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Impaired kinaesthetic sensitivity in Parkinson’s Disease
No full textPropriozeptionsstörungen bei Patienten mit idiopathischem Parkinson-Syndrom (IPS) werden schon seit einiger Zeit diskutiert. Die Ursache dieser Störungen konnte bislang nicht abschließend geklärt werden. Einige Studien haben die Ursache auf Ebene der Muskelspindeln erklärt. In den meisten Fällen wurde die Propriozeptionsstörung bei M. Parkinson mit zentralen Defiziten assoziiert. Die vorliegende Arbeit untersuchte propriozeptiv evozierte Potentiale (PEP) bei Patienten mit IPS anhand passiver Bewegungen des Zeigefingers. Die Bewegungen bestanden aus einer Extension und Flexion des Zeigefingers der Testperson im Metacarpophalangeal-Gelenk in drei verschiedenen Auslenkungen: 0,2, 2 und 4 Grad. Die Ergebnisse wurden mit den Ergebnissen einer Kontrollgruppe verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass Parkinson-Patienten im Vergleich zu den gesunden Probanden veränderte Antworten im EEG auf die propriozeptiven Reize aufweisen. Die frühe Komponente des PEPs bei den Patienten war im Vergleich zu den Gesunden kaum verändert. Dahingegen wies die späte Komponente des PEPs stärkere Veränderungen auf: Die Amplitude war vermindert und die Latenz verkürzt. Hierbei waren die Veränderungen der PEP bei den stärkeren Reizen (2°- und 4°-Auslenkung) ausgeprägter als bei der 0,2°-Auslenkung. Bei Betrachtung der klinischen Betroffenheit konnte nachgewiesen werden, dass die zu der klinisch stärker betroffenen Seite korrespondierende Hemisphäre größere Potentialveränderungen aufweist als die nicht korrespondierende Hemisphäre. Die Ergebnisse der aktuellen Studie unterstützen die Evidenz einer Störung der Propriozeption bei Patienten mit IPS und den Erklärungsansatz, dass die Ursache dieser Störung zentraler Genese ist
Prototypische Routinen von Lehrkräften im Umgang mit Unterrichtseinstiegen, Experimenten und Schülervorstellungen im Biologieunterricht
No full textAus- und Weiterbildungen von Lehrkräften sollten u. a. zum Ziel haben, inhaltsspezifische Lehr- und Lernprozesse theoriebasiert zu reflektieren und darauf aufbauend die Handlungskompetenz für die Gestaltung von Unterricht zu erweitern (Staub, 2005). Diese Ziele werden bei fachspezifisch-pädagogischen Coachings (Staub, 2001) oder auch bei der videobasierten Unterrichtsreflexion verfolgt. Allerdings geht die Erweiterung der Handlungskompetenz mit der Veränderung handlungsleitender Kognitionen einher, die sehr stabil gelten und nur schwer veränderbar. Um handlungsleitende Kognitionen von Lehrkräften zu verändern, reicht es in aller Regel nicht aus, sie mit Ergebnissen aus der pädagogischen Forschung zu konfrontieren (Eckerle & Kraak, 1993). Vielmehr ist für eine dauerhafte Veränderung handlungsleitender Kognitionen notwendig, dass Lehrkräfte ihr eigenes Handeln im Unterricht reflektieren (Wood et al., 1991; Prawat, 1992). Es ist daher notwendig alternative Wege zu finden, um Lehrkräfte zur Reflexion des eigenen Unterrichts zu bewegen. Dazu existieren vielfältige, zumeist videobasierte, Ansätze. Das im Rahmen dieser Studie entwickelte CD-ROM gestützte Programm PRoBiL soll diese Funktion im Rahmen von Lehreraus- und -fortbildung übernehmen.
Im Zentrum dieser Arbeit stand die Entwicklung des CD-ROM gestützten Computerprogramms PRoBiL zur Reflexion individueller prototypischer Routinen von Biologielehrkräften. Dazu mussten zunächst stabile prototypische Routinen von Biologielehrkräften identifiziert, unterschieden und beschrieben werden. In insgesamt vier Teilstudien wurde zu diesem Zweck ein Testinstrument entwickelt, welches die empirische Unterscheidung der Biologielehrkräfte der Stichprobe in zwei Gruppen mittels prototypischer Routinen zuließ. Eine Gruppe von Lehrkräften kann einem Muster prototypischer Routinen zugeordnet werden, welches als problemorientierte Routine bezeichnet wird, die andere Gruppe einem Muster, welches als informierende Routine bezeichnet wird.
