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Entwicklung und Anwendung von MS-Bindungsstudien für die MB327-PAM-1-Bindungsstelle des nikotinischen Acetylcholinrezeptors mit UNC0642 als Reporterligand
Get PDFWirksamkeit von Biologika bei schwerem Asthma und komorbider chronischer Rhinosinusitis mit Nasenpolypen
Get PDFHintergrund: Die chronische Rhinosinusitis mit nasalen Polypen (CRSwNP) zählt zu den häufigsten Komorbiditäten bei Patienten/innen mit schwerem Asthma. Biologika, die bei schwerem Asthma zu einer Verringerung der Asthma-Symptome führten, wurden für die Indikation der CRSwNP untersucht. Es bestätigte sich eine Wirksamkeit von Anti-IgE-, Anti-IL-4R- und Anti-IL-5-Antikörpern. Zum Zeitpunkt der Untersuchungen in der vorliegenden Arbeit lagen diese Studiendaten und auch eine Zulassung der Biologika für die Indikation der CRSwNP noch nicht vor. Ziel dieser Arbeit war es, die klinische Wirksamkeit von Omalizumab (Anti-IgE), Benra-/Mepolizumab (Anti-IL5/R) und Dupilumab (Anti-IL-4R) auf nasale Symptome bei Patienten/innen mit schwerem Asthma und komorbider CRSwNP zu untersuchen.
Methoden: Es wurde eine retrospektive Datenanalyse von Patienten/innen durchgeführt, die im Zeitraum von 2018 bis 2020 aufgrund eines schweren Asthmas eine Biologikatherapie begannen und bei denen eine komorbide CRSwNP vorlag. Die Daten für die Asthma- und CRSwNP-Symptombelastung wurden anhand von Scores, visuellen Analogskalen, der Lungenfunktion und Biomarkern an zwei Terminen innerhalb eines 6-monatigen Intervalls (t0, t1) evaluiert.
Ergebnisse: Es wurden 50 Patienten/innen in die Analyse der Arbeit aufgenommen, von denen 9 mit Anti-IgE, 26 mit Anti-IL-5/R und 15 mit Anti-IL-4R-Biologika behandelt wurden. Die Ausgangswerte des SNOT-20 (GAV) lagen im Median in der Anti-IgE: 55, Anti-IL-5/R: 52 und Anti-IL-4R: 56, p=0,76, die VAS der nasalen Symptome lagen im Median bei 4, 7 und 8 (p=0,14), die Symptomlast war in der VAS-gesamte Symptome in der Anti-IL-4R-Kohorte höher (4, 5 und 8, p=0,002). Nach 6-monatiger Biologikabehandlung verbesserten sich die Ergebnisse im SNOT-20 (GAV) in allen Kohorten signifikant: Anti-IgE: -8 (p<0,01), Anti-IL-5/R: -12 (p<0,001) und Anti-IL-4R: -28 (p<0,001), mit einer signifikant größeren Verbesserung in der Anti-IL-4R- als in der Anti-IgE- (p<0,001) und Anti-IL-5/R-Kohorte (p<0,001). VAS-nasale Symptome verbesserte sich im Median in der Anti-IgE: 0 (n. s.), Anti-IL-5/R: -2 (p<0,01) und Anti-IL-4R: -3 (p<0,001) und der gesamten Symptome in der Anti-IgE: -0 (n. s.), Anti-IL-5/R: -1 (p<0,001) und Anti-IL-4R: -4 (p<0,001).
Schlussfolgerung: Es bestätigte sich, dass die Behandlung mit Omalizumab, Mepo-/Benralizumab und Dupilumab die nasalen Symptome reduzieren- und die Asthmasymptome verbessern kann. Bei einem Vergleich der Biologika wurde die größte nasale Symptom-Reduktion in der Anti-IL-4R-Kohorte beobachtet, in der die Patienten/innen mit Dupilumab behandelt wurden
Comparison of single-cell spike rate and timing in response to cochlear implant and acoustic stimulation
Get PDFSpatial hearing plays a crucial role in everyday communication and navigation. Sound localization in the horizontal plane relies on interaural level difference (ILD) as well as interaural time difference (ITD) cues. The lateral superior olive (LSO) and the medial superior olive (MSO) integrate excitatory and inhibitory synaptic inputs from both ears to generate our brain’s sensitivity to these cues.
