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Elisabeth Rotten (1882-1964) - eine (fast) vergessene Reformpädagogin
No full textÜberarb. Ausg. (unter Weglassung der Abb.) des gleichlautenden Aufsatzes in: "etwas erzählen". Die lebensgeschichtliche Dimension in der Pädagogik. Bruno Schonig zum 60. Geburtstag, hrsg. von Inge Hansen-Schaberg, Baltmannsweiler 1997, S. 114-131
Die Rolle der Autophagie in der NASH : Eine molekulare in vivo und in vitro Untersuchung
No full textDie „nicht Alkohol assoziierte Steatohepatitis“ (NASH), eine Unterform der „nichtalkoholische Fettleber-Erkrankung“ (NAFLD), ist die Manifestation des metabolischen Syndroms in der Leber. Histologisch ist NASH durch eine vermehrte Fetteinlagerung ins Lebergewebe mit Entzündung und Zellschädigung gekennzeichnet, die mit oder ohne Fibroseentwicklung einhergeht. Durch die Erkrankung steigt das Risiko für eine Leberzirrhose und die Entwicklung eines „hepatozellulären Karzinoms“ (HCC). Die weltweit wachsenden Patientenzahlen führen zu einem zunehmenden Bedarf an Therapie und deren Verbesserung. Diese Arbeit dient dem besseren Verständnis der Rolle der Autophagie für die Pathophysiologie der NASH, um mögliche neue Therapieansätze zu finden.
In Hepatozyten wirkt sich die Autophagie durch die Reduktion von oxidativem Stress und dem Erhalt der Zellhomöostase protektiv aus. In Sternzellen wiederum führt die Aktivität der Autophagie zum Anstoß von Prozessen, welche Fibrosierung und Entzündung fördern. Des Weiteren wird die Rolle von Leptin, einem Regulatorhormon der Nahrungsaufnahme und Energiehomöostase, sowie von Koffein als supportiver Therapieoption untersucht. Sowohl Leptin als auch Koffein könnten ein wichtiges Bindeglied zwischen der Autophagie, dem metabolischen Syndrom und NASH darstellen.
Für die Untersuchung wird mittels RT-qPCR und Western Blot das Lebergewebe von übergewichtigen „fatty liver Shionogi“ (FLS)-Mäusen (ein Modell für NAFLD) und FLS-ob/ob-Mäusen (ein Modell für NASH) in Bezug auf die Autophagieaktivität verglichen. Zusätzlich dazu wird an humanen in vitro Modellen der Leber mittels HepG2-Zellen, Hep3B-Zellen und LX2-Zellen, die zur Simulation der Steatose der Leber jeweils mit „Ölsäure“ (OA) vorbehandelt sind, die Aktivität der Autophagie untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass ohne Leptin in fettleibigen Mäusen, die als Modell für NASH dienen, die Expression der mRNA von Becn1, Map1lc3b, Sqstm1, Prkaa1_2 und Prkaa2_2 und deren Proteine steigt. Die untersuchten Zelllinien exprimieren kein Leptin und sind demzufolge mit den FLS-ob/ob-Mäusen vergleichbar. Durch die Behandlung mit OA reichert sich vermehrt Fett in den Zellen der in vitro Modelle an. In der Live-Zellanalyse der Hep3B-Zellen ist ein vermehrter Reifungsprozess zum Autolysosom zu beobachten. In den HepG2-Zellen lassen sich nach der Behandlung mit OA weniger Autophagieproteine nachweisen, während PHOSPHO-AMPK-α vermehrt gebildet wird. Wird den Zellen zusätzlich Koffein zugesetzt, kehrt sich der Effekt um. In den LX2-Zellen stellt es sich ähnlich dar, allerdings wird in den Sternzellen PHOSPHO-AMPK-α stabil exprimiert. Daneben führt die Behandlung mit OA in den Sternzellen dazu, dass COL1A1 stärker exprimiert und marginal mehr Kollagen I Fibrillen gebildet werden.
In der Zusammenschau zeigt sich, dass das Fehlen von Leptin in übergewichtigen FLS-Mäusen die Autophagie behindert. Die Hemmung in den ob/ob-Mäusen ist Phospho-Ampk-α unabhängig. Demgegenüber zeigt sich in den Leptin-defizienten Zellenmodellen durch die Zugabe von OA eine Steigerung der Autophagie. In den HepG2-Zellen könnte die Steigerung PHOSPHO-AMPK-α vermittelt sein. Die Wirkung des Koffeins scheint hingegen maßgeblich davon abzuhängen, ob zum Startzeitpunkt der Koffeinbehandlung bereits eine Verfettung der Hepatozyten besteht. Sollte ein Mangel an Autophagie ursächlich für die Progredienz der NASH sein, wäre Koffein als Therapieoption nur bei bestimmten Verfettungsgraden hilfreich. Hingegen werden die Sternzellen auch bei bestehender Verfettung durch Koffein in ihrer Aktivität gehemmt, was ein Fortschreiten der Fibrosierung verhindert.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass Leptin aufgrund seiner Rolle in der Autophagie ein vielversprechender Therapieansatz für NASH ist. Nichtsdestotrotz sind weitere Forschungen nötig, um die genauen molekularen Interaktionen, die zur Entwicklung von NASH führen, besser zu verstehen.“Non-alcoholic steatosis hepatis” (NASH) belongs to and derives from “Non-alcoholic fatty liver disease” (NAFLD). Such metabolic syndrome is characterized by increased fat storage in hepatocytes, exacerbated cell death, and inflammation, even in the absence of liver fibrosis. NASH promotes liver cirrhosis and tumorigenesis, thus leading to “hepatocellular carcinoma” (HCC). The numbers of patients in need for better treatment and new therapeutic options is constantly increasing worldwide. This study aims to investigate the involvement of autophagy in the pathogenesis of NASH to identify new potential therapeutic approaches.
Autophagy plays an important role in protecting hepatocytes from cytotoxic stress and harmful cellular conditions. Moreover, it leads to trans-activation of the hepatic stellate cells, thus exerting a pro-fibrotic property and releasing pro-inflammatory metabolites. Furthermore, Leptin, a hormone that regulates hunger, and caffeine, an often-used therapy option, are investigated regarding their effects on autophagy and their implication for the metabolic syndrome and NASH.
RT-qPCR and Western Bolt detected autophagy markers in liver biopsies of obese “fatty liver Shionogi” FLS-mice (a model for NAFLD) and FLS-ob/ob-mice (a model for NASH). Additionally, HepG2, Hep3B and LX2 cells incubated with “oleic acid” (OA) were included in the study as a human in vitro model of liver steatosis.
