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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.
Die durch das humane Zytomegalievirus (HCMV) ausgelöste Retinitis kann bei HIV-Infizierten und immunsuppremierten Patienten zu einer Einschränkung der Sehfähigkeit bis hin zu Erblindung geführt. Die HCMV-Retinitis schädigt die Retina, diese Schäden sind in der Regel nicht reversibel. Stets besteht auch die Gefahr des Ausbrechens der Infektion im kontralateralen Auge. Die Therapie kann zu schweren Nebenwirkungen führen, jedoch konnte durch die Entwicklung des oral anwendbaren Valganciclovir eine deutliche Vereinfachung der Behandlung erreicht werden. Mit der Untersuchung der HCMV-Replikation in retinalen Pigmentepithel (RPE)-Zellen steht ein Versuchsmodell zur Verfügung, in welchem sowohl die Vermehrung des Virus in einer für die HCMV-Retinitis bedeutsamen Zelllinie untersucht werden kann, als auch Erkenntnisse über das Verhalten des Virus in immunprivilegierten Geweben gewonnen werden können. Über Valproinsäure (VPA) ist bekannt, dass dieses Medikament zu einer gesteigerten Replikation des HI-Virus führt, auch wurde für supertherapeutische Konzentrationen ein Einfluss auf die Replikation von HCMV beschrieben. Valproinsäure erfährt neben ihrer ursprünglichen Indikation als Antiepileptikum zunehmend eine Erweiterung des Indikationsspektrums. Neben der Verwendung bei psychiatrischen Erkrankungen, insbesondere bipolaren Erkrankungen und der Schmerztherapie stellt die Anwendbarkeit von VPA und Derivaten des Medikaments in der Therapie maligner Tumore eine interessante Entdeckung dar. Obwohl gezeigt werden konnte, dass VPA neben einer Beeinflussung des Neurotransmitter-Stoffwechsels unter anderem zu einer Hemmung der Histondeacetylase (HDAC), zu Veränderungen an intrazellulären Signaltransduktionskaskaden, dem NO-Stoffwechsel und peroxysomal Proliferator-aktivierten Rezeptoren führt, ist eine genaue Zuordnung der Wirkmechanismen zu den Effekten des Medikaments noch nicht vollständig möglich. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Valproinsäure auch in therapeutischen Konzentrationen und in einer für die HCMV-Retinitis wichtigen Zelllinie zu einer Replikationssteigerung des HCMV führt. Die Replikationssteigerung zeigte sich sowohl im vermehrten Auftreten von frühen und späten Virusproteinen als auch in der vermehrten Abgabe von infektionsfähigen Viren an das Kulturmedium. In Zellkulturen ist die Vorbehandlung mit VPA vor der Infektion mit HCMV entscheidend für die Steigerung der Replikation, es lässt sich eine Konzentrations- und Zeitabhängigkeit der Replikationssteigerung für den untersuchten Bereich zeigen. Die in der vorliegenden Arbeit vorgestellten Ergebnisse lassen es unwahrscheinlich erscheinen, dass die Steigerung der HCMV-Replikation über eine Stimulation der an der intrazellulären Signaltransduktion beteiligten Enzyme PKC, ERK1/2 und p38 vermittelt wird. Ebenso weisen vorliegende Ergebnisse darauf hin, dass die durch VPA bedingte HCMVReplikationssteigerung nicht durch eine Veränderung der iNOS- und der PPAR-Aktivität bedingt ist. Es ist publiziert, dass VPA die HDAC inhibiert und dass die Replikation von HCMV, wie auch die anderer Viren, zum Teil über die Acetylierung von Histonen reguliert wird. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass auch in RPE-Zellen VPA zu einer Hemmung der HDAC führt, welche im untersuchten Rahmen zeit- und konzentrationsabhängig ist. In dieser Arbeit werden zudem eine Reihe von Parallelen zwischen dem HDAC-Inhibitor TSA und VPA aufgezeigt. Auch TSA führt in RPE-Zellen zu einer Stimulation der HCMV-Replikation. Unterschiede zwischen VPA und TSA zeigten sich im früheren Auftreten und kürzeren Anhalten der Stimulation der Virusreplikation nach TSA-Vorbehandlung. Diese Unterschiede könnten jedoch Ausdruck einer unterschiedlichen Pharmakokinetik der beiden Wirkstoffe sein. Die Ergebnisse vorliegender Arbeit lassen die Hemmung der HDAC und eine hieraus folgende Hyperacetylierung von Histonen durch VPA als wahrscheinlichste Ursache für die stimulierende Wirkung des Medikamentes auf die HCMV-Replikation erscheinen.
Membranes are essential for life, because a cell must separate itself from the environment to keep its molecules from dissipating away and also must keep out foreign molecules that disturb them or their cell components. However, the cell must communicate with the environment and adapt to the external conditions, needs to pump in nutrients and release toxic products of its metabolism. Membrane proteins present in the membranes of the cell and cell organelles, help the cell to gather information about the environment and perform various biological processes. Membrane proteins perform a wide range of biological functions including respiration, signal transduction and transport. Despite their high importance in biological function, only few structures have been determined because of the difficulties in producing high amounts of membrane proteins and obtaining good quality crystals. This Ph. D. thesis involves the study of different kinds of cytochrome oxidases and a membrane anchored cytochrome oxidase electron donor. Though structures of many cytochrome oxidases are known to date, there exist many different types of oxidases in different organisms, which help the organism to survive under unfavorable environmental conditions. The structural differences between these terminal oxidases which make the organism to survive in extreme environments are unclear. To investigate these, structures of different types of oxidases are necessary. Therefore, we are interested in revealing the structural details of different types of oxidases. The different types of oxidase I worked with were the caa3 HiPIP:oxygen oxidoreductase from Rhodothermus marinus, the aa3-type quinol oxidase from Acidianus ambivalens and bd-type quinol oxidase from three different organisms (Escherichia coli, Bacillus thermodenitrificans and Aquifex aeolicus). Besides the protein from E. coli all other proteins are from thermophilic organisms from which the proteins obtained are generally believed to be highly stable. The presence of a high content of charged amino acids that enhances the occurrence of salt bridges contributes to the stability of thermophilic proteins. ....
