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Auswirkungen der Komplementfaktoren C3a und C5a auf die endotheliale Glykokalyx im Rahmen des akuten Myokardinfarkts
No full textIn der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen der Komplementfaktoren C3a und
C5a auf die endotheliale Glykokalyx im Rahmen des akuten Myokardinfarkts untersucht.
Die Glykokalyx ist die negativ geladene, bürstenartige Schicht, die das Endothel aller Gefäße
im menschlichen Körper bedeckt. Sie spielt eine zentrale Rolle als Barriere zwischen Blut
und Gewebe und hat einen großen Einfluss auf die Steuerung von Körperfunktionen, wie
die Blutdruckregulation und Immunantwort.
Im Rahmen von Ischämie/Reperfusion, wie es sie im Fall eines akuten Myokardinfarktes
gibt, können zahlreiche lokale und systemische Schäden beobachtet werden. Einige von
ihnen betreffen die endotheliale Glykokalyx. Dies geschieht u.a. durch Freisetzung von Zytokinen.
Eine weitere Folge ist die systemische Aktivierung des angeborenen Immunsystems
mit dem Komplementsystem und daraus resultierender Bildung der Anaphylatoxine
C3a und C5a. Diese führen zu einem messbaren Endothelschaden.
Zum ersten Mal wurden in dieser Arbeit die Konformation und nanomechanischen Eigenschaften
der Glykokalyx nach Schädigung durch C3a und C5a quantifiziert. Dazu wurde die
Konformation mittels Rasterkraft-Mikroskopie (Atomic-Force-Microscopy, AFM) bestimmt.
Funktionelle Schäden wurden zudem mittels Messung der immunvermittelten Monozytenadhäsion
quantifiziert. Dies erfolgte mittels Monozyten-Adhäsions-Assay und quantitativ
mit Hilfe der Cell-Hesion-Methode. In allen Versuchen wurden die Auswirkungen der
Anaphylatoxine und ihrer rezeptorspezifischen Antagonisten untersucht.
Im Rahmen dieser Versuche konnte gezeigt werden, dass eine Schädigung des Endothels
mit einhergehender Einschränkung der nanomechanischen Eigenschaften sowohl über die
C3a:C3aR als auch über die C5a:C5aR1-Achse vermittelt wird. Weitere Untersuchungen
sind nötig, um den Stellenwert der C3a:C3aR- als auch der C5a:C5aR1-Achse im Rahmen
des akuten Myokardinfarktes herauszuarbeiten.
Die Anwendung spezifischer Rezeptorantagonisten konnte diese Effekte stellenweise abschwächen.
Das vorherrschende Wissen um den hohen Stellenwert der Komplementaktivierung
im Rahmen der Endothelschädigungen nach einem akuten Myokardinfarkt unterstreicht
den potenziellen therapeutischen Ansatz, der sich aus einer Blockierung verschiedener
Komplementfaktoren oder Anaphylatoxinen ergibt
Investigation of mechanistic processes that regulate hypothalamic response to glucose and oxygen variability
No full textDer Hypothalamus ist ein zentraler Regulator neuroendokriner Reaktionen. Er spielt eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung eines angemessenen Glukose- und Sauerstoff¬spiegels, die beide wesentliche Parameter für die homöostatische Funktion des Gehirns sind. Eine Funktionsstörung des Hypothalamus ist mit schwerwiegenden neuroendokrinen Folgen wie Diabetes mellitus (DM) verbunden, welche vor allem durch Hyperglykämie gekennzeichnet ist. Ein großer Nachteil bei der Behandlung von Hyperglykämien ist das Auftreten von rezidivierenden Hypoglykämien, die zu einer Hypoglykämiewahrnehmungsstörung (HU) führt, deren Pathogenese noch nicht geklärt ist. Darüber hinaus manifestiert sich die DM-assoziierte neurologische Dysfunktion als diabetische Neuropathie, deren Auswirkungen noch nicht vollständig geklärt sind. In dieser Arbeit werden die mechanistischen Prozesse untersucht, die die hypothalamischen Reaktionen auf Glukose- und Sauerstoffvariabilität steuern, wobei der Schwerpunkt auf der Hypoglykämie-induzierten Neuropathie liegt. Verschiedene in vitro-Studien wurden durchgeführt, um die molekularen und translationalen Mechanismen zu entschlüsseln, die der hypothalamischen Dysfunktion bei variablen Glukose- und Sauerstoff¬konzentrationen zugrunde liegen.
