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Entwicklung redoxaktiver para-Hydrochinonliganden und deren Anwendung in der Koordinationschemie
(2006)
Niedrigdimensionale Spinsysteme sind hinsichtlich ihrer magnetischen und elektronischen Eigenschaften von großem Interesse. Einen Zugang zu derartigen Systemen bieten Koordinationspolymere aus paramagnetischen CuII-Ionen (S = ½) und verbrückenden para-Hydrochinon-Liganden. CuII-Ionen eignen sich als Spinträger unter anderem deshalb, weil sie stabile quadratisch-planare Komplexe auszubilden vermögen, wodurch die Entstehung niedrigdimensionaler Strukturen begünstigt wird. Die Attraktivität para-Hydrochinon-basierter Brückenliganden beruht auf deren Redoxaktivität und der Tatsache, dass sie wegen ihrer starren π-konjugierten Struktur in der Lage sind antiferromagnetische Wechselwirkungen zwischen zwei paramagnetischen Metallzentren zu vermitteln. Darüber hinaus sind para-Hydrochinonderivate meist auch in der radikalischen Semichinonform stabil. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit in para-Hydrochinon-verbrückte Koordinationspolymere durch elektrochemische Dotierung gezielt zusätzliche ungepaarte Spins zu injizieren. ...
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.
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.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Mechanismen aufzuklären, die im Rahmen inflammatorischer Erkrankungen zur Expression sogenannter Akute Phase Proteine führen. Der Fokus lag hierbei auf der Untersuchung von Signaltransduktionkaskaden, die aktiviert durch proinflammatorische Zytokine in der Leber die Bildung proatherogener Plasmaproteine wie C-reaktives Protein zur Folge haben. Zu diesem Zweck sollten verschiedene in vitro Zellmodelle etabliert und evaluiert werden. Neben Genexpressionsanalysen in zytokin-stimulierten primären humanen Hepatozyten, sowie in den Hepatoma-Zellinien HepG2 und Hep3B sollte die Manipulation der CRP-Expression durch gezielten Gentransfer und die Anwendung der siRNA-Technologie im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen. Zu diesem Zweck sollten Transkriptionsfaktoren der NFKB-Familie, sowie der Familie der „Signal transducer and activator of transcription“ (STAT) und der CCAAT/Enhancer-bindenden Proteine (C/EBP) überexprimiert werden, bzw. deren Expression durch die Transfektion mit entsprechenden siRNA-Oligonukleotide gehemmt werden. Ein weiteres wichtiges Ziel war es, ein zelluläres Modellsystem zu generieren und zu charakt-erisieren, das zur Identifizierung von Substanzen geeignet ist, die die CRP-Expression modu-lieren oder inhibieren.
Evaluation der Effektivität der kombinierten TACE von Bletilla striata (mit und ohne Ligatur) im Vergleich zur TACE ohne Bletilla striata als Therapie des hepatozellulären Karzinoms HCC im tierexperimentellen Modell an der ACI-Ratte. Material und Methoden: Insgesamt wurden 30 ACI-Ratten in drei Gruppen eingeteilt: In Gruppe A (Kontrollgruppe) dienten 10 ACI-Ratten als Kontrolltiere. In Gruppe G und H (Therapiegruppen) wurden jeweils 10 ACI-Ratten als Versuchstiere untersucht. Den Tieren wurde dazu zu Beginn des Versuches ein Tumor implantiert (2mm ³), der aus einem Tier (Spendertumor) außerhal b des eigentlichen Versuches entnommen wurde. Jedem Tier der Therapie- und Kontrollgruppe wurde dieser zwei Kubikmillimeter große Tumor unter die Lebe rkapsel des Lobus sinistra eingepflanzt (Intrahepatische Tumorimplantation, IHTI). Diese Tumorstücke wurden aus dem Spendertumor, der aus Tumorzellen des Morris- Hepatoms 3924A innerhalb von vierzehn Tagen im Spendertier heranwuchs, zugeschnitten. Dreizehn Tage nach der
Tumorimplantation erfolgte eine erste Kernspinuntersuchung (MRT1). Einen Tag später wurde bei den Tieren, durch eine retrograd e Injektion in die A. gastroduodenalis, die
Therapie mit Bletilla striata (BS) begonne n. Es wurde den Ratten mit Sandwichtechnik über einen Zeitraum von 20 Minuten Mitomy cin (0,1 mg) + Lipiodol (0,1 ml) + BS appliziert. In Therapiegruppe G wurde diese Therapie mit und in Gruppe H ohne
Ligatur der A. hepatica propria durchgeführt. In der Kontrollgruppe A wurde die TACE ohne BS und ohne Ligatur angewandt. Es wurden von jedem Tier zwei Kernspinaufnahmen gemacht (MRT 1 und MRT2). Vor der Applikation wurde die erste
(MRT1) und 13 Tage nach der Opera tion wurde eine zweite (MRT 2) der Tiere erstellt. Von jedem Tier wurden anschließend die Kernspinaufnahmen miteinander verglichen und die Volumenzunahmen festgestellt (MRT1 / MRT2 = V1 / V2).
