungen zum Bindungsverhalten an Zielzellen sowie Crosslinking-Experimente, dass die N-terminale Aminosäuresequenz von Position zwei bis zwanzig von ClyA weder für die Bindung an Erythrozyten noch für die Oligomerisierung des Toxins einen wesentlichen Faktor darstellt.
Einleitung: Sport und Bewegung sind ein wesentlicher Bestandteil der Adipositastherapie von Heranwachsenden. Die Auswahl therapeutischer Bewegungsangebote und die Belastungsteuerung erfolgen jedoch bislang nicht evidenzbasiert. Zur Einschätzung der individuellen Beanspruchung, Sicherung der Prozessqualität und Identifikation günstiger Bewegungsangebote in der juvenilen Adipositastherapie ist eine objektive Erfassung von Kenngrößen der kardiovaskulären Beanspruchung erforderlich. Methode: In einem Eingangstest wurde bei 20 adipösen Heranwachsenden ohne Komorbidität (12,9±1,8 Jahre, BMI 30,6±3,9 kg/m2, VO2max 29,8±4,5 ml/(kg*min)) der individuelle Zusammenhang zwischen Herzfrequenz (HF) und Sauerstoffaufnahme (VO2) unter standardisierten Ruhe- und Belastungsbedingungen ermittelt. Im Anschluss wurde der HF-Verlauf bei 7 verschiedenen bewegungstherapeutischen Angeboten der 4wöchigen Komplextherapie erfasst. Energieumsatz (EE), Beanspruchung (Irel) sowie der Zeitanteil moderater und intensiver Belastung (MVPA) wurden auf Basis der individuellen HF-VO2 Regression berechnet. Ergebnisse: 7,5 Stunden Bewegungstherapie pro Woche induzierten einen Energiemehrum-satz von 1.871±533 Kcal pro Woche und resultierten in 3,5±1,1h MVPA. EE [KJ/kg/h] und Irel [%VO2R] beim Walking (14,0±2,9; 29±8; Median ± Mediandeviation) unterschieden sich signifikant von Wasserspielen (18,0±4,4; 42±14), Bahnenschwimmen (19,9±5,9; 47±17), 65-85W Fahrradergometrie (19,6±3,7; 46±8), Kräftigungszirkel (18,9±3,7; 44±9), kleinen Spielen (19,0±5,4; 45±16) und großen Spielen (20,6±7,0; 48±19) (p<0.05). Diskussion: Das Resultat zeigt, dass 75% der Kinder und Jugendlichen mit ihrer Teilnahme an der stationären Komplextherapie konservative Empfehlungen zum kontinuierlichen oder kumulierten Umfang moderater bis intensiver körperlicher Aktivität (150 min wöchentlich; Williams et al. 2002) erreichen oder übertreffen. Das untersuchte Programm kann somit für einen Großteil der Patienten als angemessen und richtungsweisend eingeschätzt werden. Allerdings sind nicht alle Teilnehmer mit ausreichender Intensität körperlich aktiv sind, was Forderungen nach bestmöglicher Motivierung aller Teilnehmer und individueller Belastungssteuerung unterstreicht. Mit Ausnahme von Walking ließen sich im Hinblick auf kardiorespiratorische Belastungscharakteristika keine signifikanten Unterschiede zwischen den untersuchten Bewegungsangeboten ermitteln. Im Sinne einer nachhaltigen Veränderung des Bewegungsverhaltens können vor diesem Hintergrund bei der Wahl geeigneter Therapieformen zukünftig die individuellen Neigungen Heranwachsender noch stärker Beachtung finden. Die Ergebnisse unterstreichen damit die hohe praktische Relevanz derartiger Untersuchungen für die zukünftige Gestaltung ambulanter und stationärer Therapieprogramme. Weitere Studien sind nötig, um die Reproduzierbarkeit und Übertragbarkeit der vorliegenden Ergebnisse zu überprüfen und Dosis-Wirkungs-Beziehungen von Bewegung zielgruppenspezifisch zu ermitteln.