Da der Hypoxie-induzierbare Faktor-1α ein wichtiger Regulator sowohl der Sauerstoffhomöostase als auch des Glukosestoffwechsels ist, wurde angenommen, dass er die hypothalamische Reaktion auf Glukose- und Sauerstoffschwankungen unter der physiologischen Sauerstoffkonzentration im Gehirn vermittelt. Interessante Ergebnisse an primären und immortalisierten Mikrogliazellen widerlegten die vorgeschlagene Hypothese und wiesen auf den NF-κB Signalweg als potenziellen Regulator dieser Reaktionen hin, was neue Wege zur Bekämpfung der durch Hypoglykämie ausgelösten Neuroinflammation eröffnet. Die Analyse der neuronalen Reaktionen des Hypothalamus auf Glukoseschwankungen zeigte, dass die Autophagie an der Pathogenese von Hypoglykämie-assoziierten autonomen Störungen beteiligt ist und dass FOS ein potenzieller Regulator dieser Reaktionen ist. Die spezifische Hochregulierung von Angiotensin-1-Converting-Enzym-2 in hypothalamischen Neuronen unter Glukosevariabilität lieferte wichtige Erkenntnisse über die neurologischen Manifestationen von COVID-19 und die Anfälligkeit von Patienten mit DM, was die Notwendigkeit einer strengen Blutzuckerkontrolle in dieser Bevölkerungsgruppe unterstreicht. Insgesamt haben diese Ergebnisse das Hauptziel erreicht, das derzeitige Verständnis der glukose- und sauerstoffinduzierten neurologischen Beeinträchtigungen zu verbessern und gleichzeitig neue Einblicke in die vom Hypothalamus gesteuerte neuroendokrine Regulation zu geben.The hypothalamus is a central regulator of neuroendocrine responses. It plays a pivotal role in maintaining adequate levels of glucose and oxygen, both of which are essential parameters for the brain’s homeostatic function. Thereby, hypothalamic dysfunction is associated with severe neuroendocrine consequences such as diabetes mellitus (DM), where the latter is mainly characterized by hyperglycaemia. A major disadvantage of treatment against hyperglycaemia is recurrent hypoglycaemia that leads to hypoglycaemia unawareness (HU), the pathogenesis of which remains to be elucidated. Moreover, DM-associated neurological dysfunction manifests as diabetic neuropathy, the implications of which remain to be fully characterized. This thesis investigates the mechanistic processes governing hypothalamic responses to glucose and oxygen variability, focusing on hypoglycaemia-induced neuropathy. Various in-vitro studies have been employed to decipher the molecular and translational mechanisms behind hypothalamic dysfunction subjected to variable glucose and oxygen concentrations.
Since hypoxia-inducible factor-1α is a key regulator of both oxygen homeostasis and glucose metabolism, it was hypothesized to mediate the hypothalamic response to glucose and oxygen variability under the physiological oxygen concentration of the brain. Intriguing findings from primary and immortalized microglial cells debunked the proposed hypothesis. They revealed the NF-κB pathway as potential regulator of these responses, suggesting novel avenues for targeting hypoglycaemia-induced neuroinflammation. Furthermore, analysing hypothalamic neuronal responses to glucose variability implicated autophagy in the pathogenesis of hypoglycaemia-associated autonomic failure and revealed FOS as a potential regulator of these responses. The unique upregulation of angiotensin 1 converting enzyme-2 in hypothalamic neurons under glucose variability provided critical insights into the neurological manifestations of COVID-19 and its susceptibility to patients with DM, emphasizing the need for strict glycaemic control in this population. Collectively, these outcomes have achieved the primary purpose of advancing the current understanding of glucose and oxygen-induced neurological impairments, whilst offering novel insights into neuroendocrine regulation governed by the hypothalamus
Veränderungen der Dosis sowie das Auftreten von Komplikationen hinsichtlich des Lähmungsniveaus und des Lähmungsausmaßes bei intrathekaler Baclofen-Therapie
No full textMulti-omics analysis uncovers split formation and keratinocyte detachment as key drivers of long-lasting cellular effects in pemphigus vulgaris
No full textPemphigus Vulgaris (PV) ist eine Autoimmunerkrankung, bei der Antikörper fälschlicherweise
die Adhäsionsproteine Desmoglein 1 (DSG1) und/oder Desmoglein 3 (DSG3) auf Hautzellen
angreifen, was zum Verlust der Zell-Zell-Adhäsion führt und Blasenbildung verursacht.