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.
Modulation des Chemokin-Profils beim Prostatakarzinom : neue Ansätze in Diagnostik und Therapie
(2006)
Zahlreiche Studien postulieren einen Einfluss löslicher Chemokine und ihrer Liganden auf die Malignität des Prostatakarzinoms. Es gibt Hinweise, dass die CXC-Untergruppe der Chemokin Familie eine besondere Rolle bei der Progression und Metastasierung des Prostatakarzinoms spielt. Da wenig über das Expressionsprofil der CXC Chemokine (CXCL) und ihrer korrespondierenden Rezeptoren (CXCR) beim Prostatakarzinom bekannt ist, wurde in dieser Arbeit die Erstellung eines Chemokin-Profils angestrebt. An 50 Gewebsproben wurde die Expression der CXCR und CXCL an Karzinomgewebe analysiert und jeweils mit dem Muster im tumorfreien Probenmaterial verglichen. Mittels reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) wurde dabei die Genaktivität der Chemokine CXCL1, CXCL2, CXCL4, CXCL5, CXCL8, CXCL9, CXCL10, CXCL12, CXCL13 sowie ihrer Rezeptoren CXCR1-CXCR6 ermittelt. Des Weiteren wurde durch konfokale Laserscanmikroskopie die Verteilung der CXC Rezeptoren an Prostatatumorzellen (LNCaP) evaluiert. Im Vergleich zum Normalgewebe zeigte sich eine veränderte Expression von sowohl CXCL als auch CXCR im Tumorareal. Als bemerkenswert ist die deutlich reduzierte Expression von CXCL13 und CXCR5 mRNA im Tumorgewebe einzuordnen. Hervorzuheben sind ferner Unterschiede im Verhältnis einzelner Chemokine zueinander. Obwohl signifikante Differenzen am Tumormaterial hinreichend belegt werden konnten, trifft dies nicht in gleichem Maße zu, wenn die ermittelten Daten in Relation zum histopathologischen Grading, der Tumorinvasivität und Gleason Score gesetzt wurden. Insgesamt lässt sich ableiten, dass die Progression des Prostatatumors mit Alterationen verschiedener CXC Chemokine einhergeht. Die Modulation eines komplexen Chemokin-Profils ist dabei für die Tumormalignität von größerer Relevanz, als die Veränderung eines einzelnen Chemokins. Die biologische Bedeutung der veränderten Expression ist bislang unklar. Da aber das lokale Wachstum und die lokale Metastasierung des Prostatakarzinoms möglicherweise direkt über Veränderungen des Chemokin-Profils beeinflusst werden, erlaubt die Analyse der CXCL/CXCR-Achse wichtige Schlüsse zur Prognose der Erkrankung. Auch sind innovative Therapiekonzepte denkbar, die in die Regulation der Chemokine eingreifen und so einem progredienten Krankheitsverlauf entgegensteuern.
Die Dissertation mit dem Titel „Zwischen Inter- und Transnationalismus: Die Kommunikationspolitik der UNESCO nach 1989/1990“ von Sami Rabieh widmet sich dem Wandel in der UNESCO-Kommunikationspolitik seit dem Ende des Ost-West Konflikts, um zu klären, welche demokratisierenden Gestaltungspotenziale eine auf die Organisation gerichtete Kommunikationspolitik bietet und welche anderen Pfade gegebenenfalls noch darüber hinaus beschritten werden müssen. Aufbauend auf v.a. gramscianischen Theoriesträngen werden zunächst aktuelle soziale Transformationsprozesse („Globalisierung“) als Interpretationsrahmen für die Analyse der UNESCO dargestellt. Dem folgt eine historische Aufarbeitung der internationalen Kommunikationspolitik bzw. der UNESCO bis 1989/1990 sowie ein empirischer Teil, der die Entwicklung der Organisation im Politikfeld bis in die Gegenwart untersucht. Eine Synopse und Erörterung alternativer Handlungsoptionen schließen die Arbeit ab. Zusammengenommen erweist sich die Eingangsthese zur Herausbildung eines transnationalen Systems und die damit verbundene Skepsis bezüglich der Demokratisierungspotentiale inter-staatlicher Apparate als korrekt. Die politische Form und Praxis der UNESCO, in der ausschließlich Staatenvertreter zu Kommunikationsprozessen und Entscheidungen fähig und befugt sind, hat im Internetzeitalter keine Grundlage mehr und wird wegen neuer politischer Terrains sowie der Beliebtheit amerikanischer Pop- und Cyberkulturen kein „comeback“ mehr erleben. Emanzipatorische Strategien sollten sich deshalb auf eine basisdemokratische Vernetzung mittels neuer Medien konzentrieren.