The results show that in obese mice affected by NASH the absence of leptin expression is responsible for the over-expression of Becn1, Map1lc3b, Sqstm1 Prkaa1_2 und Prkaa2_2 transcripts as well as the accumulation of their proteins. The cells do not express leptin and are therefore comparable to FLS-ob/ob-mice. The administration of oleic acid causes an accumulation of fat in all leptin-deficient cells. The live-cell analyses show the maturation of autophagosome vesicles in OA-treated Hep3B cells. After treatment with OA, HepG2-cells reduce autophagy proteins and increase production of PHOSPHO-AMPK-α. This effect is reverted by adding caffeine. LX2-cells show similar results. In contrast, PHOSPHO-AMPK-α is stable in comparison to untreated cells. The administration of oleic acid increases the COL1A1 transcript level and marginally increases synthesis of inducible collagen I fibres in hepatic stellate cells
Regulierung der Ebola-Virus-Transkription durch das virale Nukleoprotein: Auswirkungen von Proteininteraktionen und posttranslationalen Modifikationen
No full textThe Ebola virus (EBOV) belongs to the family Filoviridae and the order Mononegavirales. Sporadic EBOV outbreaks in sub–Saharan Africa are characterized by a high lethality rate of 40-90%. Replication and transcription of the negative stranded viral genome are facilitated by the viral polymerase L and its co-factor the viral protein (VP) 35. While these two proteins are sufficient to enable viral replication, transcription is additionally dependent on the transcription factor VP30. Whether VP30 is part of the transcriptase complex is dependent on its phosphorylation state: dephosphorylated VP30 actively supports viral transcription, in contrast, the phosphorylated form is no longer recruited by the polymerase complex and thus transcription is no longer supported. The cellular protein phosphatase 2A (PP2A) was identified to play a major role in VP30 dephosphorylation and is therefore essential for viral transcription. The viral nucleoprotein (NP) plays a key role for VP30 dephosphorylation by recruiting both proteins, which brings them in close contact to each other enabling VP30 dephosphorylation. NP is a highly versatile protein that is not only essential for the encapsidation of genomic and anti-genomic RNA but has likewise an important role in recruiting viral as well as host proteins to facilitated viral transcription and replication.
In the first part of this study, the influence of NP on efficient VP30 dephosphorylation through PP2A was investigated. We could show that both proteins require site-specific recruitment by NP, which brings them in close contact. Further separation of the binding sites on NP led to a reduction in primary transcription that could be linked to an increased VP30 phosphorylation state. This phenotype was further confirmed in rec. EBOV rescue systems, showing an attenuation of a recombinant virus with an increased distance between the PP2A and VP30 binding sites on NP. In this process, we identified a compensatory point mutation that emerged in the NP gene during one of the rescue attempts (NP T603I). Following experiments showed that the NP mutation completely restored viral propagation of an otherwise non-viable virus. The mutation was investigated individually as well as in context of the NP linker mutants in order to characterize its drastic effect on viral propagation. This revealed a specific compensation of the linker related growth defect by NP T603I while the mutation on its own was detrimental for the viral life cycle. Through mass spectrometry analysis, we were able to show phosphorylation of NP T603 in viral particles whereas phosphorylation could not be detected after cellular expression. By using phosphomimetic NP T603 mutants we could show that dynamic phosphorylation at this position within the same NP molecule is important for efficient viral propagation, which is the first evidence for a functional importance of NP phosphorylation.
Besides PP2A and VP30, EBOV NP is also known to interact with the lysine methyltransferase SET and MYND domain-containing protein 3 (SMYD3). Interestingly its interaction site is located between the binding sites of PP2A and VP30 and a regulative role on transcription has been proposed. However, our results did not suggest an important role of SMYD3 or its enzymatical function for the viral life cycle. Excess amounts of SMYD3 expression led to an inhibition of EBOV transcription and replication, while it had no effect on MARV and LLOV life cycle modeling systems. Despite SMYD3 likely being dispensable for the EBOV life cycle, we could, for the first time, detect methylation of NP at several arginine and lysine residues through mass spectrometry. Incorporation of different members of the protein arginine methyltransferase (PRMT) family into viral particles suggests their involvement in EBOV NP methylation, which is an interesting finding that will open up new research possibilities.
This study emphasizes the essential role of NP as a regulator of viral transcription and replication. NP facilitates many different functions during the viral life cycle, which is regulated via the interaction with viral and cellular proteins as well as RNA. These processes are often influenced by post translational modifications. Our study identifies the large intrinsically disordered region in the C-terminal part of the protein as an important structural component mediating PP2A, SMYD3, and VP30 binding. The same region is also heavily modified by PTMs and underlies a high evolutionary pressure. This specialized region of NP enables structural variability that is hypothesized to be an important factor to fulfill the large variety of EBOV NP interactions and hence functions during the viral life cycle.Das Ebola Virus (EBOV) gehört zur Familie der Filoviridae und zur Ordnung der Mononegavirales. Sporadische EBOV-Ausbrüche in Afrika südlich der Sahara sind durch eine hohe Letalitätsrate von 40-90 % gekennzeichnet. Die Replikation und Transkription des negativsträngigen viralen Genoms wird durch die virale Polymerase L und ihren Kofaktor, das virale Protein (VP) 35, ermöglicht. Während diese beiden Proteine für die virale Replikation ausreichen, ist die Transkription zusätzlich von dem Transkriptionsfaktor VP30 abhängig. Ob VP30 Teil des Transkriptasekomplexes ist, hängt von seinem Phosphorylierungsstatus ab: dephosphoryliertes VP30 unterstützt aktiv die virale Transkription, die phosphorylierte Form wird dagegen nicht mehr vom Polymerasekomplex rekrutiert und folglich wird die Transkription nicht mehr unterstützt. Die zelluläre Proteinphosphatase 2A (PP2A) spielt eine wichtige Rolle bei der Dephosphorylierung von VP30 und in Folge dessen auch für die virale Transkription. Das virale Nukleoprotein (NP) spielt eine Schlüsselrolle bei der Dephosphorylierung von VP30, indem es die beiden Proteine PP2A und VP30 rekrutiert, was sie in engen Kontakt zueinander bringt und die Dephosphorylierung von VP30 ermöglicht. NP ist ein äußerst vielseitiges Protein, das nicht nur für die Verpackung von genomischer und antigenomischer RNA unerlässlich ist, sondern auch eine wichtige Rolle bei der Rekrutierung von viralen und Wirtsproteinen spielt, um die virale Transkription und Replikation zu ermöglichen.
Im ersten Teil dieser Studie wurde der Einfluss von NP auf die effiziente Dephosphorylierung von VP30 durch PP2A untersucht. Wir konnten zeigen, dass beide Proteine eine ortsspezifische Rekrutierung durch NP benötigen, die sie in engen Kontakt bringt. Eine weitere Trennung der Bindungsstellen auf NP führte zu einer Verringerung der primären Transkription, die mit einem erhöhten Phosphorylierungsstatus von VP30 in Verbindung gebracht werden konnte. Dieser Phänotyp wurde in authentischen EBOV bestätigt, die eine Abschwächung eines rekombinanten Virus mit einem größeren Abstand zwischen den PP2A- und VP30-Bindungsstellen auf NP zeigten. Dabei identifizierten wir eine kompensatorische Punktmutation, die während der Generierung der rekombinanten Viren im NP-Gen auftrat (NP T603I). Die folgenden Experimente zeigten, dass die NP-Mutation die Virusvermehrung eines ansonsten nicht lebensfähigen Virus vollständig wiederherstellte. Die Mutation wurde sowohl einzeln als auch im Zusammenhang mit den NP-Linker Mutanten untersucht, um ihre drastische Auswirkung auf die virale Vermehrung zu charakterisieren. Dabei zeigte sich eine spezifische Kompensation des Linker-bedingten Wachstumsdefekts durch NP T603I, während die Mutation allein für den viralen Lebenszyklus nachteilig war. Durch massenspektrometrische Analysen konnten wir eine Phosphorylierung von NP T603 in viralen Partikeln nachweisen, während die Phosphorylierung nach zellulärer Expression nicht nachgewiesen werden konnte. Durch die Verwendung phosphomimetischer NP T603-Mutanten konnten wir zeigen, dass eine dynamische Phosphorylierung an dieser Position innerhalb desselben NP-Moleküls für eine effiziente virale Vermehrung wichtig ist, was der erste Beweis für eine funktionelle Bedeutung von NP-Phosphorylierung ist.