Während die molekularen Veränderungen nach der Bindung von Antikörpern in der PV nach
wie vor nur unzureichend verstanden werden, haben wir diese nachgeschalteten Effekte
durch die Analyse von Gen- und Proteinreaktionen in zwei experimentellen Modellen
untersucht: menschliche primäre epidermale Keratinozyten (HPEKs) und menschliche
Hautorgane (HSOC).
Die Proben wurden entweder mit PX43, einem vom Menschen stammenden
Antikörperfragment, das auf DSG1 und DSG3 abzielt, oder mit AK23, einem von der Maus
stammenden DSG3-Antikörper, sowie mit Kontrollbehandlungen behandelt. Im HPEK-Modell
lösten die PV-Antikörperbehandlungen im Vergleich zu den Kontrollen nach 5, 10 oder 24
Stunden keine nennenswerten Veränderungen aus. Im HSOC-Modell führte jedoch nur PX43
zu einer Aufspaltung des Gewebes und zu signifikanten Veränderungen in der Gen- und
Proteinexpression, insbesondere in Signalwegen, die mit Entzündungen und Immunsignalen
verbunden sind (z. B. TNFα, Interferon α/γ, IL2-STAT5, IL5-STAT3).
Wichtig ist, dass diese molekularen Veränderungen denen ähnelten, die bei verletzter oder
entzündeter Haut zu beobachten sind, was darauf hindeutet, dass die physische Schädigung
durch die Blasenbildung - und nicht die Antikörperbindung selbst - der primäre Auslöser für
die nachgeschalteten zellulären Reaktionen ist. Diese Studie zeigt, dass die
Gewebeschädigung der Hauptauslöser für das Fortschreiten der Erkrankung bei PV sein kann,
was auf neue therapeutische Ziele hindeutet, die sich auf die Modulation der Wundreaktion
und der Entzündung konzentrieren und nicht auf die Antikörper allein.Pemphigus Vulgaris (PV) is an autoimmune disease in which antibodies mistakenly target
the adhesion proteins Desmoglein 1 (DSG1) and/or Desmoglein 3 (DSG3) on skin cells,
leading to the loss of cell-cell adhesion and causing blistering. While the molecular changes
following antibody binding in PV remain poorly understood, we investigated these
downstream effects by analyzing gene and protein responses in two experimental models:
human primary epidermal keratinocytes (HPEKs) and human skin organ culture (HSOC).
Samples were treated with either PX43, a human-derived antibody fragment targeting DSG1
and DSG3, or AK23, a mouse-derived DSG3 antibody, alongside control treatments. In the
HPEK model, PV antibody treatments did not trigger notable changes compared to controls
at 5, 10, or 24 hours. However, in the HSOC model, only PX43 induced tissue splitting and
significant changes in gene and protein expression, particularly in pathways linked to
inflammation and immune signaling (e.g., TNFα, Interferon α/γ, IL2-STAT5, IL5-STAT3).
Importantly, these molecular changes resembled those seen in wounded or inflamed skin,
suggesting that physical damage from blister formation—not the antibody binding itself—is
the primary driver of downstream cellular responses. This study reveals that tissue injury
may be the main trigger for disease progression in PV, pointing toward new therapeutic
targets that focus on modulating the wound response and inflammation, rather than the
antibodies alone
Peripheral administration of dopamine or specific dopamine receptor agonists does not spark BAT thermogenesis in mice
No full textDie Bekämpfung von Übergewicht und Fettleibigkeit ist derzeit weltweit eines der größten Anliegen im Gesundheitswesen. Über zwei Drittel der Weltbevölkerung haben einen überdurchschnittlichen BMI, der die Hauptursache für Stoffwechselerkrankungen, explodierende Kosten im Gesundheitswesen und schließlich vorzeitigen Tod ist.