Hintergrund—Derzeit können verschiedene Embolieprotektionssysteme bei der Carotis Stentimplantation angewandt werden. Diese Studie berichtet über Ergebnisse unter Verwendung des Flussumkehrsystems Parodi Anti-Embolie System. Patienten—Eine Carotis Stentimplantation wurde bei 56 Patienten durchgeführt (Durchschnittsalter 68 ± 9 Jahre). Der mittlere Stenosedurchmesser betrug 77% ± 10%. Während des Eingriffs wurde eine cerebrale Embolieprotektion mittels Ballonokklusion der Arteria carotis communis und externa mit dem Parodi Anti-Embolie System angewandt. Während der Stentimplantation, vor der Entlassung und 1, 6 und 12 Monate nach dem Eingriff wurde der neurologische Status der Patienten erhoben. Ergebnisse—Der Eingriff war bei allen Patienten technisch erfolgreich. Ein Patient entwickelte einen ischämischen Insult nach 6 Stunden. Es wurden keine Todesfälle oder Myokardinfarkte beobachtet. Während der Verlaufsbeobachtung (bis zu 40 Monate) starben 2 Patienten an einer sekundären Komplikation nach intrakranieller Blutung und ein weiterer Patient an Kammerflimmern. Bei keinem Patienten trat eine höhergradige Restenose auf. Schlussfolgerung—Die Akutergebnisse zeigen, dass die Flussumkehr bei der Carotis Stentimplantation eine sichere und effektive Methode der cerebralen Embolieprotektion darstellt. Die niedrige Komplikations- und Restenoserate entspricht den Ergebnissen in anderen Veröffentlichungen und zeigt, dass die Ballonokklusion keine Gefäßverletzungen verursacht.
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.
Schlusswort Ziel der Arbeit war es, mit Hilfe des gegenstandsbezogenen Ansatzes der Grounded Theory ein Modell zu entwickeln, das die konstitutiven bzw. essentiellen Momente und Dimensionen der Berufswahlberatung darzu-stellen vermag und das als Systematik für Praktiken zur der Umsetzung dienen kann. Durch die mikroanalytische Untersuchung konnten vielfältige Aktivitäten der Akteure erfasst werden, die auf spezifische Anforderungen der Berufswahlberatung und auf Kunstfertigkeiten der Professionellen schließen ließen. Die untersuchten Berufsberatungsgespräche brachten zum Vorschein, welche Schwierigkeiten ein autonomes Berufswahlentscheiden für den Heranwachsenden bedeuten kann. Diese Schwierigkeiten, aber auch die Fraktionierung des Klientels sowie der produktive Umgang mit involvierten Pädagogisch-Professionellen können als die zentralen Herausforderungen, die das Handlungsfeld Berufswahlberatung an die professionellen Berater stellt, angesehen werden. In Anbetracht der gesellschaftlichen Bedeutung von Berufswahl und der diffizilen Aufgabe, eine produktive Berufsberatung hervorzubringen, mutet die gegenwärtige begriffliche Verfremdung der Berufswahlberatung als sog. Vermittlungsgespräch abstrus und unverständlich an. Die damit zum Ausdruck kommende Missachtung des bei der Realisierung einer Berufslaufbahn zentralen Aspekts des autonomen Berufswahlentscheidens muss wohl auf die zunehmende Knappheit von adäquaten Arbeits- und Ausbildungsplätzen zurückgeführt werden, die nicht nur objektiv den Entscheidungsspielraum vieler Heranwachsenden einschränkt, sondern auch antiliberale Stimmung hervorruft. Um so wichtiger erscheint es, dass durch erziehungswissenschaftliche Forschung pädagogisch arbeitende Professionelle unterstützt werden, damit diese sich im Rahmen ihrer Spielräume autonom, d.h. entsprechend den gesellschaftlich verankerten Wertvorstellungen und Grundsätzen sowie bezogen auf die Sachhaltigkeit des jeweiligen Einzelfalls rational verhalten können. Der hier praktizierte Ansatz, systematisch auf der Grundlage der Feldforschung Anforderungen zu rekonstruieren, die die Berufswahlberatung an deren Akteure stellt, und darüber hinaus passende Praktiken zu konstruieren, könnte, so meine ich, ein gangbarer Weg dafür sein, um für die Praktiker im o.g. Sinn relevantes Wissen hervorzubringen, werden hierbei doch begriffliche Vorstellungen darüber gewonnen, welche Anforderungen bei der Durchführung einer Berufswahlberatung unter bestimmten gesellschaftlich verankerten Wertsetzungen gestellt werden und welche Mittel (Praktiken) dafür in der Praxis verwendet werden können. Auch wenn das in der Arbeit entworfene Theoretische Modell empirisch fundiert und gesättigt ist, muss doch schon aufgrund des begrenzten Korpus eingeräumt werden, dass dem Modell eher grundlegender Charakter zukommt. Offen bleibt eine weitergehende, gezielte und differenzierte Auseinandersetzung mit einzelnen Anforderungen und Praktiken der Berufswahlberatung. Dazu können weitere Forschungsanstrengungen unternommen werden, um weitere Gesprächsprotokolle zu erhalten und das Modell weiter auszudifferenzieren. Es können aber auch gedankenexperimentelle Überlegungen angestrengt werden, etwa um weitere entsprechend den Anforderungen geeignete Praktiken zu entwerfen.
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.
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.