Neben PP2A und VP30 interagiert EBOV NP bekanntermaßen auch mit dem lysine methyltransferase SET and MYND domain-containing protein 3 (SMYD3). Interessanterweise befindet sich seine Interaktionsstelle zwischen den Bindungsstellen von PP2A und VP30, und die Bindung des Proteins soll an der Transkriptions-Regulation beteiligt sein. Unsere Ergebnisse deuten jedoch nicht auf eine wichtige Rolle von SMYD3 oder seiner enzymatischen Funktion für den viralen Lebenszyklus hin. Ein Übermaß an SMYD3-Expression führte zu einer Hemmung der EBOV-Transkription und -Replikation, während es keine Auswirkungen auf den Lebenszyklus von MARV und LLOV hatte. Obwohl SMYD3 für den EBOV-Lebenszyklus wahrscheinlich entbehrlich ist, konnten wir zum ersten Mal Methylierung von NP an mehreren Arginin- und Lysin-Resten durch Massenspektrometrie nachweisen. Der Einbau verschiedener Mitglieder der protein arginine methyltransferase (PRMT)-Familie in virale Partikel deutet auf ihre Beteiligung an der EBOV NP Methylierung hin, was in weiteren Studien bestätigt werden muss.
Diese Studie unterstreicht die wesentliche Rolle von NP als Regulator der viralen Transkription und Replikation. NP ermöglicht viele verschiedene Funktionen während des viralen Lebenszyklus, die über die Interaktion mit viralen und zellulären Proteinen sowie mit RNA reguliert werden. Diese Prozesse werden häufig durch posttranslationale Modifikationen beeinflusst. Unsere Studie identifiziert die große intrinsisch ungeordnete Region im C-terminalen Teil des Proteins als eine wichtige strukturelle Komponente, die die Bindung von PP2A, SMYD3 und VP30 vermittelt. Die gleiche Region ist auch stark durch PTMs modifiziert und unterliegt einem hohen evolutionären Druck. Diese spezialisierte Region von NP ermöglicht eine strukturelle Variabilität, von der angenommen wird, dass sie ein wichtiger Faktor für die große Vielfalt an EBOV NP Interaktionen und somit Funktionen während des viralen Lebenszyklus ist
Kontroverse Aspekte in der Versorgung von akuten und chronischen Erkrankungen des Kiefergelenkes - eine systematische Analyse
No full textDas Themengebiet der vorliegenden kumulativen Dissertation sind Erkrankungen und Funktionsstörungen des Kiefergelenkes mit Analysen zum evidenzbasierten Vorgehen bei der idiopathischen Kondylusresorption, der Kiefergelenkluxation und den inflammatorischen Erkrankungen des Kiefergelenkes im Sinne der juvenilen idiopathischen Arthritis und rheumatoiden Arthritis des Kiefergelenkes.
Ziel der vorliegenden kumulativen Arbeit war es, offene Fragen bezüglich evidenz- und konsensusbasierter Diagnostik und Therapie zu identifizieren und die im Rahmen der Erstellung der jeweiligen S3-Leitlinien aufgetretenen Kontroversen und/oder Desiderate zu analysieren. Die Publikation der Ergebnisse dieser Analysen soll zur Ausrichtung künftiger Forschung beitragen und die Etablierung von Standards auf diesen Themengebieten ermöglichen.
Die Grundlage der vorliegenden Originalarbeiten bildete jeweils die umfassende Aktualisierung bzw. Erarbeitung der entsprechenden Leitlinien „Idiopathische Kondylusresorption“, Registernummer 007/066; „Kiefergelenkluxation“, Registernummer 007/063 (jeweils als Mitglied der Lenkungsgruppe Neff & Riechmann) und „Inflammatorische Erkrankungen des Kiefergelenks: Juvenile Idiopathische Arthritis (JIA) und Rheumatoide Arthritis (RA) des Kiefergelenks“, Registernummer 007/061 (Letztere als Koautorin). In eigener Arbeit fanden hierbei die Literaturrecherche inklusive Handsuche und Aktualisierungen, die anschließende Evidenzbewertung und Bewertung der methodischen Qualität der eingeschlossenen Publikationen, das Verfassen der Langfassung inklusive aktualisierten und neuen Empfehlungen und Statements sowie bei den Leitlinien „Idiopathische Kondylusresorption“, Registernummer 007/066 und „Kiefergelenkluxation“, Registernummer 007/063 die Initialisierung und Auswertung der Abstimmungsergebnisse der multiplen Delphi-Runden durch die Verfasserin der vorliegenden Arbeit als unabhängigen Monitor (nicht stimmberechtigt) statt. Anschließend erfolgte in eigener Arbeit das Verfassen der Kurzfassung und des Leitlinienreports. Die gesamte Leitlinienarbeit fand unter Anleitung und Korrektur von Herrn Prof. Dr. Dr. Neff statt.
Nach Abschluss der Arbeit ließ sich zusammenfassend feststellen, dass auf allen drei Themengebieten trotz zum Teil erstmaliger Festlegung neuer Standards und erheblichen Errungenschaften, z.B. in Form einer erstmals international konsentierten Nomenklatur der Kiefergelenkluxation, weiterhin großer Forschungsbedarf besteht. Aufgrund der geringen Patientenzahl bei epidemiologisch schlechter Datenlage bleiben evidenzbasierte Aussagen in vielen Bereichen weiterhin nur unter Vorbehalt möglich.The subject area of this cumulative dissertation is diseases and functional disorders of the temporo-mandibular joint with analyses of the evidence-based approach to idiopathic condylar resorption, temporomandibular joint dislocation and inflammatory diseases of the temporomandibular joint as in juvenile idiopathic arthritis and rheumatoid arthritis of the temporomandibular joint.
The aim of this cumulative work was to identify open questions regarding evidence- and consensus-based diagnostics and therapy and to analyse the controversies that arose during the preparation of the respective S3 guidelines. The publication of the results of these analyses should contribute to the orientation of future research and enable the establishment of standards in these subject areas.
The foundation of these original works was the comprehensive updating and development of the corresponding guidelines „Idiopathische Kondylusresorption“, registry number 007/066; „Kieferge-lenkluxation“, registry number 007/063 (in each case as a member of the Neff & Riechmann steering group) and „Inflammatorische Erkrankungen des Kiefergelenks: Juvenile Idiopathische Arthritis (JIA) und Rheumatoide Arthritis (RA) des Kiefergelenks“, registry number 007/061 (the latter as co-author). The literature search including hand search and updates, the subsequent evidence assess-ment and evaluation of the methodological quality of the included publications, the writing of the long version including updated and new recommendations and statements as well as the initialisati-on and evaluation of the voting results of the multiple Delphi rounds for the guidelines „Idiopathische Kondylusresorption“, registry number 007/066 and „Kiefergelenkluxation“, registry number 007/063 were carried out by the author of the present work as an independent monitor (not entitled to vote). Subsequently, the abridged version and the guideline report were written in own work. The entire guideline work took place under the guidance and correction of Prof. Dr. Dr. Neff.