Die folgende Arbeit ist eine von drei Dissertationen des interdisziplinären Forschungsvorhabens „Landschaftsarchäologie im Hessischen Ried“, das im Rahmen des Frankfurter Graduiertenkollegs „Archäologische Analytik“ stattfand. Das Projekt bestand aus einer archäologisch-historischen (MAURER 2003), einer bodenkundlichen (KANNENGIEßER Diss. in Arbeit) sowie dieser palynologischen Dissertation. Gemeinsam beschäftigen sich diese Arbeiten mit der Landschaftsrekonstruktion des nördlichen Hessischen Rieds. Die palynologischen Untersuchungen hatten das Ziel, die bisher weitgehend unbekannte ‚jüngere’ Vegetationsgeschichte von der vorrömischen Eisenzeit bis etwa zum 5. Jh. n. Chr. zu rekonstruieren. Zwischen der Eisenzeit und dem Frühmittelalter gab es im Hessischen Ried mehrere kulturelle Umbrüche. In der Spätlatènezeit siedelte eine keltische Bevölkerungsgruppe im nördlichen Hessischen Ried. Deren Spur verliert sich aber im 1. Jh. v. Chr. Erst nach einer ‚Fundlücke’ von etwa 50 Jahren findet man schließlich Überreste eine elbgermanische Population (LENZ-BERNHARD & BERNHARD 1991). Über Lebensweise und Anzahl dieser germanischen Bevölkerung wissen wir fast nichts. Zumindest ein Teil von ihnen aber diente im römischen Heer. Etwa ab dem Jahr 13/12 v. Chr. in augusteischer Zeit stand das Ried unter dem Einfluss des seitdem am Rhein stationierten römischen Militärs (MAURER 2003). Im Zuge der Okkupation kamen römische Soldaten mitsamt ihrem Tross von Angehörigen und Marketendern an den Rhein. Da sehr wenig über die zuvor ansässige Bevölkerung bekannt ist, ist es unklar, wie sich die Bevölkerungsstärke und damit der Bedarf an landwirtschaftlicher Nutzfläche während dieser Zeit veränderte. In der mittleren Kaiserzeit (ca. 70–260 n. Chr.) bildete das Hessische Ried das südöstliche Vorfeld der Provinzhauptstadt Mogontiacum (Mainz) bzw. das Umland des Auxiliarkastells/Zivilvicus Groß-Gerau-„Auf Esch“. In die sog. „agri decumates“ rechts des Rheins (Tacitus, GERMANIA 29, 3) gesellten sich nach und nach noch gallische Siedler zur römischen Bevölkerung. Es ist zu erwarten, dass sich die kulturellen Umbrüche dieser Zeit auch im Landschaftsbild widerspiegelten. Beispielsweise werden vielerorts den Römern die ersten großflächigen Waldrodungen und Raubbau an der Landschaft zugeschrieben (BEHRE 1988, CÜPPERS 1990, DUMAYNE 1993). In den letzten Jahren mehren sich allerdings die Indizien dafür, dass zumindest in einigen Gebieten einschneidende Landschaftseingriffe bereits in der Eisenzeit stattgefunden haben und die Landschaft bei Ankunft der Römer schon weitgehend entwaldet und anthropogen geprägt war (BUNNIK et al. 1995, STOBBE 1996, 2000, STOBBE & KALIS 2001, 2002, DÖRFLER et al. 2000, KOOISTRA 1996, DUMAYNE 1993, DUMAYNE-PEATY 1998). Auch für das nördliche Hessische Ried bestätigt die vorliegende Arbeit dieses Bild. Schon in der Eisenzeit entstand im Hessischen Ried eine weitgehend geöffnete Landschaft mit Grünlandflächen und Äckern. Die Vegetationsveränderungen beim Übergang von der Bronzezeit zur Eisenzeit (um 800 BC) sind dabei weit deutlicher als beim Übergang von der Eisenzeit zur Römischen Kaiserzeit. In der Römerzeit wurde zwar der Ackerbau intensiviert und einige typische Kulturpflanzen wurden eingeführt, doch das restliche Pollenspektrum verändert sich kaum. Beim Rückzug der römischen Armee vom Odenwaldlimes kam es zu einer leichten Regeneration der Buche im Umland. Während der Völkerwanderungszeit sieht man in den Profilen keine deutliche Waldregeneration, sondern nur einen leichten Rückgang der Bewirtschaftung.
Boswellia serrata gum resin extracts (frankincense) have been used for centuries in folk medicine in Asia and Africa. They have shown beneficial therapeutic effects, particularly in the treatment of chronic inflammatory diseases. Clinical studies on humans confirmed an anti-inflammatory and anti-cancer potential of Frankincense preparations. Boswellic acids (BAs) are the major ingredients, responsible for the pharmacological action of the extracts. Molecular and cellular studies with BAs revealed a number of targets including 5-lipoxygenase (LO), topoisomerases and the NF-κB pathway. Since there is little information on the modulation of cellular physiology by BAs, this work was designed to provide a detailed investigation of the cellular and molecular effects of BAs in several cell types related to inflammation. We report that 11-keto-BAs are potent activators of functional responses in human neutrophils, a type of leukocytes mediating acute inflammatory processes. Neutrophil activation by 11-keto-BAs is reflected by enhanced generation of oxygen radicals, release of arachidonic acid (AA) and the subsequent transformation of AA to pro-inflammatory eicosanoids. Investigation of the participating signalling pathways identified Ca2+, phosphoinositide-3 kinase, and members of the MAP kinase family (ERKs) as mediators. Second, we present a detailed study of the modulation of human platelet physiology and intracellular signalling events by BAs. Intriguingly, we discovered an inverse structure-activity relationship of BAs regarding platelet activation, with 11-methylene-BAs being superior over 11-keto-BAs. Thus, 11-methylene-BAs stimulated platelet Ca2+ mobilisation, MAP kinase and Akt activation, AA release, 12-LO and cyclooxygenase product formation, and thrombin generation. Novel Ca2+-independent activation pathways of platelet lipid metabolism were discovered. In contrast, 11-keto-BAs were inactive but found to inhibit platelet (p)12-LO directly. Interaction with p12-LO was confirmed in a pulldown assay using immobilised BAs as bait. Finally, BAs were shown to attenuate the activation of monocytes, a cell type responsible for the maintenance of chronic inflammatory states. Impairment of Ca2+ homeostasis is likely conferred by inhibition of Ca2+ influx channels. Taken together, our results shed light on the modulation of intracellular physiology of inflammatory cells by BAs, contributing to a better understanding of the anti-inflammatory effects exerted by frankincense preparations.