In dieser Arbeit werden Monozyten mit Hilfe der Ficoll-Trennung und Positivanreicherung durch das MACS-Magnetsystem gewonnen und durch die Zytokine GM-CSF und Interleukin 4 stimuliert. Nach zwei Tagen weisen die Zellen eine veränderte Morphologie auf, adhärieren zum Teil an Plastik und zeigen sowohl in der adhärenten als auch der nonadhärenten Fraktion charakteristische Merkmale dendritischer Zellen: In der Mikroskopie längliche, fädige Zytoplasmaausläufer sowie in der Durchflusszytometrie das Erscheinen der Oberflächenmarker CD1a und CD40. Die Zellen sind zu diesem Zeitpunkt zu ca. 90% unreife dendritische Zellen, wie die fehlende Ausprägung des Reifemarkers CD83 zeigt. Als unreife dendritische Zellen sind sie somit geeignet für die Antigenaufnahme; zur weiteren Ausreifung ist die Zugabe anderer Zytokine, z.B TNF α, notwendig. Als Mediengrundlage eignen sich sowohl RPMI+FCS als auch X-Vivo 15 und X-Vivo 20, wobei X-Vivo 15 und X-Vivo 20 aufgrund ihrer immunologischen Vorteile RPMI vorzuziehen sind. Ausblick Insgesamt sind schon vielversprechende Wege aufgezeigt worden, dendritische Zellen für die Immuntherapie zu gewinnen, und zwar sowohl aus CD34+ Stammzellen als auch aus CD14+ Monozyten. Wichtig wäre an dieser Stelle ein genauer Vergleich zwischen aus Monozyten und aus CD34+ Vorläuferzellen generierten Zellen in der Laborpraxis. Zum einen sollte hier untersucht werden, aus welcher Ausgangszelle sich größere Mengen an dendritischen Zellen generieren lassen. Die genaue Ermittlung der Zellzahl an jedem Kulturtag wäre hier von Bedeutung. Zum anderen sollte auch die Funktionalität der jeweiligen Zellen, etwa in der mixed-lymphocte-reaction, analysiert und miteinander verglichen werden, und zwar vor und nach zusätzlicher Gabe von TNF alpha. Die Mediengrundlagen X-Vivo 15 und X-Vivo 20 haben sich als gute Alternativen zu dem herkömmlich verwendeten RPMI 1640 gezeigt. An dieser Stelle wäre noch eine vergleichende Analyse der beiden Medien wichtig, und zwar im Hinblick auf die oben genannte Fragestellung der Zellzahl, Ausprägung der Oberflächenmarker und Funktionalität .
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.
Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde eine wirksame synthetische und spektroskopische Methode entwickelt, um Abstände in DNA- und RNA-Duplexen mittels Elektronen-Paramagnetische-Resonanz (EPR) zu messen und um in Zukunft die dreidimensionale Struktur biologisch relevanter RNAs bestimmen zu können. Die Synthese von iodierten Nukleotid-Bausteinen für die Oligonukleotidsynthese, an denen mit Hilfe der Palladium katalysierten Sonogashira-Kreuzkupplung sich EPR-aktive Nitroxid-Acetylene einführen lassen, wurde erfolgreich durchgeführt. Diese Phosphoramidite sollten die folgenden Kriterien erfüllen: Alle vier Basen (A, C, G und U) sollten modifiziert werden und das eingeführte Spinlabel 2,2,5,5- Tetramethyl-3-ethinyl-pyrrolin-N-oxyl (TPA) sollte entweder in die minor oder die major groove hineinragen. Im Falle der Pyrimidine (U und C) war nur die Orientierung in die major groove möglich, da das Iodid nur am C5 eingeführt werden kann. Obwohl 5-Iodo-desoxyuridin- und 5-Iodo-uridin-phosphoramidit käuflich sind, wurden diese Bausteine selber hergestellt, wobei die iodierten Bausteine mit hohen Ausbeuten erhalten wurden. Die Synthese von 5-Iodo-cytidin erfolgte aus Cytidin, insbesondere durch die Iodierung mit Iod, Iodsäure in Essigsäure und Tetrachlorkohlenstoff. Die einzige Möglichkeit, dass das Nitroxid eine Orientierung innerhalb der minor groove annimmt, war die Derivatisierung am C2 der Purine. Der Austausch von Iodo gegen eine Aminofunktion für Guanosin war wegen des Verschwindens einer potentiellen Wasserstoffbrücke ungünstig, im Gegensatz zu Adenosin. Die Synthese von 2-Iodo-adenosin-phosphoramidit wurde durchgeführt, wobei die Amino-Gruppe am C2 eines modifizierten Guanosins durch Iod mittels einer radikalischen Reaktion mit Iod, Iodmethan und Kupferiodid substituiert wurde. Die Synthese von 7-Deaza-adenosin (7-Iodo-tubercidin) und von 7-Deaza-guanosin wurde durch eine Lewissäure katalysierte Vorbrüggen-Glykosylierung zwischen der geschützen Nukleobase und der acetylierten Ribofuranose erzielt. Die Iodierung erfolgte für das geschützte Tubercidin mit N-Iodsuccinimid, während sie für Guanosin trotz zahlreicher Versuche leider scheiterte. Da natürlich vorkommende DNA und RNA nicht paramagnetisch sind, müssen sie durch die Einführung eines Spinlabels EPR-fähig gemacht werden. Dafür wurde das Spinlabel TPA ausgewählt, da es sich mit einer hohen Stabilität und Starrheit auszeichnet. Dafür wurde zuerst die Palladium(II) katalysierte Sonogashira-Kupplung in DNA-Strängen wärend der Oligonukleotidsynthese für 5-Iodo-desoxy-uridin optimiert: Sehr reine Proben mit einem oder zwei Spinlabels in einem Strang konnten hergestellt werden. Diese Methode wurde anschließend