At the end of the work, it could be summarised that there is still a great need for research in all three subject areas, despite the establishment of new standards for the first time in some cases and considerable achievements, e.g. in the form of the first internationally agreed nomenclature for tem-poromandibular joint dislocation. Due to the small number of patients and the epidemiologically poor data situation, evidence-based statements are still only possible with reservations in many areas
Pores that Perform: Functionalizing Synthetic Membranes via Engineered Self-Inserting Nanopores
No full textBiomembranes present an essential encapsulating barrier for living cells. Equipped with a variety of biochemical molecules like lipids, sugars, and membrane proteins, they contribute
to a vast array of important cellular functions, including signal transduction, selective nutrient uptake, waste removal, and cell anchoring. In recent years, synthetic membrane systems mimicking some of these biological functions have gained traction in commercial biotechnological applications and synthetic cell engineering. The most successful applications include nanopore sequencing and sensing, which are currently paving the way for commercial biomembrane-based solutions. Given the unique role that membranes hold in biology, further engineering of their synthetic counterparts promises to unlock even more exciting applications down the road, including controlled biochemical reaction separation, targeted therapeutic delivery, or bio-inspired filtration systems. However, the synthetic cell engineering and membrane functionalization fields both currently lack fast, versatile, and reliable protein insertion and screening methods. One promising but underexplored tool to bridge this gap could lie in the use of self-inserting nanopores. These proteins, whose structure has evolved to self-insert into biological membranes to form structurally consistent nanometer-wide pores with a defined internal biophysical environment, are already being exploited for transport and sensing capabilities. Combining these structures with site-specific modifications could expand their functionality in a plug-and-play manner and create programmable and responsive membrane systems. In this work, I thus aim to explore the use of self-inserting nanopores to create a scalable, adaptable, and generalizable platform for introducing novel functionality on synthetic membranes. Specifically, I want to focus on engineering the selective diffusion of small and biologically relevant molecules across the membrane to enable biological reaction separation. As a secondary goal, I also aim to explore the use of functionalized nanopores for membrane display applications. Another key objective of this thesis is to address the notable lack of high- and medium-throughput approaches for probing membrane-associated functions in an in vitro context.
I start by creating fusion constructs with peptide-linkers at the N-terminus, alongside pore variants carrying cysteine residues at pore entry and pore lumen, to enable plug and play site-specific modifications. For the latter, I leverage three functionalization strategies: First, I probe the methanethiosulfionate reagents, which selectively react with cysteines under mild conditions and form a reversible modification. The variety of reagents allows for the introduction of positive and negative charges, as well as bulky aromatic residues and backbones for further reactions. Second, I test the cysteine peptide modification to increase the interaction surface with the passing cargo and produce reversible and irreversible modification options. Third, I use maleimide-conjugated peptides, which can selectively react with the cysteine residue, forming a stable, nonreversible modification.
With these methods, I show successful modification of nanopores pre- and post-insertion into synthetic membranes at two structurally different sites of -Hemolysin and voltagedependent anion-selective channel 1. I compare the two engineered pore types as well as their two modification sites, look at the influence of the modifications on the ion flow at the single-pore level, and explore the changes in the nanopore-mediated diffusion of molecules across the membrane. I further test the use of fusion constructs for membrane display purposes. In addition, I assess and benchmark existing and develop new medium-throughput transport assays to enable reliable screening of synthetic membranes with defined and tunable properties. Specifically, I use the developed nanopore constructs to showcase and compare large unilamellar vesicle-based diffusion assays for divalent ions, small molecule dyes, and the newly developed peptide diffusion assay. I test the compatibility of the assays with different chemicals involved in protein functionalization and discuss the strengths and weaknesses of the different approaches, particularly stressing the importance of integrated breakage controls for probing membrane functions at scale. Overall, through theoretical pore-design considerations, modular nanopore engineering, and biomolecule transport assay prototyping, this thesis aims to expand the field of synthetic biology with a versatile toolbox to engineer and probe membrane functionality.Biologische Membranen sind eine essentielle Barriere für lebendige Zellen. Ausgestattet mit einer Reihe an unterschiedlichsten biochemischen Komponenten wie Lipiden, Zuckermolekülen und Membranproteinen, helfen sie bei einer großen Menge an wichtigen zellulären Funktionen. So ermöglichen sie Signaltransduktion zwischen Zellen, die selektive Aufnahme von Nährstoffen, die Abfallentsorgung und die Zellverankerung. Seit einigen Jahren erhalten synthetische Membransysteme, die einige der biologischen Funktionen nachahmen, immer mehr Aufmerksamkeit in der biotechnologischen Nutzung sowie der Forschung an künstlichen Zellen. Zu den erfolgreichsten Anwendungen gehören hierbei beispielsweise Nanopore-Sequenzierung sowie Nanopore-Sensorik. Diese ebnen aktuell den Weg für die kommerzielle Nutzung von Biomembrantechnologie. Führt man sich die besondere Rolle von Membranen in der Biologie vor Augen, ist es gut möglich und sogar wahrscheinlich, dass die Weiterentwicklung ihrer synthetischen Gegenstücke noch weitere interessante Anwendungen ermöglichen wird. Diese könnten beispielsweise die kontrollierte Trennung biochemischer Reaktionen, gezielter Wirkstofftransport oder biologisch inspirierte Filtrationssysteme beinhalten. Allerdings zeichnen sich im Moment sowohl die Arbeit an synthetischen Zellen als auch das Gebiet der Membranfunktionalisierung durch den Mangel an schnellen, vielseitigen sowie verlässlichen Methoden zum Einbau von Proteinen sowie deren Überprüfung derer Funktionalität aus.
Hier präsentieren selbst-insertierende Nanoporen eine vielversprechende, wenn auch bis jetzt wenig untersuchte Lösung. Die Struktur dieser Proteine, die zur Selbstinsertion in
Lipidmembranen evolviert ist, erlaubt es ihnen, strukturell konsistente nanometergroße Poren zu formen, welche über definierte biophysikalische Eigenschaften verfügen. Diese Eigenschaften machen sie bereits jetzt zu einem aktiv genutzten Werkzeug für Sequenzierung und Detektion von Biomolekülen. Die Kombination dieser Strukturen mit sitespezifischen Modifikationen könnte ihre Funktionalität auf eine Plug-and-Play-Weise erweitern und zum Erstellen von programmierbaren und reaktiven Membransystemen
beitragen. Somit ist das Ziel dieser Arbeit, die Verwendung von selbst-insertierenden Nanoporen zur Erstellung einer skalierbaren, adaptiven und generalisierbaren Plattform
zur Einfügung neuartiger Membranfunktionen zu prüfen. Besonders will ich mich auf das Design der selektiven Diffusion von kleinen biologisch relevanten Molekülen fokussieren, was die Kompartmentalisierung von konkurrierenden biochemischen Reaktionen ermöglichen würde. Außerdem möchte ich die Verwendung von modifizierten Nanoporen für Membran-Display-Anwendungen untersuchen. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist es, auf den Mangel an Hoch- und Mitteldurchsatzverfahren zur Sondierung der neuartigen Membranfunktionen in vitro einzugehen.