Das Maßgebliche Tumorvolumen vor Applikation (V 1) war in Gruppe G 0,0374 cm 3, in Gruppe H 0,0573 cm 3 und in Kontrollgruppe A 0,0380 cm 3. Nach Applikation (V 2) war das Maßgebliche Tumorvolumen in Gruppe G 0,0355 cm 3 (BS mit Ligatur), in Gruppe H 0,2248 cm 3 (nur BS) und in Kontrollgruppe A 0,3674 cm 3. Das Maßgebliche Verhältnis (V 2 / V 1) war in Gruppe G 1,5324, in Gruppe H 6,2791 und in Kontrollgruppe A 9,1382. Nach Analyse der Daten durch den Dunnett ́s Test (1)(ANOVA), konnte für Therapiegruppe G eine signifikante Eindämmung des Tumorwachstums (P < 0,01) und für Gruppe H keine Eindämmung (P > 0,05) nachgewiesen werden. Nach Student-New man-Keuls Test gab es signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen G und A (P < 0,05). Die besten therapeutischen Ergebnisse konnten In Gruppe G erzielt werd en. Keines der Tiere starb während der Implantation bzw. der postoperativen Ph ase, es ließ sich jedoch die Bildung von intrahepatischen Metastasen bei zwei Tieren der Kontrollgruppe feststellen. Schlussfolgerung: Die Effektivität der TACE im tierexperimentellen Modell wird durch die kombinierte Applikation mit Bletilla striata und Ligatur der A.hepaticapropria im Vergleich zur klassischen Anwendung der TACE ohne Modifikation deutlich gesteigert. Bletilla striata ist in der Anwendung für die Chemoembolisation ein wirkungsvolles und verlässliches Embolisat . Es stellt sich nun die Aufgabe, experimentell und klinisch zu verifizieren, in welchem Maße der Einsatz einer Ligatur zum tragen kommt.
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.
In der vorliegenden Arbeit wird die Anwendung einer optischen Detektionsmethode zur Messung der magnetischen Eigenschaften eines verdünnten Systems angewandt und zur Untersuchung von High-Spin–Low-Spin-Komplexen etabliert. Die von uns angewandte MCD-Spektroskopie vereint eine optische Messtechnik, die auf die Messung ultraschneller Effekte erweiterbar ist, mit einer direkten Messmethode für die magnetischen Eigenschaften einer verdünnten Probe des LD-LISC-Komplexes Fe(stpy)4(NCSe)2 (stpy = 4-styrylpyridin). Der LD-LISC-Effekt ist ein licht-induzierter Spinübergang, der auftreten kann, wenn von einem Paar metallorganischer Komplexe eines einen thermischen Spinübergang aufweist und optisch zwischen den beiden Komplexes geschaltet werden kann, beispielsweise durch eine Photoisomerisation. Im Falle von Fe(stpy)4(NCSe)2 ist der cis-Komplex für alle Temperaturen im high-Spin-Zustand, während der trans-Komplex einen thermischen Spinübergang aufzeigt. Mit MCD-Spektroskopie wurde die Magnetisierung des Grundzustands des Fe(II)(stpy)4 (NCS)2-Komplexes in der trans- und der cis-Konfiguration in verdünnten dotierten Polymerfilmen untersucht. Diese magnetooptische Spektroskopie-Technik ermöglicht die Identifizierung von MLCT-Bändern des Eisen-Komplexes, die in optischen Spektren durch stärkere Ligandenabsorptionsbäder überlagert sind und sich nur schlecht auflösen lassen. Das untersuchte System dient als Beispiel für eine Reihe von Verbindungen, die photoschaltbare magnetische Eigenschaften besitzen. Für den Komplex in der cis-Form können bei tiefen Temperaturen durch die Messung von MCD-Daten bei variablem Feld und variabler Temperatur der Spinzustand, der g-Tensor und die Übergangspolarisierung M, sowie