erfolgreich auf RNA mit geringfügigen Änderungen für U, C und A übertragen, um die Ausbeute der Kupplung zu verbessern. Die benutzte Chemie hat sich als entscheidend erwiesen, da es zu berücksichtigen gilt, wie sich die Reagenzien, die bei der RNA-Festphasensynthese eingesetzt werden, auf das Spinlabel auswirken. Es wurde festgestellt, dass die Oxidationsstufe des klassischen TBDMS-Festphasenzyklus mit Iod, Pyridin und Wasser für die Reduktion eines beträchtlichen Teils des Nitroxids verantwortlich ist, insbesondere im Falle von 2-Iodo-adenosin. Deshalb wurde beschlossen, die patentierte ACE-Chemie zu verwenden, in der das Phosphor-Atom während des Festphasenzyklus mit tert-Butylperoxid in Toluol oxidiert wird. Die Synthese der geeigneten Bausteine wurde hierfür durchgeführt, 5-Iodo-uridin-phosphoramidit ist bei Dharmacon kommerziell erhältlich. Leider scheiterte die Synthese von 7-Iodo-tubercidin-phosphoramidit auf der Stufe der Einführung des Orthoesters. Auf diese Weise wurden sehr reine doppelgelabelte DNA und RNA Duplexe erhalten, deren Stabilität durch UV-Spektroskopie überprüft wurde. Der Unterschied in den Tm-Werten überstieg nicht 3,2°C für DNA und 5,1°C für RNA im Vergleich zu den unmodifizierten Duplexen. CD-Spektren wurden ebenso aufgenommen und zeigten, dass die B- bzw. A-Form erhalten blieb. In Zusammenarbeit mit dem Arbeitskreis Prisner wurden die Abstände zwischen den zwei Nitroxiden in den synthetisierten fünf DNA- und sechs RNA-Duplexen mit Puls-Elektron-Doppel-Resonanz (PELDOR) gemessen. Diese experimentellen Werte wurden mit den theoretischen Werten verglichen, die mit Molecular Dynamics Simulationen erhalten wurden (Arbeitskreis Stock). Die mit beiden Methoden erhaltenen Ergebnisse stimmen überein. Erfolgreich wurde auch die Synthese von reinen spingelabelten biologisch relevanten RNAs wie TAR-RNA, der vier-Wege Kreuzung IIIa,b,c des Hepatitis C Virus und dem U4-U6 Komplex des Spleißosoms im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt. Die größte synthetisierte RNA betrug 65 Nukleobasen. Leider konnten wegen zu hoher Flexibilität oder nicht richtiger Faltung der RNA keine definierten Abstände gefunden werden.
Der mitochondriale Apoptose-Signalübertragungsweg spielt nicht nur bei der Death Rezeptor-induzierten Apoptose in Typ II-Zellen eine Rolle, sondern z.B. auch bei Bestrahlung und Behandlung mit Chemotherapeutika. Über Cytochrom-c Freisetzung, Apoptosombildung und Caspase-9 Aktivierung kommt es zur Spaltung und Aktivierung der Effektorcaspase-3. Die durch Bindung von dATP und zytosolischem Cyt-c induzierte Konformationsänderung von APAF-1 führt nach anschließender ATP-Hydrolyse zur Oligomerisierung von insgesamt sieben APAF-1-Molekülen unter gleichzeitiger Rekrutierung von Caspase-9 über die in beiden Molekülen vorhandene N-terminale Caspase-Rekrutierungsdomänen (CARD). Es entsteht der so genannte Apoptosomkomplex. Die autoproteolytische Prozessierung und Aktivierung von Caspase-9 mit anschließender Spaltung von Caspase-3 im Apoptosomkomplex führt zum Auslösen der apoptotischen Caspasekaskade und zur Spaltung wichtige zellulärer Substrate. Eine wichtige Rolle bei der Regulation der Apoptosom-vermittelten Caspase-9-Aktivierung spielen u.a. die Mitglieder der Bcl-2 Proteinfamilie, die IAPs und Hitzeschockproteine. Die Blockade des intrinsischen Apoptose-Signalübertragungsweges führt in Tumoren zur Resistenzentwicklung gegenüber Chemo- und Strahlentherapie. Deshalb wurde mit Hilfe des Hefe-Two-Hybrid Systems ein Screen nach neuen regulatorischen Proteinen, die an der Apoptosomkomplex-Bildung beteiligt sind, durchgeführt und dabei ein neuer APAF-1 Interaktionspartner entdeckt, den wir CABY („CED-4 and APAF-1 binding protein found in yeast“) genannt haben. CABY ist ein 160 Aminosäuren großes, pro-apoptotisches Protein, das eine so genannte DUF59 Domäne enthält, für die bisher noch keine Funktion beschrieben wurde. Es konnte nachgewiesen werden, daß CABY ein evolutionär hoch konserviertes Protein darstellt und daß die humane CABY cDNA zwei alternative Translations-Initiationsregionen enthält, die zu der Expression der CABYL bzw. der um 32 Aminosäuren verkürzten CABYS Isoformen führen. Im Rahmen dieser Arbeit sollte darüber hinaus eine detaillierte molekulare und funktionelle Analyse von CABY durchgeführt werden. Als Hilfsmittel für die molekularbiologische Analyse wurden sowohl CABY-spezifische polyklonale Antiseren als auch Hybridoma-Zelllinien hergestellt, die monoklonale anti-CABY Antikörper produzieren. Mit biochemischen Untersuchungen wie in vitro GST Pulldown und in vivo Ko-Immunpräzipitationsexperimenten, sowie durch Ko-Lokalisationsstudien mit überexprimierten und endogenen Proteinmengen konnte die Bindung von CABY an APAF-1 verifiziert werden. Mit Hilfe von APAF-1-Deletionsmutanten wurden die Aminosäuren 412-420 der zentralen Linkerdomäne als verantwortlicher