Ich beginne mit der Erstellung von Fusionskonstrukten mit N-terminal platzierten Peptidlinkern sowie Porenvarianten, die mit Cysteinen am Poreneingang und in der Mitte
(der sog. Sensing-Region) ausgestattet sind. Die letzteren Modifikationen erlauben durch thiolspezifische Reaktionen eine Plug-and-Play-Modifizierung an den ausgewählten Stellen. Dafür verwende ich drei Funktionalisierungsmethoden: Erstens teste ich Methanthiosulfonate Reagenzien, die selektiv, umkehrbar und unter milden Bedingungen mit
Thiolgruppen reagieren. Die große Auswahl der Reagenzien ermöglicht die Einfügung von positiven, negativen und aromatischen Einheiten an definierten Stellen sowie von
zusätzlichen funktionellen Gruppen, die weitere Reaktionen ermöglichen. Zweitens teste ich reversible Modifikationen mit cysteinhaltigen Peptiden, um die Interaktionsfläche
zwischen dem Cargo und der augmentierten Pore zu vergrößern. Drittens werden als eine irreversible Modifikationsstrategie Maleimidkonjugierte Peptide verwendet, welche
selektiv die Cysteine im Nanoporenlumen als Ziel haben. Mithilfe der genannten Methoden zeige ich eine erfolgreiche Porenmodifikation an zwei strukturell unterschiedlichen Stellen von ℎ-Hemolysin und des Spannungsabhängigen Anionenkanals 1 (VDAC1) vor und nach der Poreninsertion in die Lipidmembran. Ich vergleiche die beiden Porentypen sowie die unterschiedlichen Modifikationsstellen, ermittle den Einfluss der verschiedenen Funktionalisierungen auf den Ionenfluss auf Single-Pore-Level und erforsche die modifikationsverursachten Veränderungen im Diffusionsverhalten verschiedener Moleküle durch die Pore. Innerhalb der Arbeit teste ich außer der Verwendung von modifizierten Poren für Membrandisplay-Anwendungen. Darüber hinaus bewerte und vergleiche ich bestehende medium-throughput Assays für Membrantransportanalysen und entwickle neue Strategien, um ein zuverlässiges Screening synthetischer Membranen mit definierten und einstellbaren Eigenschaften zu ermöglichen. Insbesondere fokussiere ich mich dabei auf etablierte große unilamellare Vesikel-basierte Screening-Methoden, um den Transport von divalenten Ionen und fluoreszierenden Farbstoffen zu visualisieren, sowie die Entwicklung einer neuen Methode, um den Transport von Peptiden zu erforschen. Dabei werden die erwähnten Assays auf die Kompatibilität mit diversen Chemikalien, die an der Nanoporefunktionalisierung beteiligt sind, geprüft. Zusätzlich gehe ich auf die Stärken und Schwächen der verschiedenen Ansätze ein, wobei ein besonderer Fokus auf die Wichtigkeit integrierter Vesikelbruchkontrollen für die Untersuchung von Membranfunktionen in großem Maßstab gelegt wird. Zusammenfassend hoffe ich mit dieser Arbeit, durch theoretische Überlegungen zum Porendesign, modulare Nanoporenfunktionalisationstechnik und die Entwicklung von Biomolekül-Transport-Assays das Gebiet der synthetischen Biologie um ein vielseitiges Instrumentarium zur Entwicklung und Untersuchung von Membranfunktionen zu erweitern
Evolving industrial clusters – A multi-dimensional investigation of influential factors
No full textSince the popularization of the cluster terminology more than two decades ago, cluster research has attracted interest across different disciplines, resulting in a variety of theoretical perspectives, empirical approaches, and research agendas. This popularity is not limited to academia, as the term is also widely used by economic development and regional policy actors in order to support industrial clusters and enhance their positive economic effects. Ideally, this leads to the growth and sustainment of clusters, which, among other things, increases the resilience of the regional economy and its ability to cope with internal and external challenges. As industrial clusters are not binary entities that either exist or do not exist, clusters – like other business locations – must constantly adapt to changing socio-economic conditions to remain competitive, avoid downturns, and renew themselves. As a result, clustered firms, organizations, networks, and institutions associated with them are subject to constant change. In order to achieve a comprehensive understanding of the relevant driving factors, the research articles consider different theoretical perspectives, spatial scales, and empirical approaches to address evolving industrial clusters and related factors.
The first article examines the phenomenon of co-located industrial clusters with different industry cores in one region. The empirical results show different patterns of collaboration and competition: on the one hand, the hiring of employees, especially in the segment of (highly) skilled labor, is an important concern for firms facing a tight labor market of co-located clusters. Consequently, filling vacant positions is challenging for firms of both industrial clusters, which results in a competitive environment including labor poaching. On the other hand, the linkages between firms are influenced by the institutional setting, such as changing regulatory environment, leading to more collaboration, even though an intense rivalry between participating firms has existed for decades.
The second article takes up the regional findings from the labor market and examines the connection between the shortage of skilled workers and the degree of agglomeration of German firms in clusters. Such bottlenecks are a reality for many firms and organizations, with negative consequences for employees, firms and the economy as a whole. Up to now, it is unclear whether skill shortages in industrial agglomerations are more intense due to competitive labor poaching or less intense due to labor pooling. The empirical results show that firms located in an industrial cluster have a significantly lower probability of experiencing skill shortages in terms of vacancies for skilled jobs. At the same time, clustered firms face more difficulties in filling vacancies when they are struggling more with skill shortages.
The third article additionally examines the influence of various factors on the decline or renewal of mature industrial clusters. Therefore, this study identifies different factors: preconditions, triggering events, and self-augmenting processes, and examines their influence on declining or renewing industrial clusters. The empirical results show, firstly, that the decline and renewal of industrial clusters is driven by different preconditions, triggering events, and self-augmenting processes. Secondly, these factors change over time and may have both positive and negative dimensions. Thirdly, the decline of industrial clusters is more often associated with unfavorable preconditions and triggering events, while self- augmenting processes are more often found in the context of cluster renewal.