achsiale und rhombische Verzerrungen der oktaedrischen Geometrie des Moleküls bestimmt werden. Für den Komplex in der trans-Form konnte erstmals der Unterschied im Spinübergangsverhalten zwischen einer verdünnten Probe und einer konzentrierten Pulverprobe mit einem High-Spin–Low-Spin-Übergangskomplex gezeigt werden. Mit MCD-Spektroskopie konnten die Spinübergangsparameter bestimmt werden, die mit SQUID-Magnetometrie nur unzureichend untersucht werden können. Erste Messungen der MCD-Spektren während gleichzeitiger optischer Anregung zur Beobachtung des LD-LISC-Effekts auf langsamen Zeitskalen zeigen keine Änderung der MCD-Spektren trotz ausreichender Anregungsleistung, die zu einer deutlich messbaren Photoisomerisation geführt hat. Bei einer Temperatur von 120K der Messung ist der trans-Komplex bereits zu einem großen Teil im High-Spin-Zustand, so daß der Unterschied zwischen den Spinzuständen des cis- und des trans-Zustandes unterhalb der Auflösung des verwendeten Aufbaus liegt. Die in dieser Arbeit erzielten Resultate demonstrieren, daß die MCD-Spektroskopie eine geeignete Technik zur Messung des magnetischen Zustands von LD-LISC-Komplexen (oder anderen Komplexen) in verdünnten, zufällig orientierten Proben ist.
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.
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. ...
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.
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.
Klinische 8-Jahres-Studie der indivuell angepassten, nicht zementierten Hüft-TP : Typ LANDOS EGOFORM
(2006)
Fragestellung: Seit 1988 wird das Konzept des individuellen Hüftprothesenschaftes Landos „Egoform“ an der Universitätsklinik Frankfurt / Main angewendet und weiterentwickelt. Die anatomische Prothesenform mit ihrer lateralen Schulter und dem medialen Kragen, sowie der proximalen Hydroxylapatitbeschichtung wurde auf Basis von Finite Elemente Studien entwickelt. Als Basis für die computerassistierte individuelle Anpassung dienen Röntgenbilder in zwei Ebenen mit vorher am Oberschenkel angelegtem, röntgendichtem Referenzband. Ziel der vorliegenden Studie war die retrospektive Erhebung der mittel- bis langfristigen klinischen Ergebnisse dieses zementfreien Schaftes. Methode: Von 1988 bis 1996 wurden in der Universitätsklinik Frankfurt 370 Patienten mit einer Egoform-Individualprothese in zementfreier Technik operiert. Davon konnten 267 Hüften nachuntersucht werden (72,2%; mittlerer Nachuntersuchungszeitraum: 80 Monate). Die Erhebung der postoperativen Daten erfolgte anhand des Harris-Hip-Scores. Ergebnisse: Der durchschnittliche Harris-Hip-Score beträgt 90 von 100 Punkten. Die Ergebnisse für Schmerzfreiheit betragen 39,9 von 44 Punkten, für das Gangbild 29 von 33 und für die Mobilität 4,9 von 5 Punkten. 11 Patienten mussten revidiert werden, 5 (1,35%) wegen aseptischer Lockerung und 6 (1,62%) wegen septischer Lockerung. Schlussfolgerung: Die vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass durch die zementfreie Individualprothese mit lateraler Schulter einige der typischen Probleme zementfreier Schaftprothesen, wie z.B. der Oberschenkelschmerz oder die Nachsinterung, gelöst werden können. Die funktionellen Ergebnisse entsprechen zusammenfassend denen der zementierten Schäfte aus der Schweden-Studie.