Zu den jüngsten Fortschritten auf diesem Gebiet gehören Injektionen von Antidiabetika, die die Gewichtsabnahme fördern. Mit Hinblick auf langfristige Nebenwirkungen, Nachhaltigkeit und allgemeine Verbrauchersicherheit, stellen diese Medikamente jedoch bislang Black Boxes dar. Daher muss ein noch tieferes Verständnis der Fettgewebsbiologie und derren Auswirkung auf den Gesamtstoffwechsel erreicht werden, um sichere Wege zur Körpergewichtskontrolle für Individuen zu ergründen, und der Bevölkerung, ungeachtet der Lebensdauer, ein gesünderes Leben zu ermöglichen.
Ein Mechanismus, der als möglicher Weg zur Unterstützung der Gewichtsabnahme untersucht wurde, ist die Aktivierung der Thermogenese des braunen Fettgewebes (BAT). Braune Adipozyten unterscheiden sich von weißen Adipozyten in der Zellgröße, der Fettvakuolenverteilung, der Mitochondriendichte und einem für ihren Zelltyp einzigartigen Protein – dem sogenannten Uncoupling Protein 1 (UCP1). Dieses Protein ermöglicht es braunen Adipozyten überschüssige Energie in Form von Wärme freizusetzen, statt sie intrazellulär zu speichern, wie es bei weißen Adipozyten der Fall ist. Nach aktuellem Wissensstand wird die BAT-Thermogenese durch Kälteeinwirkung und Nahrungsaufnahme aktiviert, was hypothalamische Signale über das sympathische Nervensystem sendet und die Freisetzung von Noradrenalin in BAT erhöht, was wiederum molekulare Signalwege initiiert, die durch G-Protein-gekoppelte Rezeptoren gesteuert werden und letztlich die UCP1-Expression erhöhen.
Interessanterweise zeigten Beobachtungen der 1980er Jahre, dass Dopamin ähnliche Auswirkungen auf den BAT-Temperaturanstieg in Nagern hat wie Noradrenalin. Eine neuere Studie von Kohlie et al. folgte diesem Hinweis und untersuchte diese Beobachtung auf molekularer Ebene in Nagetierzellen in vitro, mit der Schlussfolgerung, dass Dopamin und Dopaminrezeptor-D1-Agonisten die Thermogenese in braunen Adipozyten steigern. Die vorliegende Studie untersucht daher die Rolle von Dopamin und Dopaminrezeptoren in der BAT-Thermogenese ex vivo und in vivo in Mäusen. Zum Einsatz kamen hierbei direkte Gewebebehandlung, kurzfristige Einzelinjektionsansätze sowie wiederholte Injektions- und konstante Freisetzungsmethoden im Laufe einer Woche in Wildtyp- C57BL/6NCrl-Mäusen. Darüber hinaus wurde das Vorhandensein von Dopaminrezeptoren in BAT von Mäusen im Rahmen einer Proteomics-Studie akribisch untersucht. In diesen Experimenten wurde weder die Aktivierung von BAT-Thermogenese noch das Vorhandensein von Dopaminrezeptoren festgestellt, was zu der Schlussfolgerung führt, dass Dopamin bzw. Dopaminrezeptoren D1 und D2 nicht direkt im Gewebe zu BAT- Thermogenese beitragen. Allerdings kann eine indirekte Rolle von Dopamin, welches die metabolische Vorstufe von Noradrenalin im Katecholaminsyntheseweg darstellt, über die zentrale Achse nicht ausgeschlossen werden und sollte weiter untersucht werden.Combatting overweight and obesity is one of the major concerns in healthcare in the world at the moment. Over two thirds of the world’s population present with an above average BMI, which is the root cause for metabolic diseases, sky rocketing costs in healthcare, and eventually premature death.
Recent advances in the field include injections of antidiabetics that promote weightloss, but are essentially black boxes regarding long term side effects, sustainability, and overall consumer safety. An even deeper understanding of adipose tissue biology and its effects on whole body metabolism must be achieved to uncover safe ways for individuals to manage their body weight and therefore lead a healthier life – however long it may be. One mechanism that has been investigated as a potential route to aid weight loss is brown adipose tissue (BAT) thermogenesis activation. Brown adipocytes differ from white adipocytes in cell size, fat vacuole distribution, mitochondrial density and a protein unique to their cell type, called uncoupling protein 1 (UCP1). This protein enables brown adipocytes to combust excess energy into heat, instead of intracellular storage, as is the case in white adipocytes.
The current state of the knowledge is, that BAT thermogenesis is activated through cold exposure and food intake which lead to hypothalamic signalling via the sympathetic nervous system and increase the release of norepinephrine in BAT, which consequently initiates G protein-coupled receptor-dependent molecular pathways leading to increased UCP1 expression.