Bereich für die Interaktion mit CABY identifiziert. Interessanterweise bindet CABY in vitro zusätzlich sowohl an die N-terminale CARD Domäne von APAF-1 als auch an Pro-Caspase-9. Ko-Immunpräzipitationsexperimente mit endogenen Proteinen konnten zeigen, daß CABY in gesunden Zellen nicht nur mit dem vollständigen APAF-1 Protein, sondern auch mit der verkürzten 84 kDa großen APAF-1-Isoform in einem Komplex assoziiert vorliegt. Zudem konnte nachgewiesen werden, daß CABY-Proteine homophile Interaktionen eingehen und Dimere ausbilden können. Neben den Untersuchungen zur Interaktion von CABY mit APAF-1 wurden auch funktionelle Analysen mit Hilfe dominant negativer CABY Deletionsmutanten sowie mit siRNA Zellkulturexperimenten durchgeführt, um die Bedeutung von CABY für den intrinsischen mitochondrialen Apoptose Signalübertragungsweg untersuchen zu können. Es wurde festgestellt, daß bei Überexpression von CABY die Zellen für Mitomycin C-induzierte Apoptose sensitisiert werden. Die Überexpression einer C-terminal um 20 Aminosäuren deletierten CABY Mutante wie auch der N-terminal verkürzten CABYS Isoform inhibieren jedoch Mitomycin C-induzierte Apoptose. Die Ergebnisse aus CABY siRNA-Knockdown-Experimenten lassen vermuten, daß CABY-ähnliche funktionell redundante Proteine existieren. In den mit CABY siRNA stabil transfizierten K562- und RKO-Zelllinien konnte festgestellt werden, daß der Verlust endogener CABY-Expression in diesen Zelllinien nur einen geringen Einfluss auf das Apoptoseverhalten ausübt, und zwar unabhängig von der Art des eingesetzten apoptotischen Stimulus. Einen Hinweis auf einen möglichen kompensatorischen Mechanismus liefert die Existenz des ribosomalen Proteins S28e, dessen DUF59-Domäne zu über 90% identisch ist mit der CABY-DUF59-Domäne. S28e könnte potentiell CABY-Funktionen ausüben. Ausgehend von mit der pro-apoptotischen Funktion von CABY wurde nach Tumortypen gesucht, in denen die CABY-Expression im Vergleich zum Normalgewebe signifikant herunterreguliert wird. Die Analyse endogener CABY Expressionsmengen in humanen Tumoren konnte dabei einen Verlust an CABY Expression in GIST-Tumoren nachweisen. Dieses Ergebnis weist auf eine mögliche Rolle von CABY als Tumorsuppressorprotein hin.
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.
Die Daten von 140 Patienten (105 Frauen und 35 Männer, Durchschnittsalter 55 Jahre) mit gesicherter rheumatoider Arthritis, die sich 155 typischen rheumachirurgischen Eingriffen an unterschiedlichen Gelenken unterziehen mussten und auf Medikamente der “modernen rheumatischen Basistherapie” (Methotrexat, Leflunomid, TNF-Alpha-Blocker und Kombinationen dieser) eingestellt waren, sind hinsichtlich der Entwicklung von postoperativen Wundinfektionen bzw. Wundheilungsstörungen untersucht worden. Die Patienten wurden in 5 Hauptgruppen unterteilt: Gruppe 1) Patienten mit Methotrexat; Gruppe 2) Leflunomid; Gruppe 3) Etanercept; Gruppe 4) Methotrexat + Leflunomid; Gruppe 5) Methotrexat + Etanercept; Besonderes Augenmerk wurde dabei auf eine Assoziation bezüglich der Einnahmeart (Fortführung bzw. Aussetzung) der Medikation perioperativ und der Entstehung von Wundheilungsstörungen bzw. einer Schubentwicklung gelegt. Ziel dieser Studie war es zu überprüfen, ob durch ein Absetzen bzw. einer Fortführung der Therapie mit Medikamenten der modernen rheumatischen Basistherapie perioperativ mit einer Schubententwicklung der rheumatoiden Arthritis, einer Verschlechterung der Wundheilungssituation oder mit einer erhöhten Rate oberflächlicher oder tiefer Infektionen zu rechen ist. Es wurde unterschieden zwischen Patienten die ihre Medikation perioperativ weitergenommen und Patienten die diese ausgesetzt haben [Gruppen 1 A)- 5 A) und Gruppen 1W) – 5 W)]. Die gesamten gesammelten Daten erhielten Informationen über Geschlecht, Alter, Medikation, Art und Anzahl der rheumaorthopädischen Operationen, Begleiterkrankung, sowie die Höhe des Rheumafaktors. In der Gesamtzahl der 140 untersuchten Fälle kam es zwölfmal (8,5 %) zu einer verzögerten bzw. zu einer gestörten Wundheilung, 128mal (91,4%) verlief die Wundheilung primär. In den Gruppen mit Aussetzen der Medikamente [Gruppen 1A) - 5A)] zeigten sich ingesamt fünf (7,1%) gestörte Wundheilungsverläufe gegenüber sieben (10%) innerhalb der Gruppen mit Fortführung der Medikation perioperativ [1W) – 5W)]. Die Medikamente der modernen rheumatischen Basistherapie scheinen sich demnach indifferent auf den Wundheilungsverlauf auszuwirken. Hinsichtlich Leflunomid lässt sich keine klare Aussage treffen. Die Fortführung von Leflunomid perioperativ zeigt einen Anteil von 30% Wundheilungsstörungen, gegenüber einer Rate von 10% innerhalb der Gruppe mit Aussetzung von Leflunomid. In Kombination mit Methotrexat scheint sich die Art der Einnahme jedoch nicht auf den Verlauf der Wundheilung auszuwirken [4 A) und 4W) je 20 % Whst.].