Finally, policy recommendations are derived on the basis of these findings. In addition to the empirical findings, these recommendations are based on the following general requirements for cluster policy: a greater consideration of theoretical findings, contextual factors, development phases, relevant stakeholders and monitoring/evaluation options. The ten specific policy recommendations aim at both existing and future cluster policy approaches and cover different areas, which is why the level of abstraction varies. For example, the first recommendation aims to take greater account of the cluster context in policy design, while another recommendation specifically mentions financial support for trade fair visits by SMEs. As usual, the results of this this and the included research articles are subject to a number of limitations, most of which are of a methodological nature. The concluding research outlook identifies article-specific starting points for future research projects and concludes with general considerations. Among other things, cluster research, especially with a focus on cluster policy, should be continued in the future, although there is a general need for conceptual unification of existing approaches addressing agglomerated economic areas.Seit die Cluster-Terminologie vor mehr als zwei Jahrzehnten populär wurde, hat die Clusterforschung das Interesse verschiedener Disziplinen geweckt, was eine Vielzahl von theoretischen Perspektiven und empirischen Ansätzen hervorgebracht hat. Diese Popularität ist mittlerweile nicht mehr auf die Wissenschaft beschränkt, da das Konzept auch bei Akteuren der Wirtschaftsförderung und der Regionalpolitik starken Anklang gefunden hat. Die Ziele bestehen zumeist darin, bestehende Cluster zu unterstützen und ihre positiven wirtschaftlichen Effekte zu verstärken. Im Idealfall führt dies zum Erhalt und Wachstum von Clustern, was u.a. die Widerstandsfähigkeit einer regionalen Wirtschaft und ihre Fähigkeit zur Bewältigung interner und externer Herausforderungen erhöhen kann. Da Cluster jedoch keine binären Gebilde sind, die entweder existieren oder nicht existieren, müssen diese sich – wie andere Wirtschaftsstandorte auch – ständig an die sich verändernden sozioökonomischen Herausforderungen anpassen, um wettbewerbsfähig zu bleiben, Abschwünge zu vermeiden und sich gegebenenfalls erfolgreich zu erneuern. Damit unterliegen auch die dort ansässigen Unternehmen, Organisationen, Netzwerke und Institutionen einem ständigen Wandel. Ein umfassendes Verständnis der einflussnehmenden Faktoren ist hierfür unerlässlich. Um die Erkenntnisse in diesem Bereich weiter zu ergänzen, werden in den vorliegenden Forschungsbeiträgen unterschiedliche theoretische Perspektiven, räumliche Skalen und empirische Ansätze genutzt, um Cluster und ihre Einflussfaktoren zu untersuchen.
Der erste Beitrag untersucht zwei Cluster mit unterschiedlichen Branchenschwerpunkten, die in einer gemeinsamen Region angesiedelt sind. Die Ergebnisse zeigen unterschiedliche Formen von Kooperation und Konkurrenz: Einerseits ist die Rekrutierung von Arbeitskräften, insbesondere im Segment der (hoch-)qualifizierten Fachkräfte, ein zentrales Thema für Unternehmen, die gemeinsam in einem Cluster angesiedelt sind und sich mit einem angespannten Arbeitsmarkt konfrontiert sehen. Dies hat zur Folge, dass es für diese Unternehmen schwierig ist, offene Stellen zu besetzen. Daraus resultiert eine Konkurrenzsituation, die punktuell in ein aktives gegenseitiges Ansprechen und Abwerben von Arbeitskräften mündet. Andererseits werden die Beziehungen zwischen den Unternehmen durch das institutionelle Umfeld beeinflusst, wie beispielsweise durch sich ändernde rechtliche Rahmenbedingungen. Hier ist wiederrum eine verstärkte Kooperation zu beobachten, obwohl zwischen den beteiligten Unternehmen jahrzehntelang eine intensive Rivalität bestand und nach wie vor in vielen Bereichen Konkurrenz herrscht.
Der zweite Beitrag greift die regionalen Erkenntnisse aus dem Bereich des Arbeitsmarkts auf und untersucht den Zusammenhang zwischen Fachkräftemangel und dem Agglomerationsgrad deutscher Unternehmen in Clustern. Solche Engpässe sind für viele Unternehmen und Organisationen eine Realität, mit negativen Folgen für Beschäftigte, Unternehmen und die Volkswirtschaft insgesamt. Bislang ist unklar, ob es in Clustern eher zu einem Fachkräftemangel kommt, beispielseiwese durch Abwerbung von Arbeitskräften durch benachbarte Unternehmen, oder ob diese Unternehmen weniger von Fachkräftemangel betroffen sind, da sie u.a. Zugang zu einem spezialisierten, gepoolten Arbeitsmarkt haben. Die Ergebnisse zeigen, dass Unternehmen, die in einem Cluster angesiedelt sind, eine geringere Wahrscheinlichkeit haben, unter einem Fachkräftemangel in Bezug auf offene Stellen
für qualifizierte Arbeitskräfte zu leiden. Gleichzeitig haben Unternehmen in Clustern, die bereits stärker von Fachkräftemangelbetroffen sind, größere Schwierigkeiten, diese Stellen zu besetzen.
Der dritte Beitrag untersucht ergänzend den Einfluss weiterer, verschiedener Faktoren mit Blick auf den Niedergang oder die Erneuerung reifer Cluster. Dazu werden zum einen verschiedene Faktoren identifiziert: vorhandene Ressourcen, auslösende Ereignisse und sich selbst verstärkende Prozesse. Zum anderen wird deren Einfluss auf den Abschwung und Niedergang oder die Erneuerung und Transformation von Clustern untersucht. Die Ergebnisse zeigen erstens, dass der Niedergang und die Erneuerung von Clustern von spezifischen Ressourcen, auslösenden Ereignissen und selbstverstärkenden Prozessen abhängen. Zweitens verändern sich diese Faktoren im Laufe der Zeit und können sowohl eine positive als auch eine negative Ausprägung annehmen. Schließlich ist der Niedergang von Clustern häufiger mit einem unzureichenden Ressourcenzugang und spezifischen, einschneidenden Ereignissen verbunden, während selbstverstärkende Prozesse häufiger mit der Erneuerung von Clustern verbunden sind.
Auf Basis dieser Erkenntnisse werden abschließend politische Handlungsempfehlungen abgeleitet. Diesen Empfehlungen liegen neben den empirischen Befunden folgende allgemeine Anforderungen an die Clusterpolitik zugrunde: eine stärkere Berücksichtigung theoretischer Erkenntnisse, von Kontextfaktoren, von Entwicklungsphasen, von relevanten Akteuren, und von Monitoring-/Evaluationsmöglichkeiten. Die zehn spezifischen Politikempfehlungen zielen sowohl auf bestehende als auch auf zukünftige clusterpolitische Ansätze ab und adressieren unterschiedliche Bereiche, weshalb der Abstraktionsgrad variiert. So zielt beispielsweise eine Empfehlung auf eine stärkere Berücksichtigung des Clusterkontextes bei der Ausgestaltung von Politikmaßnahmen ab, während eine andere Empfehlung speziell auf die finanzielle Unterstützung von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) zur Förderung der Teilnahme an Messen und dem damit verbundenen Wissensaustausch eingeht. Wie üblich unterliegen die Ergebnisse dieser Dissertation und der einbezogenen Forschungsbeiträge einer Reihe von Einschränkungen, die zumeist methodischer Natur sind. Der abschließende Ausblick zeigt artikelspezifische Ansatzpunkte für zukünftige Forschungsvorhaben auf und schließt mit allgemeinen Überlegungen zur Zukunft des Clusterkonzepts. Unter anderem sollte die Clusterforschung, insbesondere mit Fokus auf die Clusterpolitik, auch in Zukunft weitergeführt werden, wobei generell ein Bedarf an konzeptioneller Vereinheitlichung der bestehenden Ansätze zur Analyse von Agglomerationsräumen besteht
Mitral Valve Transcatheter Edge-to-Edge Repair (MV-TEER) in Patients with Secondary Mitral Regurgitation Improves Hemodynamics, Enhances Renal Function, and Optimizes Quality of Life in Patients with Advanced Renal Insufficiency
No full textBackground/Objectives: Secondary mitral regurgitation (MR) is a common valvular heart
disease burdening the prognosis of patients with co-existing chronic heart failure. Transcatheter
edge-to-edge mitral valve repair (MV-TEER) is a minimally invasive treatment option for high-risk
patients. However, the effects of MV-TEER on expanded hemodynamics, tissue perfusion, and
quality of life, particularly in patients with advanced renal failure, remain underexplored. Methods:
This prospective, single-center study evaluated the impact of MV-TEER on hemodynamics, renal
function, and quality of life in 45 patients with severe MR. Non-invasive bioimpedance monitoring
with NICaS® was used to assess hemodynamics pre- and 3–5 days post-procedure. Quality of life
was assessed using the EQ-5D-3L questionnaire before and 3 months post-procedure. For further
analysis, patients were divided into subgroups based on the estimated baseline glomerular filtration
rate (eGFR < 35 mL/min vs. eGFR ? 35 mL/min). Results: A significant reduction in systemic
vascular resistance (SVR; p = 0.003) and an increase in eGFR (p = 0.03) were observed in the entire
cohort after MV-TEER, indicating improved tissue perfusion. Notably, particularly patients with
eGFR < 35 mL/min showed a significant increase in cardiac output (CO; p = 0.035), cardiac index
(CI; p = 0.031), and eGFR (p = 0.018), as well as a reduction in SVR (p = 0.007). Consistent with
these findings, quality of life significantly improved, with the EQ-5D-3L index and EQ-VAS score
increasing from 0.44 to 0.66 (p < 0.001) and from 51.7% to 62.9% (p < 0.001).Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Emergencies and crises in schools. Development of professionalized crisis skills for Hessian pre-service teachers.