ITD is the dominant binaural cue for sound localization in noisy environments. However, individuals with hearing impairment or deafness, which are common sensory deficits, face challenges in interacting with their environment. Cochlear implants (CIs), electronic devices that bypass hair cells and directly stimulate the auditory nerve, offer a solution to restore spatial hearing in these individuals. Although CI patients are able to use ILDs, achieving good ITD processing remains a challenge. Understanding the underlying causes of poor ITD detection in CI patients and the effects of electrical stimulation on the binaural integration process for ITD detection is crucial.
This thesis focuses on investigating the differences between CI-based and acoustic stimulation of the auditory brainstem and their impact on fundamental principles of binaural integration. While low-frequency neurons in the MSO are primarily responsible for ITD processing in individuals with normal hearing, the envelope ITD information provided by CIs, combined with implantation techniques, is presumed to primarily stimulate higher frequency regions of the cochlea, thus activating the LSO pathway.
In this study, we conducted in vivo electrophysiological recordings from monaural inputs to the LSO, specifically the anterior ventral part of the cochlear nucleus (AVCN) and medial nucleus of the trapezoid body (MNTB). We used click-train stimuli with varying inter-click intervals (ICIs) to examine potential differences in the temporal precision of action potential (AP) firing between electrical and acoustic stimulation. Mongolian gerbils (Meriones unguiculatus) served as an animal model because of their closer resemblance than other rodents to the human low- and high-frequency hearing ranges.
Using this electrophysiological data, we employed a spike-count comparison model to predict ITD sensitivity in the LSO during CI-based stimulation. This model allowed us to compare our electrophysiological findings with model data and predict changes in ITD sensitivity during electric stimulation.
A significant aspect of this thesis was the establishment of two essential methods that laid the foundation for the new experimental paradigm in the laboratory. We developed a technique for acute CI implantation, deafening, and electrical stimulation of the auditory brainstem to obtain in vivo electrophysiological recordings from single neurons during CI stimulation. Additionally, a histology protocol using Technovit® 9100 was implemented to verify the correct placement of the implant within the cochlea.
The acute CI implantation technique yielded stable and reproducible results, ensuring the feasibility of using this experimental design for future studies. The objective of the Technovit® 9100 histology protocol was not fully realized, as the CI was not evident in the histological sections of the Mongolian gerbil cochlea.
Analysis of the electrophysiological results revealed differences between electrical and acoustic stimulation in the auditory brainstem. We observed a tendency of higher spike probability for lower stimulation rates and significantly reduced jitter in electrically stimulated cells in both the AVCN and MNTB. Interestingly, the precise timing of electrical stimulation in the auditory nerve was maintained even with the involvement of more synapses in the AVCN and MNTB. This finding shows that the neural detection of ITDs must adeptly adjust to altered input statistics when exposed to CI stimulation, as opposed to the conditions observed in acoustic hearing.
The model indicates that the LSO is ITD-sensitive to electrical inputs and that the hyper-precision observed in our electrophysiological recordings from the AVCN and MNTB is transferred to the LSO. Importantly, the model suggests that the reduced jitter found in the electrical physiological data leads to a lateralization effect because of hyper-accurate ITD processing in the LSO. Furthermore, when we changed the electrically modeled jitter level to the one found in acoustic recordings, we exhibited a substantial recovery in the ITD coding capacity of the LSO model. Thus, this study highlights the critical role of input jitter as a key parameter in shaping ITD sensitivity in the LSO during CI-based sound localization
The role of methane for chemistry-climate interactions
Get PDFMethan (CH4), das zweitwichtigste Treibhausgas, das direkt durch anthropogene Aktivitäten emittiert wird, wird in der Atmosphäre chemisch abgebaut. Die chemische Senke von CH4 hängt von der Temperatur und von der Konzentration der Reaktionspartner ab, von denen das Hydroxyl Radikal (OH) der Wichtigste ist. Die atmosphärische Lebensdauer von CH4 ist also nicht konstant und Änderungen der Lebensdauer wirken sich auf die Konzentration von CH4 aus, was die Wirkung von CH4 als Treibhausgas beeinflusst.