In der hier vorliegenden Arbeit wurden Fragen der atomaren Korrelation sowie Verschränkung untersucht und ein Beobachtungsfenster geöffnet, durch welches es möglich ist, Einblick in die Grundzustandswellenfunktion von Helium zu erhalten. Der Elektronentransfer (Pq++He->P(q-1)++He+) in schnellen Ion-Atom-Stößen findet im Bereich des Überlapps der Wellenfunktionen des gebundenen Anfangs- und Endzustandes statt [JOpp28a, MMcD70]. Daher kann diese Reaktion besonders selektiv an der Grundzustandswellenfunktion angreifen. Die bei der Transferionisation (Pq++He->P(q-1)++He2++e-) zusätzlich stattfindende Ionisation involviert auch das zweite Elektron. Dadurch ist es möglich die komplexe Vielteilchendynamik zu untersuchen und wie später in dieser Arbeit gezeigt wird, unter bestimmten Bedingungen auch sensitiv auf die Anfangszustandskorrelation zu sein! Die Messungen wurden mit H+-, He+- und He2+-Projektilen bei Einschussenergien von 40 - 630 keV/u (1,25 < vP < 5,02 a. u.) durchgeführt. Durch den Elektronentransferprozess wird auch die Vermessung des Endzustandes, den Impulsen, aller drei Teilchen (Projektil, Elektron und He2+-Rückstoßion) erleichtert. Durch das umgeladene, dann neutrale, Projektil werden zusätzlich die Post-Collision-Effekte minimiert. Zur experimentellen Untersuchung kommt die seit Jahren etablierte Technologie des Reaktionsmikroskops (COLTRIMS, COLd Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) zum Einsatz [HSch89, RDoe00a, JUll03], die sich durch eine 4¼-Impulsakzeptanz für alle emittierten Teilchen auszeichnet. Nach Kreuzung der Projektilionen mit einem kalten und wohl lokalisierten Gasstrahl werden die umgeladenen Projektile detektiert. Die im Überlappbereich entstehenden Elektronen und Ionen werden mittels elektrischer und magnetischer Felder ebenfalls auf orts- und zeitauflösenden Detektoren projiziert. Anhand des Auftreffortes und der Flugzeit können die dreidimensionalen Impulsvektoren eindeutig rekonstruiert werden. Je nach Energie Projektile dominieren unterschiedliche atomare Reaktionsmechanismen. Entsprechend sind es zwei Fragenkomplexe, denen sich diese Arbeit hauptsächlich widmet: - Was ist die Reaktionsdynamik? Welche Mechanismen tragen zur Reaktion bei und wie hängen diese von Projektilladung und -energie ab? - Lässt sich die Grundzustandswellenfkt. mit dieser Technik abbilden? Die erzielten Ergebnisse sehen wie folgt aus: - Im Bereich langsamer Stöße (vP <= vB;e) wird der Stoßprozess in einem quasimolekularen Bild beschrieben (Sattelpunktionisation). Hier konnten im Wesentlichen die experimentellen Ergebnisse von Schmidt zum symmetrischen Stoßsystems He2+/He [LSch00] bestätigt und zu höheren Projektilgeschwindigkeiten fortgeschrieben werden (60 keV/u). Für die Stoßsysteme He+/He und H+/He wurden sehr ähnliche Emissionsstrukturen im Impulsraum gefunden. - Bei allen untersuchten Projektilenergien und Stoßsystemen wurde eine vom Elektroneneinfang unabhängige Stoßionisation durch Wechselwirkung mit dem Projektil (Binary Encounter, BE) gefunden. Die Erwartung, dass der Targetkern nur Beobachter der Ionisation ist, wurden eindeutig widerlegt und die Abweichungen als Folge von Korrelationseffekten gedeutet. - Speziell für das Stoßsystem He+/He bei 60 keV/u wurden sehr viele im Geschwindigkeitsraum um vP verteilte Elektronen beobachtet und einem Dreistufenprozess zugeschrieben: Zuerst erfolgt die Ionisation des Projektils und anschließend ein resonanter Zweielektroneneinfang. - Wird ein Elektron sehr schnell entfernt, wie durch den Elektroneneinfang bei hohen Projektilgeschwindigkeiten (vP ¸ 3 a. u.) findet die Ionisation sehr häufig durch Shake-off [TAbe67] statt. Die Elektronen wurden entgegen der Strahlrichtung emittiert, zu negativen Longitudinalimpulsen. Darüberhinaus wurde kein Unterschied zwischen den verschiedenen Projektilen beobachtet. Da für den Shake-off-Prozess unter den hier realisierten Bedingungen das Projektil nicht mit dem emittierten Elektron wechselwirkte, spiegelt die Elektronenimpulsverteilung direkt den, durch den Elektroneneinfang präparierten Anteil, der Grundzustandswellenfunktion wider [AGod04, MSch05]. Theoretische Rechnungen bestätigen, dass die rückwärtige Elektronenemission nur durch die stark korrelierten nicht-s2-Anteile im Heliumgrundzustand zu erklären ist. Diese Beimischungen höherer Drehimpulse von weniger als 2 % konnten entgegen der verbreiteten Lehrmeinung zum ersten Mal experimentell nachgewiesen und vermessen werden.