No full textSchulen sind komplexe soziale Systeme, in denen fortlaufend unterschiedlichste Herausforde-rungen auftreten können (Karutz et al., 2022). Lehrkräfte können zudem – neben den alltägli-chen pädagogischen und organisatorischen Aufgaben – auch mit außergewöhnlichen Situatio-nen konfrontiert werden, die besondere Handlungskompetenzen erfordern. Dazu zählen u. a. akute Notfälle, zwischenmenschliche Konflikte oder längerfristige Krisen (wie Pandemien oder Naturkatastrophen), die eine Schulgemeinde deutlich beeinflussen können.
Diese Arbeit verfolgt das Ziel, eine wissenschaftlich fundierte Systematisierung der Entwick-lung professioneller Krisenkompetenzen zu erarbeiten und daraus praxisorientierte Maßnahmen zur Resilienzförderung von Lehrkräften abzuleiten. Die Untersuchungen beruhen auf einem Mixed-Methods-Design: Nach einer theoretischen Fundierung und Hypothesenbildung wurden theoriegeleitete Befragungsinstrumente entwickelt. Darauf folgte eine Bedarfsanalyse mittels qualitativer Expertenbefragungen und quantitativer Online-Erhebungen. Die daraus gewonnenen Daten wurden ausgewertet, diskutiert und anschließend zu einem Ausbildungskonzept (SKK-L) zusammengeführt.
Anhand einer iterativen Überarbeitung und Validierung des Ausbildungskonzeptes SKK-L durch ein Expertenrating kann die wissenschaftliche Fundierung und Praxisrelevanz des Kon-zepts sichergestellt werden.
Als erstes zentrales Ergebnis konnte ein valides und reliables Screeninginstrument (SKK-L) zur Erfassung schulischer Krisenkompetenzen und Strategien zur Stressbewältigung für Lehrkräfte im Vorbereitungsdienst (LiV) entwickelt werden. Darüber hinaus wurde das Ausbildungskon-zept SKK-L (Schulische Krisenkompetenzen von Lehrkräften) konzipiert, das als praxisnahe Handreichung für verschiedene Akteure des Bildungswesens, wie Ausbilder an Studiensemina-ren oder und Schulpsychologen, für die Weiterentwicklung bestehender Ausbildungsstrukturen dienen kann.
Die Forschungsergebnisse sollen zur Professionalisierung von Lehrkräften im Umgang mit herausfordernden schulischen Notfall- und Krisenereignissen beitragen und zugleich Impulse zur Stärkung der Resilienz von Lehrkräften und des Bildungswesens setzen.Schools are complex social systems in which a wide variety of challenges can arise on an ongo-ing basis (Karutz et al., 2022). In addition to everyday pedagogical and organizational tasks, teachers can also be confronted with extraordinary situations that require special skills. These include acute emergencies, interpersonal conflicts or longer-term crises (such as pandemics or natural disasters), which can have a significant impact on a school community.
The aim of this work is to develop a scientifically sound systematization of the development of professional crisis skills and to derive practice-oriented measures to promote resilience among teachers. The research is based on a mixed-methods design: following a theoretical foundation and hypothesis formation, theory-based survey instruments were developed. This was followed by a needs analysis using qualitative expert interviews and quantitative online surveys. The re-sulting data was evaluated, discussed and then merged into a training concept (SKK-L).
By means of an iterative revision and validation of the SKK-L training concept through an ex-pert rating, the scientific foundation and practical relevance of the concept can be ensured.
The first key result was the development of a valid and reliable screening instrument (SKK-L) to record school crisis skills and strategies for coping with stress for pre-service teachers (LiV). In addition, the training concept SKK-L (Schulische Krisenkompetenzen von Lehrkräften) was designed, which can serve as a practical guide for various actors in the education system, such as trainers at study semesters or school psychologists, for the further development of existing training structures.
The research findings are intended to contribute to the professionalization of teachers in dealing with challenging school emergencies and crises and at the same time provide impetus for strengthening the resilience of teachers and the education system
Impacts of Drought Severity and Frequency on Natural Vegetation Across Iran
No full textDrought recurrence is increasing in arid and semi-arid regions, and its effects are becoming
more complicated due to climate change. Despite the increasing frequency of drought events, the
sensitivity of natural vegetation to different levels of drought frequency and severity is not fully
understood. Here, we aim to characterize the regional spatio-temporal patterns of drought frequency
and severity and the response of vegetation across Iran at a high spatial resolution (5 km × 5 km).
We examined the responses of three natural vegetation types (forest, grassland, and shrubland) to
drought conditions across Iran using the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and the
Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) at different time scales and temporal
lags from 2001 to 2022. Our results showed that drought severity increased in 15%, decreased in 1%,
and remained stable in 84% of the study area. The severity and frequency of drought showed spatial
patterns across Iran (i.e., increased from northwest to southeast and central Iran). The correlation
between the monthly NDVI anomaly and SPEI varied across vegetation types, SPEI accumulation
period (SPEI-1-3-6-9-12), and temporal lags, revealing different sensitivities of vegetation to drought
in Iran. All natural vegetation types showed the strongest responses two months after drought events.