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Strahllagemonitor entwickelt, der nur aufgrund der Signale aus den HOM-Dämpfern einer Linearbeschleunigerstruktur die Strahllage mit hoher Genauigkeit bestimmen kann. Ein solcher Monitor hat gegenüber anderen Konzepten einige einzigartige Vorteile. Der HOM-Dämpfer-Strahllagemonitor benötigt keine zusätzlichen Einbauten im Strahlrohr oder der Beschleunigerstruktur. Daher wird keine zusätzliche Länge benötigt. Auch wird eine zusätzliche Emittanzerhöhung durch zusätzliche Impedanzen der Einbauten vermieden. Beide Punkte sind wichtig für den Betrieb eines linearen Kolliders. Ein zweiter Vorteil ist die Messung der Strahllage bezüglich der elektrischen Achse der verwendeten Dipolmode. Wenn als Dipolmode die höhere Mode mit dem störendsten Einfluß auf den Strahl verwendet wird, verfährt die Positionsregelung der Struktur diese automatisch auf die Position, an der der Einfluß dieser Mode minimal ist. Da die anderen Dipolmoden ähnliche Feldgeometrien haben, ist anzunehmen, das ihr Einfluß damit auch weitestgehend minimiert wird. Zur eindeutigen Bestimmung der Strahlposition in der Ebene wurde ein Verfahren entwickelt, daß die Amplituden und die Startphasendifferenz zwischen einer Dipolmode und einer höheren Monopolmode ausnutzt. Durch passende Wahl der Hohlleitergeometrie kann eine monopolartigen Mode in den Dämpferzellen etabliert werden, die das nötige Monopolsignal liefert und in der Frequenz mit der Dipolmode übereinstimmt. Diese Mode vereinfacht erheblich die entwickelte Signalverarbeitungsschaltung. Die Shuntimpedanz dieser Mode wird durch die Geometrie der Hohlleiter bestimmt und kann so eingestellt werden, daß sie für den Betrieb des Strahllagemonitors ausreicht, aber den Strahl noch nicht nennenswert beeinflußt. Durch die Verwendung einer strahlinduzierten Monopolmode als Phasenreferenz ist der Monitor unabhängig von externen Referenzsignalen und funktioniert ohne eingeschaltete Beschleunigungshochfrequenz oder bei falscher Phasenlage des Strahls. Dies ermöglicht es, die Beschleunigerstrukturen auch dann genau zu justieren, wenn der restlichte Beschleuniger noch nicht richtig eingestellt ist oder wenn zu Wartungszwecken einzelne Sektionen während des Betriebs nicht mit Hochfrequenz versorgt werden. Um die Eignung des vorhandenen SBLC-HOM-Dämpfers als Strahllagemonitor zu überprüfen wurden dreidimensionale numerische Feldberechnungen im Frequenz- und Zeitbereich und Messungen an der Dämpferzelle durchgeführt. Für die Messungen ohne Strahl wurde ein Strahlsimulator konstruiert und aufgebaut, der computergesteuerte Messungen mit variablen Ablagen des simulierten Strahls mit einer Auflösung von 1,23 μm erlaubt. Da die vollständige 6 m lange, 180-zellige Beschleunigerstruktur nicht für Messungen zur Verfügung stand und sich auch mit den verfügbaren Computern nicht dreidimensional simulieren ließ, wurde ein eindimensionales ersatzkreisbasiertes Modell des Vielzellers untersucht. Das Ersatzbild aus 879 konzentrierten Bauelementen berücksichtigt die Verstimmung von Zelle zu Zelle, die Zellenverluste, die Dämpferverluste und die Strahlanregung in Abhängigkeit von der Ablage. An dem Ersatzkreis lassen sich die gefangenen Moden und die Wirkung der Dämpfer beobachten. Es liefert bei der Simulation im Zeitbereich als Ergebnis Signale, die verwendet wurden, um die Funktion der Signalverarbeitungsschaltung an der vollständigen Beschleunigerstruktur zu untersuchen. Das eindimensionale Modell hat jedoch auch einige Einschränkungen. Es berücksichtigt nicht die Änderung der Randbedingungen in den Einzelzellen in Abhängigkeit vom Phasenvorschub. Auch beschränkt sich die Simulation auf einen kleinen Teil des durch den Strahl angeregten Frequenzbereiches. Es ist nicht auszuschließen, daß andere Frequenzen die Signalverarbeitungsschalung negativ beeinflussen. Ebenfalls unberücksichtigt bleibt der Einfluß der von Sendeklystron eingespeisten Hochfrequenzleistung. Um diese Einflüsse zu untersuchen wäre es erforderlich, Messungen am realen 180-Zeller mit Strahl und Klystron durchführen zu können. Die vorgenommenen Messungen am Einzeller zeigen, daß das Meßprinzip funktioniert, der vorhandene HOM-Dämpfer als Strahllagemonitor verwendbar ist und die entwickelte Signalverarbeitungsschaltung geeignet ist genaue Positionsinformationen zu liefern. Abgesehen von den ober angesprochenen Einschränkungen bestätigen die Simulationen des 180-Zellers die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Vielzeller. Die Messungen und Simulationen lassen eine