Die Na,K-Pumpe ist ein integrales Membranenzym und gehört zur Gattung der P-Typ-ATPasen. Das Enzym setzt bei der Hydrolyse von ATP die resultierende freie Energie in aktiven Transport zur Errichtung eines Na+/K+-Konzentrationsgradienten über der jeweiligen Plasmamembran um. Diese Funktion wird mit einer strukturellen Alternierung zwischen zwei Hauptkonformationen E1 und E2 des Enzyms in Verbindung gebracht. In der vorliegenden Arbeit erfolgte eine Charakterisierung von Sekundärstruktur- und Proteinmikroumgebungsänderungen bei Teilreaktionen der Na,K-ATPase mittels reaktionsinduzierter und zeitaufgelöster FTIR-Differenzspektroskopie. Die hier verwendete IR-Durchlichttechnik setzt voraus, daß das zu untersuchende Enzym in hochreiner, hochkonzentrierter (1 mM) und aktiver Form in einen Proteinfilm in Gegenwart eines geschützten, photolytisch spaltbaren ATP-Derivats (caged ATP) überführt werden kann. In dieser Arbeit wurde zum ersten Mal eine umfassende IR-spektroskopische Beschreibung von einzelnen Teilreaktionen innerhalb des E1/E2-Reaktionsmodells der Na,K-ATPase durchgeführt. Die Untersuchung des Enzyms in Form eines Proteinfilms mit einer Schichtdicke von etwa 5 µm ist aufgrund der hohen Hintergrundabsorption des Wassers und der geringen Extinktionskoeffizienten der Proteinschwingungsmoden erforderlich. Der überwiegende Teil der Messungen wurde mit (1-(2-nitrophenyl)ethyl)-caged ATP und Schweinenierenenzym bei 5° und 15°C durchgeführt. Nach Abspaltung der Schutzgruppe mittels eines UV-Blitzes und somit der Freisetzung von ATP wurden zeitabhängig (Millisekunden bis Sekunden) die Differenzspektren verschiedener Teilreaktionen im Bereich von 2000 bis 950 cm-1 ermittelt. Der große Vorteil dieser Technik besteht in der Möglichkeit der Registrierung von Zustandsänderungen einzelner Aminosäuren des Proteins, in Bezug auf die Sekundärstruktur, Phosphorylierung, Protonierung und Kationenkoordination. Besonders gut können Änderungen an den Seitenketten der Aminosäuren Aspartat und Glutamat detektiert werden. Die enzymatische ATP-Hydrolyseaktivität der Na,K-ATPase wurde in den Proteinfilmen IR-spektroskopisch anhand der V as (PO2-) bei 1246 cm-1 bestimmt. Die Messungen der spezifischen Aktivität von Schweinenierenenzym ergab bei 15°C einen Wert von 34 nmol Pi mg-1 min-1. Vergleichsmessungen, die mit einem Standardaktivitätstest in Annäherung an die Protein-filmbedingungen durchgeführt wurden, ergaben Ergebnisse von der gleichen Größenordnung. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des kationischen Mediums konnten nach der photochemischen Freisetzung von ATP IR-Differenzspektren von drei verschiedenen Teilreaktionen untersucht werden: (1) ATP-Bindung, (2) Bildung des Phosphoenzyms E1P, (3) Bildung des Phosphoenzyms E2P. Des weiteren wurden Differenzspektren der AMPPNP-Bindung, der ADP-Bindung und der Ammoniumbindung, die mit der K+-Bindung vergleichbar ist, ermittelt. Alle Teilreaktionen führten zu unterschiedlichen Differenzspektren, die charakteristisch für die jeweiligen Zustandsänderungen sind. Durch geeignete Differenzbildung konnten ebenfalls die Differenzspektren der Phosphorylierung (EATP -> E1P) und der Phosphoenzym-Konversion (E1P -> E2P) berechnet werden. Sekundärstrukturänderungen können bei der IR-Spektroskopie innerhalb des Amid I-Bereichs zwischen 1700 und 1610 cm-1 detektiert werden. Die Ergebnisse der IR-Differenzspektroskopie zeigen, daß die Sekundärstruktur der Na,K-ATPase bei allen untersuchten Teilreak-tionen weitgehend konserviert bleibt. Unter den ermittelten Differenzspektren der Teilreaktionen resultiert die größte Netto-Sekundärstrukturänderung in einer Größenordnung von etwa 0,2 % (~3 Aminosäuren/Protomer) bei der E2P-Bildung. Als Folge der Bindung von ATP und ADP an das Enzym gibt es Evidenzen für die Beteiligung von Arginin. Die Bindung von AMPPNP an die Na,K-ATPase hingegen zeichnet sich klar durch andere molekulare Wechselwirkungen unter Beteiligung von Asp und/oder Glu aus. Die Phosphorylierung der Na,K-ATPase in Gegenwart von 1,2 M Na+ (E1P-Bildung) kann