Ziel dieser Arbeit war es, die Effizienz der Ambulanten Endokrinologie an der Universität Frankfurt mit Hilfe statistischer Methoden zu untersuchen. Die Basis hierfür bildeten die Karteikarten von 449 Kassenpatienten, die im Jahr 2000 die Ambulanz aufsuchten!. Dank dieser großen Zahl von Fällen konnten die meisten Aussagen, die im Rahmen dieser Arbeit gemacht wurden, statistisch signifikant belegt werden. Dies geschah mit Hilfe sogenannter statistischer Tests, mit denen es möglich ist, eine Hypothese gegen eine Alternativaussage auf ihre Gültigkeit zu testen. Zentrale Kernaussagen der Arbeit sind die folgenden: o Der Aufwand, der beispielsweise bei den Laboruntersuchungen investiert wird, ist in der Ambulanten Endokrinologie zwar hoch; er ist aber immer noch geringer als der Aufwand, der von niedergelassenen Ärzten getrieben wird, bis die richtige Diagnose feststeht. Der Grund hierfür liegt vor allem in der Anzahl der Ärzte, die vor der Ambulanz aufgesucht werden. o Der Aufwand bei anderen Untersuchungen, wie zum Beispiel Röntgenaufnahmen, Sonographie- oder Szintigraphieuntersuchungen ist in der endokrinologischen Ambulanz deutlich geringer als außerhalb. o Mitglieder der Ersatzkassen sind als Patienten in der Ambulanten Endokrinologie eindeutig überrepräsentiert, Mitglieder der AOK eindeutig unterrepräsentiert. Trotzdem bilden die AOK-Mitglieder die größte Gruppe unter den Kassenpatienten in der Ambulanz. o Die durchschnittliche Dauer bis zur Diagnose beträgt in der Ambulanten Endokrinologie 5 Tage. Ein Arztbrief wird im Mittel jedoch erst 76 Tage nach der Erstaufnahme verfaßt. Diese relativ lange Zeit ist aber immer noch kürzer als die Zeitspanne vom ersten Aufsuchen eines Arztes bis zur richtigen, als Arztbrief festgehaltenen Diagnose. Diese beträgt nämlich 110 Tage. o Obwohl man vermuten könnte, daß die Diagnosezuverlässigkeit von Hausärzten, Fachärzten und der Uniklinik unterschiedlich ist, konnte ein solcher Unterschied nicht in statistisch signifikanter Weise nachgewiesen werden. Der Anteil der Fälle, bei denen die Diagnose geändert werden mußte, betrug bei Hausärzten etwa 15%, bei Fachärzten 18% und bei anderen Abteilungen der Frankfurter Universitätsklinik 9%. Die letzte Zahl ist zwar deutlich kleiner als die anderen beiden; da aber nur 56 Karteikarten von Patienten vorlagen, die aus der Uniklinik heraus überwiesen wurden, ist hier keine sichere Aussage möglich. o Bei der Weiterversorgung der Patienten nach dem Aufsuchen der Ambulanten Endokrinologie ist in mindestens 85% der Fälle der Hausarzt involviert. In 43% aller Fälle übernimmt der Hausarzt die Weiterversorgung sogar alleine; die Ambulanz wird nicht mehr hinzugezogen. Selbst bei den verbleibenden 15% der Patienten ist davon auszugehen, daß sie sich mittelfristig wieder in die Behandlung des überweisenden Arztes begeben - auch wenn sie sich beispielsweise einer Operation unterziehen müssen. Nur 4 % der Patienten befinden sich seit mehr als 5 Jahren in der Obhut der Ambulanz. Die Befürchtung einiger Hausärzte, sie könnten die Patienten im Falle einer Überweisung an die Ambulante Endokrinologie verlieren, konnte mit all diesen Fakten eindeutig widerlegt werden. Zusammenfassend kann man sagen, daß die Effizienz der Ambulanten Endokrinologie bereits sehr hoch ist: o Eine eindeutige Diagnose ist gegeben. o Die Patienten der Ambulanten Endokrinologie erhalten eine lege artis Behandlung, insbesondere eine individuelle medikamentöse Einstellung. o Für die Krankenkassen bedeutet dies langfristig gesehen eine kostengünstige Versorgung. Neben den statistischen Ergebnissen gestattete es die Arbeit auch, Empfehlungen für eine weitere Effizienzsteigerung der Ambulanz zu machen. In diesem Zusammenhang sind die folgenden Vorschläge zu nennen: oDer Arztbrief sollte früher erstellt werden; unter anderem, um die Kommunikation mit dem Hausarzt, auf dessen Überweisung der Patient angewiesen ist, zu verbessern. o Bei den Karteikarten sollten einige zusätzliche Felder definiert werden, die in standardisierter Weise vom behandelnden Arzt auszufüllen sind. Dies gestattet es, in Zukunft ähnliche Statistiken wie die in dieser Arbeit präsentierten leichter und noch präziser auszuarbeiten. o Generell sollte die Flächendeckung der Endokrinologischen Ambulanzen verbessert werden. Auch die Öffnungszeiten könnten den Bedürfnissen berufstätiger Patienten folgend ausgeweitet werden. All dies ist zwar mit einem hohen finanziellen und personellen Aufwand verbunden; volkswirtschaftlich gesehen dürfte aber durch die präzisere Diagnostik und die bessere medikamentöse Einstellung ein gewisser Kompensationseffekt eintreten. Durch die höhere Patientenanzahl wäre eine bessere Kostendeckung gegeben. Beispielsweise wäre die Auslastung der apparativen Einrichtungen bei einer Ganztagssprechstunde deutlich höher.