Forests, mostly located in northern Iran, showed lower sensitivity to drought onset and responded
slower to drought severity than other vegetation classes (i.e., grasslands and shrublands). These
findings highlight the importance of analyzing the sensitivity of natural vegetation at different levels
of drought severity and frequency for land use planning and mitigation efforts.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Influence of the expression of markers of the epithelial-mesenchymal transition on clinicial survival of ovarian cancer patients
No full textMit einem Fünfjahresüberleben in fortgeschritteneren Stadien von nur 20% ist das Ovarialkarzinom neben dem Mammakarzinom die am häufigsten tödlich verlaufende gynäkologische Krebserkrankung. Dies liegt unter anderem daran, dass das Ovarialkarzinom meist erst im Spätstadium diagnostiziert wird, wenn bereits Metastasen vorliegen [Robert- Koch-Institut 2021]. Ein wichtiger Prozess im Rahmen dieser Metastasierung ist die Epithelial-Mesenchymale Transition, während der die Tumorzellen ihren epithelialen Phänotyp verlieren, eine mesenchymale Form annehmen und in dieser metastasieren. Im Fernorgan wird dann der umgekehrte Prozess – die Mesenchymal-Epitheliale Transition – durchlaufen, durch den die Zellen wieder einen stabileren, epithelialen Phänotyp annehmen. Dies geht mit einer Hoch- und Herunterregulierung multipler Moleküle einher [Brabletz et al. 2005; Chaffer et al. 2007; Thiery et al. 2009; Brabletz et al. 2021].
In der vorliegenden Arbeit wurde bei insgesamt 80 Patientinnen sowohl im Gewebe des Ovarialkarzinoms selbst als auch im Gewebe der omentalen Metastase die Expression von drei EMT-Markern (TWIST, Aktin und Vimentin) und vier MET-Markern (Occludin, BerEP4, E-Cadherin und CK-18) bestimmt. Die vorliegende Arbeit ist eine der ersten, in der neben dem Gewebe des Primärtumors auch Metastasengewebe in die Untersuchung miteingeschlossen wurde. Die Marker-Expression wurde dann mit dem Progressionsfreien Überleben der Patientinnen sowie den klinischen Markern CRP und BMI korreliert.
Eine Signifikanz in Korrelation mit dem Progressionsfreien Überleben zeigte sich hierbei beim EMT-Marker Vimentin im Gewebe des Primärtumors. Bei nur geringer Expression von Vimentin im Ovar lag das mittlere PFS bei 60,7 Monaten, während es bei starker Expression von Vimentin im Ovar bei 84,5 Monaten lag. TWIST zeigte sich in Korrelation zum Body- Mass-Index signifikant, während E-Cadherin sogar zu beiden klinischen Parametern eine Signifikanz aufwies.
In dieser Arbeit wurde erwartet, dass die EMT im Primärtumor und die MET in der Metastase stattfindet. Während der EMT sollten die epithelialen Marker hoch- und mesenchymalen Marker herunterreguliert sein, während der MET sollten dann umgekehrt mesenchymale Marker hoch- und epitheliale Marker herunterreguliert sein. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die EMT/MET ein transienter und dynamischer Prozess ist, während dem selten die Endpunkte auf vollständig epithelialer oder vollständig mesenchymaler Seite erreicht werden. Vielmehr existieren im Rahmen der – häufig auch nur partiell ablaufenden - EMT multiple Intermediärstadien, die in rascher Abfolge durchlaufen werden können und die zum Teil auch sehr kanzerogen zu sein scheinen [Kröger et al. 2019; Brabletz et al. 2021]. Um diese kanzerogenen Hybridstadien besser abbilden und schließlich optimierter angreifen zu können, sollte in Zukunft statt einzelner Marker eine geeignete kombinierte Auswahl aus EMT- und MET-Markern verwendet werden [Armstrong e al. 2011; Huang et al. 2013; Tan et al. 2014; Guo et al. 2018]. In der aktuellen Literatur sowie der vorliegenden Arbeit hat sich herauskristallisiert, dass eine größere Ähnlichkeit zwischen Primärtumor und Metastase besteht als initial vermutet [Blechschmidt et al. 2008; Köbel et al. 2011; Spizzo et al. 2011]. So wäre in Bezug auf EMT/MET-Marker gegebenenfalls eine zusätzliche Untersuchung des Aszites als Metastasierungsmedium des Ovarialkarzinoms zielführend. Zudem muss im Rahmen der EMT-Forschung in Zukunft zwingend eine Standardisierung der Methodik stattfinden, damit eine bessere Vergleichbarkeit gewährleistet werden kann. In zukünftigen Studien mit gegebenenfalls auch einem größeren Patientinnenkollektiv kann hierbei auf den in dieser Arbeit aufgezeigten Erkenntnissen aufgebaut werden.With a five-year survival rate in advanced stages of only 20%, ovarian cancer is, along with breast cancer, the most frequently fatal gynecological cancer. This is due, among other things, to the fact that ovarian cancer is usually only diagnosed in the late stage, when metastases are already present [Robert Koch Institute 2021]. An important process in this metastasis is the epithelial-mesenchymal transition, during which the tumor cells lose their epithelial phenotype, assume a mesenchymal form and metastasize in this form. In the distant organ, the reverse process - the mesenchymal-epithelial transition – takes place and the cells again assume a more stable, epithelial phenotype. This is accompanied by an up- and down- regulation of multiple molecules [Brabletz et al. 2005; Chaffer et al. 2007; Thiery et al. 2009; Brabletz et al. 2021].
In this study, the expression of three EMT markers (TWIST, actin and vimentin) and four MET markers (occludin, BerEP4, E-cadherin and CK-18) is measured in the tissue of 80 patients with ovarian cancer. It is quantified in the tissue of the cancer itself and on the other hand in the tissue of the metastasis in the omentum. The present work is one of the first in which, in addition to the tissue of the primary tumor, metastatic tissue was also included in the study. The marker expression was then correlated with the progression-free survival of the patients as well as the clinical markers CRP and BMI.
A significance in correlation with progression-free survival was shown for the EMT marker vimentin in the tissue of the primary tumor. With low expression of vimentin in the ovary, the median PFS was 60.7 months, while with high expression of vimentin in the ovary it was
84.5 months. TWIST showed a significant correlation with body mass index, while E- cadherin even showed significance with both clinical parameters.
In this work, EMT was expected to occur in the primary tumor and MET in the metastasis. During EMT, epithelial markers should be up-regulated and mesenchymal markers should be down-regulated; during MET, conversely, mesenchymal markers should be up-regulated and epithelial markers should be down-regulated. However, it has been shown that EMT/MET is a transient and dynamic process during which endpoints on the fully epithelial or fully mesenchymal side are rarely reached. Rather, within the framework of EMT - which often only takes place partially - there are multiple intermediate stages that can be passed through in rapid succession and some of which also appear to be very carcinogenic [Kröger et al. 2019; Brabletz et al. 2021]. In order to be able to better map these carcinogenic hybrid stages and ultimately attack them in a more optimized way, a suitable combined selection of EMT and MET markers should be used in the future instead of individual markers [Armstrong e al. 2011; Huang et al. 2013; Tan et al. 2014; Guo et al. 2018]. In the current literature and the present work it has emerged that there is a greater similarity between primary tumor and metastasis than initially assumed [Blechschmidt et al. 2008; Köbel et al. 2011; Spizzo et al. 2011]. With regard to EMT/MET markers, an additional examination of ascites as a medium for metastasis of ovarian cancer might be helpful. In addition, within the framework of EMT research, the methodology must be standardized in the future so that better comparability can be guaranteed. In future studies, possibly with a larger patient population, the findings presented in this work can be built upon