Aus diesem Grund untersucht die vorliegende Arbeit die Rückkopplung des atmosphärischen CH4-Mischungsverhältnis auf Änderungen der chemischen Senke in einem sich erwärmenden Klima. Dafür werden Simulationen mit einem Klima-Chemie-Modell durchgeführt. Die wesentliche Neuerung des Set-ups ist, dass CH4-Emissionen anstelle von einem vorgeschriebenem CH4-Mischungsverhältnis am Unterrand des Modells verwendet werden. Das bedeutet, dass Änderungen der chemischen Senke auf das Mischungsverhältnis zurückwirken und, dass sich auch sekundäre Rückkopplungen einstellen können. Mit dieser Modellkonfiguration werden Sensitivitätssimulationen mit entweder erhöhtem Mischungsverhältnis von Kohlenstoffdioxid (CO2) oder erhöhten CH4-Emissionen durchgeführt.
Während die Erhöhung von CO2 die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre nur indirekt durch induzierte Temperaturänderungen beeinflusst, spielen chemische Wechselwirkungen eine wichtige Rolle bei der direkten Reaktion auf die CH4-Störung. Die erhöhten CH4-Emissionen reduzieren OH und verlängern damit die atmosphärische Lebensdauer von CH4. Dadurch erhöht sich das CH4-Mischungsverhältnis um einen größeren Faktor als die Emissionen. Darüber hinaus beeinflusst die chemische Senke von CH4 die Konzentrationen von Ozon (O3) und stratosphärischem Wasserdampf. Die damit verbundenen Strahlungseffekte sind wichtige Beiträge zum effektiven Strahlungsantrieb der CH4-Störung.
Die Änderungen der chemischen Zusammensetzung, die allein durch die Erwärmung der Troposphäre verursacht werden, sind qualitativ gleich für die CO2- und die CH4-Störung. Die wärmere und feuchtere Troposphäre führt zu einer Verkürzung der Lebensdauer von CH4 und damit zur Abnahme von atmosphärischem CH4. Die Tatsache, dass sich das CH4-Mischungsverhältnis tatsächlich je nach Änderung der chemischen Senke einstellt, ermöglicht sekundäre Rückkopplungen, von z.B. O3 und OH. Die Klimaänderung von troposphärischem O3 wird durch eine Vielzahl von Prozessen beeinflusst, deren quantitative Beiträge mit einer Attributionsmethode geschätzt werden. Die Klimaänderungen von CH4 und O3 führen zu negativen Strahlungseffekten, d.h. es wird erwartet, dass sie die Änderung der globalen Temperatur am Boden dämpfen. Schließlich deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die CH4-Störung die gleiche Änderung der globalen Temperatur am Boden pro vorgegebenem effektivem Strahlungsantrieb hervorruft wie die CO2-Störung, was die Eignung des Konzept des effektiven Strahlungsantrieb für CH4-Störungen bestätigt.Methane (CH4), the second most important greenhouse gas directly emitted by human activity, is removed from the atmosphere via chemical decomposition. The chemical sink of CH4 depends on the temperature and on the abundance of its reaction partners, of which the hydroxyl radical (OH) is the most important. Thus, the atmospheric lifetime of CH4 is not constant and changes of the latter feed back on the atmospheric CH4 abundance, which has implications for its potential as a greenhouse gas.
Motivated by this, the present thesis investigates the response of the atmospheric CH4 abundance, as a consequence to changes of its chemical sink, in a warming climate on the basis of chemistry-climate model simulations. The essential innovation of the simulation set-up is that CH4 emission fluxes are used instead of prescribed CH4 mixing ratios at the surface. This means that changes of the chemical sink can feed back on the CH4 mixing ratios, and that also secondary feedbacks can evolve without constraints. Using this model configuration, sensitivity simulations with, either increased atmospheric mixing ratios of carbon dioxide (CO2), or increased surface emissions of CH4 are performed.
While the CO2 perturbation affects the chemical composition of the atmosphere only indirectly by induced temperature changes, chemical interactions play an important role for the direct response following the CH4 perturbation. The increased CH4 emissions reduce the abundance of OH, and thereby extend the atmospheric lifetime of CH4. As a result of this process, the CH4 mixing ratios increase by a larger factor than the emissions. In addition, the chemical decomposition of CH4 affects the abundance of ozone (O3) and stratospheric water vapour. The radiative effects of the corresponding composition changes are important contributions to the total radiative forcing of the CH4 perturbation.