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.
Summary and Outlook The aim of this work was the investigation of the Mn2+ binding sites in hammerhead and the Diels-Alder ribozymes. This project consists of three main topics. In the first part quantification and structural characterization of Mn2+ binding sites in the m- and the tsHHRz using Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy are described. The second part summarizes the newest results obtained for the cleavage activity of both mand tsHHRzs in the presence of different Mg2+ and Mn2+ and Na+ ion concentrations using the new method with fluorescent-labeled RNAs. Here the influence of neomycin B on the structure of Mn2+ binding pockets and on the catalytic activity of both HHRzs is discussed. In addition, a possible role of Mn2+ ions is suggested from correlation of the EPR data with the kinetic results. The last chapter is devoted to quantification and differentiation of Mn2+ binding sites of the Diels-Alder ribozyme using continuous wave (cw) EPR experiments in solution. In this work EPR spectroscopy was used to study the binding of Mn2+ ions to the cis tsHHRz and to compare it with the binding to the trans mHHRz and to the Diels-Alder ribozyme. Cw EPR measurements showed that the tsHHRz possesses a single highaffinity Mn2+ binding site with a KD of < 10 nM at a NaCl concentration of 0.1 M. This dissociation constant is three orders of magnitude smaller than the KD determined for the single high-affinity Mn2+ site in the mHHRz (KD = 4.4 μM). The measurements of catalytic activity have been performed using fluorescent-labeled RNAs. Compared to the mHHRz, the cis tsHHRz cleaves up to 20-fold faster in the presence of Mg2+/Mn2+ ions with no saturation of the cleavage rates at high metal(II) ion concentrations. This is in good agreement with the last investigations on the trans tsHHRz (Nelson et al. 2005). Thus, the much stronger Mn2+ binding and higher cleavage activity were attributed to the interaction between the two external loops of the tsHHRz which reduces the RNA dynamics and traps the Mn2+ in the tightly folded conformation. Intriguingly, according to the EPR studies the binding constants for Mn2+ ions are several orders higher than the concentration of Mn2+ ions required for the catalytic activity (mHHRz: KD = 4.4 ± 0.5 μM and the Mn2+ concentration required to achieve half of the maximum cleavage rate [Mn2+]1/2 = 4.1 ± 0.6 mM respectively). Therefore, strongly bound Mn2+ ions seem to be needed for the folding of the HHRz, whereas weakly bound metal(II) ions are required to achieve full catalytic activity, and may be directly involved in catalysis. A comparison between the Electron Spin Echo Envelope Modulation (ESEEM) and Hyperfine Sublevel Correlation (HYSCORE) spectra of m- and tsHHRz demonstrates that both binding sites in HHRzs are structurally very similar. This suggests that the Mn2+ is located in both ribozymes between the bases A9 and G10.1 of the sheared G•A tandem basepair, as shown previously and in detail for the mHHRz (Vogt and DeRose 1998, Schiemann et al. 2003). However, the hyperfine spectra of the tsHHRz with 15N labeled G10.1 revealed no difference in comparison with the ones with 14N. This leads to an interpretation that the Mn2+ binding sites in both ribozymes are not identical. In addition, aminoglycoside antibiotic neomycin B inhibits the cleavage activity of both despite of the fact that it displaces the high-affinity Mn2+ ion only from the mHHRz. Hence, binding of neomycin B to the m- and the tsHHRzs probably occurs at different sites and neomycin B displaces only loosely bound Me2+ ions from the tsHHRs, whereas in the mHHRz both the high-affinity ion and the weakly bound ions are replaced. Therefore, it cannot be excluded that weakly