Interestingly, observations in the 1980s have described dopamine to have similar effects on BAT temperature increases in rodents, as norepinephrine does. A more recent study by Kohlie et al. followed this lead and investigated this observation on a molecular level in rodent cells in vitro; concluding dopamine and dopamine receptor D1-agonists did increase thermogenesis in brown adipocytes.
This study therefore aims to further investigate the role of dopamine and dopamine receptors in BAT thermogenesis ex vivo and in vivo in mice using direct tissue treatment, single injection short term approaches, as well as repeated injection and constant release methods over the course of one week in wild type C57BL/6NCrl mice, respectively. Furthermore, the presence of dopamine receptors in BAT of mice was investigated meticoulously in a proteomics approach. Neither BAT thermogenesis activation, nor dopamine receptor presence were detected in these experiments, leading to the conclusion, that dopamine or dopamine receptors D1 and D2 do not directly contribute to BAT thermogenesis. However, an indirect role of dopamine, as the direct metabolic precursor of norepinephrine in the catecholamine synthesis pathway, via the central axis, can not be excluded and should be investigated further
Der Einfluss von aktiviertem braunen Fettgewebe auf den Glukose - und Lipidstoffwechsel bei Menschen mit Adipositas Grad I
No full texteine systematische Übersichtsarbeit und Metaanalyse
No full textDas posteriore uveale Melanom (UM) ist der häufigste intraokuläre primär maligne Tumor, mit 3-5 % Anteil an den malignen Melanomen insgesamt weltweit. Dieses systematische Review konzentriert sich aus klinisch relevanten Gründen auf das Aderhautmelanom und das Ziliarkörpermelanom (zusammengefasst als UM). Bisher gibt es neben altbekannten chirurgischen Methoden, wie der Enukleation, eine Vielzahl an strahlentherapeutischen Möglichkeiten für die Behandlung des UMs. Trotz hinreichender Studienlage ist es bisher allerdings noch nicht gelungen, eindeutig zu identifizieren, welche der Strahlentherapien einen Vorteil in Hinblick auf wichtige klinische Endpunkte, wie die lokale Tumorkontrolle, Metastasierung, Überleben, Visus, Augenerhalt und Strahlennebenwirkungen, hat. Ziel dieser systematischen Übersichtsarbeit und Metaanalyse ist daher der Vergleich der vorhandenen Studienlage, mit Fokus auf die oben genannten klinischen Endpunkte, unter Berücksichtigung der Strahlendosis. Die methodische Vorgehensweise orientiert sich an dem „Cochrane Handbook for Systematic Reviews“ (83). Die Registrierung wurde bei Prospero unter der ID CRD42022311758 durchgeführt. Geeignete Kriterien für den Einschluss relevanter Studien wurden mittels des PICO-Schemas festgelegt. Die PubMed-Datenbank wurde nach Studien durchsucht, die zwischen dem 1. Januar 2000 und dem 31. Dezember 2021 veröffentlicht wurden. Es wurden 20 Studien (18 pro- und retrospektive Kohortenstudien und 2 RCTs) für die weitere Betrachtung identifiziert. Diese flossen in die kritische Bewertung der Studienqualität (Risk of Bias) fand mit den validierten Instrumenten der Cochrane Collaboration ROBINS-I (für nicht-randomisierte Studien) und RoB 2 (für RCTs) ein. Die Metaanalyse für 10 der Studien wurde mit dem Programm R (R-Version 4.1.3, library: meta, procedure: metaprop) (109) durchgeführt. In die Gesamtbewertung fließen die Ergebnisse der Risk of Bias Bewertung, die in der Heterogenitätsanalyse ermittelten Variablen als zusätzliche Einflussgrößen, sowie die in den Forest Plots dargestellten gepoolten Effektschätzer ein. Der kritischste Punkt bei der Erarbeitung unserer Ergebnisse war das Fehlen eines adäquaten Strahlendosisprotokolls mit Angabe der BED und/oder der EQD2. Für die Zukunft sollten Studien prospektiv und randomisiert geplant werden und neben der Angabe der Bestrahlungsdosis pro Augenstruktur auch standardisierte Behandlungsparameter beinhalten, sowie ein einheitliches Nachverfolgungsprotokoll mit eindeutigen, reproduzierbaren Messgrößen