anhand von zwei Signalen der V (C=O) bei 1739 und 1709 cm-1, wobei eines der phosphorylierten Seitenkette Asp 369 zugeordnet wird, detektiert werden. Das zweite Signal wird der Protonierung eines Seitenkettenrestes Asp oder Glu zugerechnet, welches in Verbindung mit der Na+-Okklusion bei der E1P-Bildung stehen dürfte. Weitere Signale, die in Zusammenhang mit den molekularen Vorgängen bei der Phosphorylierung und Na+-Koordination stehen, können in der spektralen Region um 1550 cm-1 (V as(COO-)) und 1400 cm-1 (V s(COO-)) detektiert werden. Das Differenzspektrum der Phosphorylierung der Na,K-ATPase in Gegenwart von 130 mM Na+ (E2P-Bildung) enthält keine Beiträge der Kationenokklusion oder -deokklusion. Dennoch enthält das Differenzspektrum der E2P-Bildung die Information über die Transformation der Kationenbindungsstellen von E1 -> E2. Während E1 den Na+-affinen Zustand darstellt, repräsentiert E2 den K+-affinen Zustand der Na,K-ATPase. Das Signalprofil der Differenzspektren der E2P-Bildung unterscheidet sich stark von dem der E1P-Bildung. Neben der Phosphorylierung an Asp 369, die auch hier oberhalb von 1700 cm-1 anhand eines V (C=O)-Signals detektiert wird, können weitere positive und negative Signale sowohl oberhalb von 1700 cm-1 als auch im Bereich um 1550 cm-1 (V as(COO-)) und 1400 cm-1 (V s(COO-)) nachgewiesen werden. Bei der Transformation der Kationenbindungsstellen von E1 -> E2 können somit starke Änderungen an den Seitenketten von Asp und/oder Glu detektiert werden, die auf eine Neuorganisation der Kationenbindungsstellen der Na,K-ATPase schließen lassen. An dieser Neuorganisation sind sowohl Ände-rungen des Protonierungszustandes als auch Änderungen in der Koordinationssphäre der kationenkoordinierenden Gruppen Asp und/oder Glu beteiligt. Da von der Na,K-ATPase keine hochauflösenden Kristallstrukturen existieren, wurden die Kristallstrukturen der Ca-ATPase des sarkoplasmatischen Retikulums, ebenfalls eine P-Typ-ATPase, zur Erläuterung des Mechanismus der Kationenbindung herangezogen (Toyoshima et al., 2004b). Zur Ca-ATPase existieren bereits analoge IR-Differenzuntersuchungen. Dies bot die Möglich-keit des direkten Vergleichs gleicher Teilreaktionen innerhalb des gemeinsamen E1/E2-Reaktionsmodells. Dieser Vergleich zeigt, daß die Sekundärstrukturen beider Enzyme bei den jeweiligen Teilreaktionen weitgehend konserviert bleiben. Bei der Ca-ATPase können die größten Netto-Sekundärstrukturänderungen von etwa 0,3 % des Enzyms (~3 Aminosäuren/Enzym) als Folge der ATP-Bindung beobachtet werden (Barth et al., 1996). Bei dieser Teilreaktion werden bei der Na,K-ATPase die kleinsten Sekundärstrukturänderungen detektiert. Beim Vergleich der Signalprofile beider Enzyme weist der sekundärstrukturrelevante Amid I-Bereich bei der Phosphoenzym-Konversion auf konträre Strukturrelaxationen hin. Die Differenzspektren der Ca-ATPase im Vergleich zur Na,K-ATPase deuten auf eine sich unterscheidende Kationenkoordination hin. Durch eine Kombination der Resultate von IR-Differenz- und Fluoreszenzspektroskopie der FITC-Na,K-ATPase zur Charakterisierung von Enzymzuständen, konnte ein Modell zum Mechanismus der Inhibierung der Na,K-ATPase durch das Herzglucosid Ouabain postuliert werden. Durch Fluoreszenzmessungen an der FITC-Na,K-ATPase konnte gezeigt werden, daß Ouabain in Gegenwart von 20 mM Na+ an das Enzym bindet, was bei 130 mM Na+ nicht mehr der Fall ist. Aufgrund von IR-Differenzsignalen der E2P-Bildung, aufgenommen bei 20 mM Na+, ist es möglich, oberhalb von 1700 cm-1 (ν(C=O)), bei 1554 cm-1 (V as(COO-)) und bei 1408 cm-1 (V s(COO-)) zwischen der an Asp 369 phosphorylierten und unphosphorylierten Na,K-ATPase zu unterscheiden. Nach Ouabain-Zugabe hingegen konnten diese Signale nicht mehr detektiert werden. Bezüglich der Inaktivierung des Enzyms im Standardaktivitätstest, für dessen Ablauf Na+-Konzentrationen von um die 130 mM eingesetzt werden, kann gefolgert werden, daß Ouabain nicht an das freie, sondern an das phosphorylierte Enzym bindet und somit die Inaktivierung der Na,K-ATPase nach sich zieht.