bound Mg2+/Mn2+ ions, together with looploop interactions, induce a structural rearrangement which brings the high-affinity ion closer to the cleavage site. In the case of the Diels-Alder ribozyme it possesses five Mn2+ binding sites with KD = 0.6 ± 0.2 μM in solution under conditions where it is catalytically active. The competition experiment with Cd2+ allows to distinguish three different types of Mn2+ binding sites in the Diels-Alder ribozyme including inner-sphere monomeric Mn2+, monomeric Mn2+ bound through water-mediated contacts and electronically coupled dimeric Mn2+. Three Mn2+ ions are more strongly bound to the ribozyme via inner-sphere contacts, whereas two other Mn2+ ions form water-mediated outer-sphere contacts with the nucleotides of the ribozyme. The inner-sphere Mn2+ with the highest affinity and the fourth Mn2+ ions added to the ribozyme form a dimer with a Mn2+-Mn2+ distance of ~6 Å (as arises from simulations). Moreover, an addition of the product analog inhibitor (AMDA) to the [Diels-Alder ribozymes/ Mn2+] complex shows no conformational changes in the Mn2+ binding pockets. This is in good agreement with the recent studies which suggest that the Diels-Alder ribozyme is preorganized (Keiper et al. 2004). Some considerations on the evolution of the project (Outlook) There may be several venues of continuation of this project, which exploit on unique combination of EPR experiments and biochemical studies on RNA. This combination may allow us to significantly contribute to understanding of metal role in HHRz catalysis. Since the tsHHRz possesses the high affinity Mn2+ binding site (Kd < 10 nM) it creates a possibility to find conditions where the structural site is occupied by Mn2+, while catalytic sites are occupied by Mg2+ ions. If these conditions will be established by EPR titration, a set of standard biochemical experiments may be designed to look at the kinetic of cleavage and differentiate the “structural” and catalytic effects. The other experiment would be to look at the Mn2+ binding site in the tsHHRz in comparison with P1 and P1/P2 complexes and compare the results with the ones for the mHHRz. No matter the answer, P1 can be used as a simpler model to study the effect of tertiary structure on Mn2+ binding. A set of the tsHHRz mutants can be created to observe the mutations affect on Mn2+ binding sites, Mn2+ affinity and correlate the data with the kinetic analysis. FRET-based kinetic assay with fluorophore pairs on P1 and P2 can be designed for the kinetic experiments. Having this system one will be able to perform kinetic measurements 100-fold faster comparing to standard gel procedures (everything will be done in 96-wells). By manipulating the lengths and the sequence of P2 we most likely will be able to use FRET assay for the chemical step analysis (provided Kd > k2), and measure it using stop-flow system with time resolution of microseconds. And finally, one will be able to quantitatively measure the effect of neomycin B on the tsHHRz. Another interesting possibility would be to look at the state of metal(II) in the tsHHRz – enzyme alone (dissociated product) and in the enzyme-product complex and compare with the full-length tsHHRz. It will provide the information about the local rearrangements upon catalysis and the role of metal(II) ions. Furthermore, additional pulse-EPR experiments using 15N labeling have to be performed in order to reveal the location of the high-affinity Mn2+ binding site in the tsHHRz. Additionally, paramagnetic Mn2+ ions can be localized within the global fold of HHRzs using PELDOR and site-directed spin labeling. Further characterization of the high-affinity binding site in the tsHHRz can be performed using high-field ENDOR measurements in order to obtain the 14N and 31P tensors.