The composition changes caused by the isolated effect of tropospheric warming induced by, either the CO2, or the CH4 perturbation, are qualitatively the same. Warming and moistening of the troposphere lead to a shortening of the CH4 lifetime, and correspondingly to a reduction of CH4 mixing ratios. The fact, that the CH4 mixing ratios explicitly respond to changes of the chemical sink, enables secondary feedbacks of, e.g. O3 and OH. The climate response of tropospheric O3 is influenced by a variety of processes, the quantitative importance of which is estimated by an attribution method. The climate responses of CH4 and O3 induce negative radiative effects, which means that they are expected to dampen the resulting change of the global surface air temperature. Finally, the results suggest that the CH4 perturbation induces the same response of the global surface air temperature per specified effective radiative forcing as the CO2 perturbation, which confirms the usefulness of the effective radiative forcing framework for CH4 perturbations
Role of B-cell antigenicity in the psoriatic autoimmune response against melanocytes
Get PDFPsoriasis is an inflammatory skin disease caused by a T-cell-mediated autoimmune response, clinically characterized by distinct reddish plaques covered with a thick layer of silvery scales resulting from excessive proliferation of keratinocytes. Psoriasis arises from a complex genetic predisposition, with the human leukocyte antigen (HLA) class I-allele HLA-C*06:02 representing the actual psoriasis risk gene. HLA-class I molecules on the cell surface present endogenous peptides originating from cytoplasmic proteins to CD8+ T cells, thereby guiding the T-cell reaction against specific target cells that express the parental protein containing the antigenic epitope. Using a pathogenic Vα3S1/Vβ13S1 T-cell receptor (TCR) from a lesional psoriatic CD8+ T-cell clone, our research group demonstrated that HLA-C*06:02, as the underlying pathomechanism of the HLA association, facilitates an autoimmune reaction against melanocytes in psoriasis by presenting an autoantigenic peptide from ADAMTS-like protein 5 (ADAMTSL5).
Psoriasis is not a congenital condition but rather develops at some point during the life course. The T-cell receptor (TCR) repertoire is largely fixed at birth, and both the autoantigen and potentially autoreactive T cells are present prior to the onset of the disease but remain immunologically quiescent. Consequently, environmental factors, lifestyle, and infections are thought to induce psoriasis by priming potentially autoreactive T cells. The precise mechanisms of the gene-environment interaction in the development of psoriasis, however, are still not clear.
Streptococcal angina is the most common trigger for psoriasis onset and relapses. Identical T-cell clones in tonsils and skin lesions identified in patients with streptococcal-driven psoriasis, improvement of psoriasis by therapeutic blockade of T cell emigration from secondary lymphoid organs by an S1P1-receptor agonist ponesimod, and resolution of psoriasis following tonsillectomy collectively indicate that induction and maintenance of the pathogenic T-cell response in lesion rely on continuous recruitment of pathogenic T cells from secondary lymphoid organs into the skin.
The primary objective of my thesis was to identify how streptococcal angina induces the autoimmune psoriatic T-cell response. For this, I used a reporter mouse T-hybridoma cell line, in which the psoriatic Vα3S1/Vβ13S1 TCR was reconstituted to identify potential target cells and antigens in the tonsils. I first co-cultured the Vα3S1/Vβ13S1-TCR hybridoma with primary human cells obtained from the tonsils and blood of HLA-C*06:02+psoriasis patients and with cell lines of various origins. This way, I showed that besides melanocytes, B cells specifically activate both the Vα3S1/Vβ13S1 TCR and CD8+ T cells of psoriasis patients. The difficulty of the identification of T-cell antigens lies in the complexity of TCR antigen recognition. TCRs are polyspecific and can recognize up to a million different antigenic peptides associated with the cognate HLA molecule if the peptides correspond to the peptide recognition motif of that TCR. I further precisely characterized the peptide recognition pattern ligating the Vα3S1/Vβ13S1 TCR. With this motif, I searched the transcriptome and the HLA-C*06:02 immunopeptidome of B cells for possible B