1. Die einzelnen Schritte der instrumentellen Zahnextraktion in der Antike sind dem heutigen Vorgehen im Prinzip sehr ähnlich: das Ablösen des supraalveolären Faserapparates, die Luxation und das Herausziehen des gelockerten Zahnes aus der Alveole längs der Zahnachse. 2. Wurzelreste sollten – folgen wir der antiken Literatur – durch eine spezielle Wurzelfaßzange, der „rizagra“, entfernt werden. Die antiken Texte erwähnen nicht die operative Entfernung von Wurzelresten durch Osteotomie. Der Hebel zur Zahnentfernung war den Römern höchstwahrscheinlich unbekannt. 3. Aufgrund der unkalkulierbaren Risiken bildeten sich in der Antike immer wiederkehrende Therapieschritte heraus, die für die Behandlung eines schmerzhaften Zahnes von sämtlichen Autoren medizinischer Abhandlungen empfohlen wurden: - medikamentöse Schmerzausschaltung - medikamentöse Lockerung der Zähne durch Gifte und starke Ätzmittel - Ziehen des gelockerten oder des bereits durch pathologische Prozesse beweglichen Zahnes mit den Fingern - Extraktion des Zahnes mittels einer Zange 4. Die instrumentelle Entfernung des Zahnes wurde nur im äußersten Notfall vorgenommen und wurde in erster Linie von Allgemeinärzten durchgeführt. Ärzte, die auf Zahnbehandlungen spezialisiert waren, werden zwar erwähnt („medicus dentalis“), kommen aber hauptsächlich in den Großstädten (Rom, Alexandria) vor und bilden dadurch die Ausnahme. Von einer „Zahnärzteschaft“ in der Antike kann daher keine Rede sein; wir müssen eher von einem „Außenseiterstatus“ dieses Berufsstandes ausgehen. 5. Die Zahnzange („odontagra“, „forceps“, „dentiducum“) bestand in der Antike aus Eisen. 6. Griff- und Faßteil aller Zangen bilden eine Gerade und entsprechen nach moderner Klassifizierung von Zahnzangen dem Typus der Oberkieferzahnzange. Demnach handelt es sich bei den römischen Zangen um ein Instrument, das die Unterscheidung in Unter- und Oberkiefer nicht kannte. Die einzelne Zange wurde sowohl im Ober- als auch im Unterkiefer sowie auf der linken als auch auf der rechten Kieferseite eingesetzt. Daher könnte man von einer Universalzange sprechen, allerdings mit einer entscheidenden Einschränkung: Die Römer unterschieden den Einsatz von Zangen für den Front- und Seitenzahnbereich. Die Faßenden oder Branchen lassen sich in unterschiedlichen Größen nachweisen, die ähnliche Abmessungen haben wie heutige Zahnzangen. Möglich ist auch, daß es sich bei den „kleineren“ Exemplaren um die in der antiken Literatur beschriebene Wurzelfaßzange, die „rizagra“, handelt. Im Gegensatz hierzu kommen die medizinischen Zangen aus Bronze als Zahnzangen nicht in Betracht, da ihre größere Branchenbreite eine optimale Zahnextraktion nicht erlaubt. Sie fallen zu groß aus und würden bei Luxationsbewegungen wie auch beim Greifen die Nachbarzähne unweigerlich beschädigen. 7. Die bis heute aufgefundenen Zangen decken einen Zeitraum ab, der von der Zeitenwende bis in die Spätantike des 4. nachchristlichen Jahrhunderts reicht. Die ältesten Fundstücke aus datierbaren Fundkomplexen sind die Zangen aus dem Bereich des augusteischen Fundplatzes von Augsburg-Oberhausen (früheste Zangentypen) bis hin zu dem Grabfund von Gadara (Jordanien) aus der Mitte des 4. Jahrhunderts n. Chr. Innerhalb dieser Zeitspanne bleiben die wesentlichsten Konstruktionsmerkmale der Zangen – bis auf die Gestaltung der Enden der Branchen – konstant, eine Erscheinung, die uns auch von der übrigen materiellen Sachkultur der Römer bekannt ist. Bewährte Werkzeuge, Instrumente oder Waffen werden über Jahrhunderte kaum verändert. 8. Zu den wesentlichen Konstruktionsmerkmalen zählen: - die bajonettförmige Gestaltung der Faßenden / Aufbiegung der Branchen - Die Hebelverhältnisse zwischen Griff und Zangenbranchen, die sich zwischen 1:1,7 und 1:2,5 bewegten und damit deutlich unter den Werten heutiger Zahnzangen mit 1:5 liegen, erlaubten demnach nur eine verminderte Kraftwirkung bei der Extraktion. - Das mit einem Schmiermittel beschichtete Zangenschloß setzte sich wahrscheinlich immer aus einem Eisenstift zusammen, der durch zwei angenietete, weichere Buntmetallscheiben fixiert wurde. Die Scheiben setzten die Reibung herab und gaben gleichzeitig den beiden eisernen Schenkeln der Zange eine entsprechende Führung bei Zangenöffnung und Zangenschluß. - Die relativ dünn ausgebildeten, runden oder kantigen Griffe wurden wohl mit einer Griffumwicklung (Textil, Leder) versehen, wodurch ein ergonomisches Zufassen erlaubt und ein Abrutschen der Hand bei Luxations- und Zugbewegungen verhindert wurde. - Ein Abgleiten der organischen Griffumwicklung vom Metall wurde durch die auffälligen und unterschiedlich ausgeführten Verdickungen am Griffende unterbunden. - Durchgängig läßt sich bei der Ausbildung der Branchen eine Veränderung hin zu einer Zahnzange erkennen, die den Zahn mögichst vollständig umfaßt. Im Verlauf von drei Jahrhunderten wurde eine technische Verbesserung vorgenommen: Die anfängliche kneifzangenartige Gestaltung der Branchen wurde zugunsten einer vertieften und hohlkehlartig ausgeformten Gestaltung der Faßenden aufgegeben, aus der sich schließlich die jüngsten Fundstücke mit dornenartigen Branchen entwickelten. Damit wurde der Halt der Zange am Zahn deutlich verbessert und die Gefahr einer Kronenfraktur herabgesetzt. 9. Trotz der beschriebenen Veränderungen der Zahnzangen blieben diese Instrumente von Anfang an multifunktional einsetzbar, da sie nicht nur zum Zahnziehen, sondern auch zum Entfernen von Splittern, Geschossen und Pfeilspitzen verwendet wurden. Daraus resultiert, daß sich keine ausgeprägte Typenvielfalt entwickelte, ein Phänomen, das wir auch von anderen medizinischen Gerätschaften aus der Römerzeit kennen. Bewährte Instrumente wurden über Jahrhunderte eingesetzt, ohne wesentliche Veränderungen zu erfahren. 10. Offenbar verläuft die Entwicklung der Zahnzange parallel zur Herausbildung einer medizinischen Betreuung innerhalb der römischen Armee. Beginnend in der Regierungszeit des Augustus hält diese Entwicklung bis in die Spätantike an. Ein gewisser Einfluß aus Griechenland ist wahrscheinlich, eine Weiterentwicklung durch die Römer gesichert. Möglich ist aber auch, daß die Zahnzange in der vorliegenden Form eine römische Erfindung ist. 11. Der Typus der römischen Zahnzange war dem Mittelalter nach heutigem Stand der Forschung unbekannt. Das europäische Mittelalter nahm Neuerungen aus der Welt der Araber auf (z.B. den Hebel) und entwickelte eigene Instrumente (z.B. den Pelikan). Bis in die Neuzeit (der Zeit des Barock und des Absolutismus) hinein war die Zahnheilkunde weitgehend in den Händen von Handwerkern (Barbiere, Zahnbrecher, niedere Wundärzte). Ob die Kenntnis der römischen Zahnzangen an dieser Entwicklung etwas geändert hätte, ist unwahrscheinlich. Erst durch den technischen Fortschritt des 19. und 20. Jahrhunderts kann die Zahnextraktion sicher und vorhersehbar durchgeführt werden (anatomische Zahnzange, Lokalanästhesie, Röntgenstrahlen, elektrische Lichtquellen und Motoren, kompressorbetriebene Absauganlagen).