Die technische Entwicklung kleiner, mobiler Ultraschallgeräte erlaubt den Einsatz der Sonographie auch außerhalb der Klinik. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, ob die präklinische Sonographie mit einem mobilen Ultraschallgerät eine praktikable Methode darstellt, um am Unfallort abdominelle Blutungen zu diagnostizieren und inwieweit dies Einfluß auf die Therapie und das Management schwerverletzter Patienten hat. Die präklinische Sonographie wurde an 61 Patienten durchgeführt, bei denen eine intraabdominelle Verletzung nicht auszuschließen war. Unmittelbar nach Klinikaufnahme wurde der präklinisch festgestellte Ultraschallbefund mittels erneuter Ultraschalluntersuchung bzw. Computertomographie des Abdomens im Rahmen der Schockraumdiagnostik kontrolliert. Bei einer Untersuchungsdauer von durchschnittlich 2.8 ± 1.2 min wurde bei 16 Patienten (26.2 %) freie Flüssigkeit gefunden, 7 mit massivem, 9 mit diskretem pathologischen Befund. 4 der Patienten mit ausgeprägtem Befund wurden unmittelbar nach Klinikaufnahme laparotomiert und 3 aufgrund einer Milzruptur splenektomiert. Drei Patienten verstarben am Unfallort u.a. aufgrund ihrer abdominellen Verletzungen. Die präklinische Sonographie ergab schließlich ein falsch positives Ergebnis, jedoch kein falsch negatives Ergebnis, welches eine Spezifität von 97,9% und eine Sensitivität von 100% ergibt. In 36% der Einsätze wurde das präklinische Management modifiziert und in 21 % aufgrund der sonographischen Diagnose die Wahl der Zielklinik beeinflußt. Die präklinische Sonographie hat sich als sichere und fehlerarme Methode zur präklinischen Diagnostik abdomineller Blutung bewährt und stellt für den Einsatz im Notarztdienst eine sinnvolle Erweiterung der Diagnostik dar. Die Pilotstudie war Grundlage für eine Multicenterstudie der Deutschen Rettungsflugwacht, die klären soll, ob die präklinische Sonographie generell für den Einsatz im Rettungsdienst empfohlen werden kann.
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.
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.
Entwicklung und Evaluation einer Methode zur Messung der Thrombinbildung in plättchenreichem Plasma
(2006)
Molekulare Regulation der UDP-Zucker-Biosynthese Untersuchungen anhand der myo-Inositoxygenase
(2006)
Der Nukleotidzucker UDP-Glucuronsäure ist die prinzipielle Zuckervorstufe für UDP-Galacturonsäure, -Xylose, -Arabinose und –Apiose, welche alle in die Zellwandpolymere der pflanzlichen Zellwand einfließen. UDP-Glucuronsäure kann in Arabidopsis über zwei alternative, funktionelle Synthesewege gebildet werden, wobei entweder die UDP-Glucose-Dehydrogenase oder die myo-Inositoxygenase als Schlüsselenzym, welche den Kohlehydratfluss in Richtung Zellwandbiosynthese katalysiert, involviert ist. In dieser Arbeit wurden die Gene für die Enzymisoformen der Inositoxygenase (MIOX) aus Arabidopsis thaliana analysiert. Sie repräsentieren eine kleine Genfamilie bestehend aus vier Isoformen. Studien mittels Promotor::GUS-Konstrukten und RT-PCR zeigten, dass die Transkription der MIOX-Gene eine sehr transiente und organspezifische Genexpression ist. Die Isoformen MIOX1 und MIOX2 ließen sich in nahezu allen Geweben nachweisen wogegen die Isoformen MIOX4/5 nur in den generativen Geweben aufzufinden waren. Es konnte eine deutliche Präsenz aller vier MIOX-Isoformen in den generativen Geweben nachgewiesen werden und die Nukleotidzucker, die während der Samenentwicklung benötigt werden, scheinen überwiegend über die MIOX zur Verfügung gestellt zu werden. So zeigen T-DNA-Insertionslinien von ΔMIOX1 & 2 eine reduzierte Schleimhülle um die Samen und eine erhöhte Ausfallrate bei der Samenentwicklung auf. Ansonsten zeigen die untersuchten T-DNA-Insertionslinien einen ähnlichen Wuchs wie der Wildtyp auf. Auch konnten keine Unterschiede über die durchgeführten Zellwandanalysen, mittels GC-MS, MALDI und Dionex-HPLC verifiziert werden, was durch die Redundanz der MIOX- und UGD-Isoformen erklärt werden könnte. Nichtsdestotrotz konnte bei den Isoformen ΔMIOX1 & 2 eine dramatische Reduktion beim Einbau von 3H-Inosit in Zellwandpolymere von Keimlingen verzeichnet werden, was einen klaren Beweis für eine funktionelle MIOX liefert, da in diesem Gewebe diese beiden Isoformen die einzig aktiven sind. Außerdem konnten über Promotor-Deletions-Analysen potentielle cis-Elemente für die Promotoren von MIOX2 und MIOX4 aufgedeckt werden.