cell antigens of the Vα3S1/Vβ13S1 TCR. Employing various experimental approaches, I finally identified several self-peptides in the HLA-C*06:02 immunopeptidome of B cells that stimulate the Vα3S1/Vβ13S1 TCR and are distinct from the melanocyte autoantigen. My results suggest that the strong inflammatory reaction during streptococcal angina triggers activation of self-reactive CD8+ T cells against B cells in the tonsils, which then cross-react against melanocytes in the skin and cause psoriasis. The B-cell-directed immune activation of CD8+ T cells in secondary lymphoid organs may thus activate and expand the effector T cells that mediate the pathogenic autoimmune response against melanocytes in the skin of psoriasis patients. These data clarify an essential step in the induction and perpetuation of the psoriatic autoimmune response and they identify a formerly unknown pathomechanism by which streptococcal infections may initiate autoimmunity
Neutrophils drive fascia matrix mobilization and regulate wound healing through ferroptosis
Get PDFSkin wound healing is a complex process involving multiple phases, each of which is choreographed by distinct cell types and molecular mechanisms. The subcutaneous fascia, which connects the upper layer of the dermis to the underlying muscle, serves as a main source of scar-forming fibroblasts and scar tissue. When wounded, the subcutaneous fascia, containing extracellular connective tissue matrix, neutrophils, nerves, and blood vessels, is transported into the wound bed. In this study, we identify a link between the presence of neutrophils and fascia activation and transportation, unravelling a key role for neutrophils in early wound healing. Here, we utilized ER-Hoxb8 cells, an immortalized granulocyte-monocyte progenitor cell-line, to generate differentiated neutrophils in vitro. ER-Hoxb8 cells undergo the same differentiation process as seen in neutrophil progenitor differentiation isolated from the bone marrow. When cocultured with fascia explants, the mature neutrophils, but not immature ones, induce matrix migration ex vivo. We show that the numbers of mature neutrophils are tightly regulated by intrinsic ferroptotic pathways. Whereas blocking ferroptosis in neutrophils alleviates ferroptotic stress and slows down fascia contraction ex vivo, ferroptotic induction accelerates wound closure in excisional murine wounds in vivo. In conclusion, our data supports a mechanism whereby neutrophil thresholds, differentiation stages, and activation statuses, in wounds are governed by ferroptotic signals, that in turn initiate fascia mobilization and wound healing.Die Wundheilung der Haut ist ein komplexer Prozess, der mehrere Phasen umfasst, die jeweils aus unterschiedlichen Zelltypen und molekularen Mechanismen bestehen. Die subkutane Faszie, die die obere Schicht der Dermis mit dem darunter liegenden Muskel verbindet, dient als Hauptquelle für narbenbildende Fibroblasten und Narbengewebe. Bei einer Verletzung wird die subkutane Faszie, die eine extrazelluläre Bindegewebsmatrix, Neutrophile, Nerven und Blutgefäße enthält, in das Wundbett transportiert. In dieser Studie identifizieren wir einen Zusammenhang zwischen der Anwesenheit von Neutrophilen und der Aktivierung und dem Transport von Faszien, wodurch eine Schlüsselrolle für Neutrophile bei der frühen Wundheilung aufgedeckt wird. Hier haben wir ER-Hoxb8-Zellen, eine immortalisierte Vorläuferzelllinie für Granulozyten-Monozyten, verwendet, um differenzierte Neutrophile in vitro zu erzeugen. ER-Hoxb8-Zellen durchlaufen denselben Differenzierungsprozess wie bei der Neutrophilenvorläuferdifferenzierung, die aus dem Knochenmark isoliert wurde. Wenn sie mit Faszienexplantaten kokultiviert werden, induzieren die reifen Neutrophilen, aber nicht die unreifen, die Matrixmigration ex vivo. Wir zeigen, dass die Anzahl der reifen Neutrophilen durch intrinsische ferroptotische Wege streng reguliert wird. Während die Blockierung der Ferroptose in Neutrophilen den ferroptotischen Stress lindert und die Faszienkontraktion ex vivo verlangsamt, beschleunigt die Ferroptoseinduktion den Wundverschluss bei exzisionellen murinen Wunden in vivo. Zusammenfassend unterstützen unsere Daten einen Mechanismus, bei dem die Schwellenwerte, Differenzierungsstadien und Aktivierungsstatus der Neutrophilen in Wunden durch ferroptotische Signale gesteuert werden, die wiederum die Faszienmobilisierung und die Wundheilung initiieren