In der heutigen Zeit sieht sich das kulturelle Erbe der Völkergemeinschaft der Gefahr ausgesetzt, von der rasanten Entwicklung der Medientechnologien in den Hintergrund gedrängt und zerstört zu werden. Die Globalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft führt auch zu einer kulturellen Globalisierung und damit zur Dominanz des von der westlichen Welt gelebten Kulturimperialismus. Einzelne Kulturformen verlieren ihren Platz in der Kulturweltgemeinschaft und wichtige Kulturgüter wie Literatur, Sprache, Mythen, Darstellungen oder Riten werden nach und nach verdrängt. Aus diesen Gründen ist es notwendig, dass sich die Theater- und Medienwissenschaftler mit diesen Kulturformen auseinandersetzen, sie erforschen und im Bewusstsein der Menschen erhalten. Diese Arbeit stellt eine unabhängige Untersuchung dar, die in dieser Form innerhalb eines geschlossenen gesellschaftlichen Systems nicht möglich gewesen wäre. Die letzte deutschsprachige Dissertation über den Stand der For-schung zu diesem Thema wurde vor knapp vierzig Jahren verfasst. Seitdem ist auch keine Untersuchung der Rezeption dieser Kunstform in Theater, Film und Medien in Europa erfolgt. Meiner Kenntnis nach existiert auch im Iran keine ver-gleichbare wissenschaftliche Arbeit, die sich mit dem untersuchten Themengebiet beschäftigt. Die Ta¬ziyeh ist eine sakrale Theaterform aus dem Iran, die sich über lange Zeit großer Beliebtheit in der eigenen Bevölkerung und Anerkennung durch westliche Reisende erfreute. Obwohl der Vormarsch der Medientechnologien, insbesondere die Verbreitung des Fernsehens und des Kinos im letzten Jahrhun-dert auch dazu geführt hat, dass das Ta¬ziyehritual zurückgedrängt wurde, ist es bemerkenswert, dass modernes Theater, Film und Fernsehen im Iran ihrerseits durch die Ta¬ziyehkultur und –praxis bis heute beeinflusst werden. Ich untersuche in meiner Promotionsarbeit die Geschichte und Auffüh-rung der Ta¬ziyeh, sowie ihre Rezeption im Theater, Film und Fernsehen im Iran. Die Ta¬ziyeh ist ein auf religiösen Riten beruhendes Passionsspiel, welches durch die Ideale und den Glauben der Schiiten begründet wurde und seinen Ursprung im Mythos des  hat. Für das Verständnis der Ta¬ziyeh ist über die Begriffsklärung hinaus sowohl ein grundlegender Überblick über die schiitische Glaubensrichtung, als auch ein Abriss der altiranischen Geschichte und Kultur im ersten Teil dieser Ar-beit unerlässlich. Außerdem werde ich auf die konkrete Ausgestaltung des schiiti-schen Passionsspiels eingehen. Besonders wichtig erscheinen mir hierbei der Ort der Aufführung des Schauspiels, die Dekoration und Requisiten, sowie die Art der Aufführung, zu der eine genaue Beschreibung der Schauspieler, ihrer Rollen, ihrer Kostüme, der begleitenden Musik und der für die Vorstellung benötigten Tiere gehört. Im weiteren Verlauf der Arbeit soll dann detailliert auf die theatralische Entwicklung der Ta¬ziyeh in der Zeit des 15.– 20. Jahrhunderts anhand von Be-richten berühmter Iranreisender eingegangen und eine Rezeption des letzten Jahr-hunderts im Hinblick auf die Ta¬ziyeh besprochen werden. Im dritten Teil der Arbeit analysiere ich nach der Klärung der Ta¬ziyehhistorie und -ästhetik in den ersten beiden Teilen schließlich ausführlich die Rezeption und Praxis der Ta¬ziyeh im modernen Theater, Film und anderen Medien im Iran. Diese Untersuchung bildet aus Sicht der Theater- und Medien-wissenschaften den wesentlichen Kern der Arbeit, in dem die im Untersuchungs-gegenstand beschriebene Synthese herausgearbeitet wird. Dafür werden exempla-risch zwanzig Werke bedeutender Künstler des Irans herangezogen, die den Ein-fluss des sakralen Rituals in einem säkularen Medium eindeutig aufzeigen. Den Abschluss der Arbeit bildet eine Synopsis der Untersuchungen, so-wie ein Ausblick auf die gegenwärtige Entwicklung der Ta¬ziyeh.