Auflösung des fertigen Strahllagemonitors am 180-Zeller in der Größenordnung 1–10 μm und eine relative Genauigkeit kleiner 6,2 % erwarten. Es hat sich gezeigt, daß zur Erzielung hohe Genauigkeit zwei Komponenten des Strahllagemonitors besondere Aufmerksamkeit zu schenken ist. Zum einen muß der HOM-Dämpfer mit den paarweisen Auskoppelstellen präzise, mit guter Symmetrie gefertigt sein. Zum anderen hat der 180°-Hybrid am Eingang der Signalverarbeitungsschaltung großen Einfluß auf die erzielbare Genauigkeit. Beide Komponenten sind wichtig, um die monopol- und dipolartigen Komponenten aus dem ausgekoppelten Signalgemisch sauber voneinander trennen zu können. Wie die Messungen zeigten, ist ein schmalbandiger, auf die verwendete Meßfrequenz spezialisierter, selbst gefertigter Ringhybrid für diese Aufgabe erheblich besser geeignet als ein kommerziell erhältlicher Breitbandhybrid. Bei dem Ringhybrid gibt es jedoch auch noch Verbesserungsmöglichkeiten. Der Ringhybrid wurde präzise gefertigt. Er hat jedoch keine Abgleichmöglichkeit. Eine Korrekturmöglichkeit der Amplitude und Phase an den Eingängen könnte die Auflösung und Genauigkeit noch etwas steigern. Wenn bei der Simulation ein idealer 180°-Hybrid angenommen wird verschwindet ein Großteil des Fehlers. Der nächste Schritt bei der Weiterentwicklung der Signalverarbeitung könnte darin bestehen, die zur Zeit noch getrennt aufgebauten Hochfrequenzkomponenten auf einer gemeinsamen Platine zu integrieren. Zusammen mit dem Mikroprozessorsystem auf einer zweiten Platine entsteht so ein kompaktes System, daß sich preisgünstig in der für einen linearen Kollider erforderlichen großen Stückzahl fertigen läßt.
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.
An der Chirurgischen Klinik des Bürgerhospitals wurden 58 Patienten, davon 38 Frauen und 19 Männer, in dem Zeitraum von 1/2001 bis 8/2003 aus unter-schiedlicher Indikation und angemessen dem präoperativen Befund an der Schilddrüse operiert. Die mitentnommenen Schilddrüsen-Isthmi wurden separiert und getrennt immunhistochemisch auf Calcitonin, Chromogranin A, CGRP (Calcitonin-Gene-Related-Peptid) und CEA (Carcino-Embryonales-Antigen) untersucht mit der Fragestellung der C-Zell-Freiheit des Isthmus im chirurgischen Krankengut und daraus möglicherweise resultierendem innovativen Operationsverfahren bei erhöhtem Serumcalcitonin. Dem Gesamtkollektiv wurden konsekutiv 35 Patienten mit einem unbekannten oder nicht erhöhten Serum-Calcitoninwert (Gruppe A), dann im Verlauf 23 Patienten selektiv systematisch mit einem präoperativ erhöhten Serum-Calcitoninwert (Gruppe B) zugefügt. Die immunhistochemische Untersuchung der Isthmi zeigte in keinem Fall eine Positivität für Calcitonin, der als spezifischer C-Zell-Marker gilt. 44,8% aller Isthmi waren positiv für Chromogranin A und 62% für CGRP, CEA-positiv waren nur 3 Isthmi. Signifikant häufiger positiv für Chromogranin A und CGRP waren Isthmi der Patienten mit C-Zell-Hyperplasie als Isthmi bei Patienten mit medullärem Schilddrüsenkarzinom der Seitenlappen. Die Ursache ist bis dato ungeklärt. Chromogranin A, CGRP und CEA gelten als unspezifische Marker, können aber auch in C-Zellen positiv sein. Bis heute ist kein Fall einer Calcitonin-negativen und gleichzeitig Chromogranin A-, CGRP- und CEA-positiven C-Zelle beschrieben worden, so dass wir anhand unserer Studie am chirurgischen Patientengut einen Nachweis eines C-Zell-freien Isthmus liefern, der jedoch endokrine Zellen beinhaltet, deren genaue Funktion in der Schilddrüse nicht bekannt sind. Der Median der präoperativen basalen Serum-Calcitoninwerte der Gruppe B lag bei patho-histologisch nachgewiesener C-Zell-Pathologie-Freiheit bei 19,5 pg/ml (10-36,4), stimuliert bei Median 85 pg/ml (53-206,4), bei Patienten mit einer C-Zell-Hyperplasie lag der basale Median bei 25,5 pg/ml (16-75), der stimulierte Median lag bei 134 pg/ml (57,8-208), bei Patienten mit medullärem Schilddrüsenkarzinom lag der basale Median bei 523,1pg/ml (71-11360), der stimulierte Median lag bei 994pg/ml (189-11400). In Anbetracht dessen haben unsere Ergebnisse eine klinische Relevanz im Hinblick auf mögliche Modifikationen der Operationsverfahren vor allem bei Knotenstrumen, die mit leicht erhöhtem Serum-Calcitonin einhergehen oder bei prophylaktischen Operationen bei genetisch positiven Patienten. Eine Verlaufskontrolle ist mit Bestimmung des Serum-Calcitonins möglich, ein Zweiteingriff (im Falle eines patho-histologisch nachgewiesenen medullären Mikrokarzinoms) jederzeit und mit geringem Komplikationsrisiko durchführbar.