Gegenstand der vorliegenden Arbeit war es die Hypothese, dass die chronische Rhinosinusitis auf eine immunologische Reaktion auf eingeatmete Pilzelemente zurückgehe, zu prüfen. An der Untersuchung nahmen 26 Patienten (medianes Alter: 47,1) und 6 Kontrollprobanden ohne nasale Entzündung (medianes Alter: 25) teil. Durch serologische Untersuchungen haben wir die CRS-Patienten in 35% Allergiker ohne und 19% mit Eosinophilie sowie 19% nicht-Allergiker ohne und 27% mit Eosinophilie mit eingeteilt. Mit einer verfeinerten Technik gelang es uns Pilze in nur 12% bei CRS-Patienten und in 17% bei der Kontrollgruppe mikrobiologisch nachzuweisen. Des Weiteren haben wir Pilzfragmente in 35% bei CRS-Patienten im Nasen-sekretausstrich gefunden, hingegen in keinem Fall in der Kontrollgruppe. Verteilt auf die CRS-Gruppen ergab sich folgendes Bild, wobei Kulturen und Ausstriche zusammen gezählt wurden: Bei 20% der Allergiker mit und bei 44% ohne Eosinophilie wurden Pilze im Nasenschleim nachgewiesen. In der Gruppe der nicht-Allergiker mit Eosinophilie konnten in 29% der Fälle Pilze gefunden werden. Bei 14% der Fälle wurden Pilze mit Allergic Mucin im Nasenschleim identifiziert. Nicht-Allergiker ohne Eosinophile wiesen in 20% der Fälle Pilze im Nasensekret auf. Folglich konnten wir nicht feststellen, dass bei nahezu jeder Untersuchungsperson Pilze im Nasenschleim sich nachweisen ließen. Bei den CRS-Patienten hatten 4% die Kriterien des EFRS-Krankheitsbildes erfüllt. Betrachtet man die Gruppe der nicht-Allergiker isoliert, so waren es dann 14%. Durch immunologische Serumuntersuchungen konnte ein signifikanter Unterschied (p  0,01) bezüglich der Gesamt-IgE-Werte zwischen der Kontroll- und der CRS-Patientengruppe festgestellt werden, allerdings ohne die übrigen zytologischen und histologischen Kriterien der AFS zu erfüllen. Der Gesamt-IgE-Wert bzw. Gesamt-IgE-Titer war ein hilfreicher Parameter zur Abgrenzung einer allergischen Komponente bei bestehender chronischer Rhinosinusitis, besaß aber keine Aussagfähigkeit über vorliegen einer AFS. Zudem wurde auch der pilzspezifische-IgE-Spiegel gemessen. Insgesamt resultierte bei 12% der CRS-Patienten ein positiver Nachweis von zirkulierenden pilzspezifischen IgEs im Serum. Ein Zusammenhang zwischen pilzspezifischen IgE und Eosinophilie mit Clusterbildung und Pilznachweis konnte in keinem Fall beobachtet werden. Mit Hilfe des biochemischen Entzündungsmarker ECP bestimmten wir die eosinophile Entzündungsaktivität im Nasensekret und im Serum. Die ECP-Konzentration im Nasensekret zeigte einen signifikanten Unterschied (p = 0,02) zwischen CRS- und der Kontrollgruppe auf, hingegen im Serum war der Unterschied geringfügig (p = 0,11). Für das Monitoring von Entzündungs-geschehen im Nasenschleim sind Analysen des Nasensekrets daher gegenüber Blutanalysen zu bevorzugen. Die ECP-Nasensekretwerte der CRS-Patienten ohne Nachweis von Pilzelementen im Ausstrich waren insgesamt ähnlich hoch verteilt wie die der mit Nachweis von Pilzelementen im Ausstrich. Somit bestand kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den ECP-Werten mit und ohne Pilznachweis im Nasensekret-ausstrich (p = 0,87). Das ECP im Nasensekret erscheint zum Screening der pilzassoziierten chronischen Rhinosinusitis ungeeignet. Die These, dass Pilze das ätiologische Agens der Polyposis nasi et sinuum oder gar der chronischen Sinusitis allgemein sind, ist weiterhin sehr kritisch zu werten. Da Pilze über potente Antigene verfügen, kann eine Verstärkung eines bereits bestehenden Entzündungsreizes nicht sicher ausgeschlossen werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen darauf hin, dass es möglich ist durch einfache pathomorphologische Verfahren eindeutige Informationen zum Vorkommen von Pilzen und eosinophile Zellen bereits im Ausstrich-Präparat zu erhalten. Bei Problemfällen kann der Hinweis auf ein positiven Pilzbefund in der Histologie wertvoll sein, da differentialdiagnostisch ein zusätzlicher potenzierender Entzündungsfaktor zu berücksichtigen ist. Es liegt dann an der Erfahrung des HNO-Arztes und dem klinischen Verlauf welche therapeutischen Optionen dann nützlich sind. Unklar bleibt weiterhin bis dato was das erste Signal bei der eosinophilen Entzündungsreaktion darstellt. Nach unseren Untersuchungen scheinen Pilze nicht primär in Frage zu kommen.