Biologielehrkräfte, die der problemorientierten Routine zugeordnet werden, zeichnen sich in Unterrichtseinstiegssituationen unabhängig vom Inhalt durch ihre starke Betonung der Problemorientierung bzw. der Verwendung eines kognitiven Konflikts aus. Außerdem scheint es typisch für diese Biologielehrkräfte zu sein, dass sie auf fachlich falsche Schülervorstellungen z. B. durch Verwendung eines kognitiven Konflikts reagieren. Beim Experimentieren im Unterricht lassen sie ihren Schülern viele Freiheiten, das Experiment bzw. den gesamten naturwissenschaftlichen Erkenntnisweg mitzugestalten.
Biologielehrkräfte, die der informierenden Routine zugeordnet werden, bevorzugen es beim Unterrichtseinstieg die Schüler über die Inhalte und Ziele der folgenden Unterrichtsstunde zu informieren oder einen handlungsorientierten Unterrichtseinstieg zu wählen. Stellen Sie während des Unterrichts eine fachlich falsche Schülervorstellung fest, neigen sie dazu bereits besprochene Unterrichtsinhalte selbst zu wiederholen oder von Mitschülern wiederholen zu lassen. Bei der Durchführung von Experimenten im Unterricht geben sie Schülern bevorzugt Experimentieranleitungen aus Schulbüchern oder anderen Unterrichtsmaterialien.
Die ermittelten prototypischen Routinen wurden in kurze Videosequenzen überführt, die prototypisches Handeln von Biologielehrkräften bei Unterrichtseinstiegen, im Umgang mit Experimenten und Schülervorstellungen zeigen. Die Videosequenzen, die anschließend in PRoBiL integriert wurden, sollen Biologielehrkräften in der Lehreraus- und -weiterbildung als Reflexionsanlass des eigenen Handelns und Unterstützung dienen, das eigene Handeln zielgerichtet zu hinterfragen.
Das Programm PRoBiL soll Lehrkräfte in Reflexionsprozessen über individuelle prototypische Routinen unterstützen, um so auch die Tiefenstruktur ihres Unterrichts zu hinterfragen und ggf. zu verändern. Das Bewusstmachen der eigenen prototypischen Routinen und das Kennenlernen prototypischen Routinen anderer Lehrkräfte kann im Rahmen von geeigneten Lehrerfortbildungskonzepten dazu genutzt werden, das Repertoire an Handlungsalternativen in fachspezifischen Kontexten zu erhöhen. Lässt man Lehrkräfte ohne besonderen Arbeitsauftrag Unterricht beobachten, beschränken sich ihre Kommentare oft eine Beschreibung des Gesehenen (van Es & Sherin, 2002). Zumeist sind dies Beobachtungen des Verhaltens und der Inhalte der auf der Ebene der Sichtstruktur (Sherin & Han, 2004). Dies bedeutet auch, dass, wie Ergebnisse dieser Studien belegen, dass Lehrkräfte, die Unterricht ohne Anleitungen beobachten selten Bezüge zu ihren subjektiv theoretischen Wissensbeständen herstellen.
Die Ermittlung verschiedene Muster prototypischen Handelns bei Lehrkräften mittels PRoBiL, könnte im Rahmen von Lehrerfortbildungen dazu genutzt werden, individueller auf die Bedürfnisse der teilnehmenden Lehrkräfte einzugehen
The reelin-dependent signaling cascade in the Alzheimer pathology
No full textDie Ursache für die Alzheimer-Krankheit (AD) ist bis heute ungeklärt. Derzeit zur Verfügung stehende Therapiemöglichkeiten behandeln allein die Symptomatik, mit teils erheblichen Nebenwirkungen. Die aktuelle Forschung zeigt, dass physische und kognitive Aktivität nachweislich zu einer Verbesserung der Hirnfunktionen in gesunden und an AD-Pathologie erkrankten Mäusen führt. Da Gedächtnisstörungen eines der führenden klinischen Merkmale der AD sind und die RELN-Signalkaskade im erwachsenen Gehirn eine Schlüsselrolle für die Gedächtnisbildung und die Plastizität spielt, legt ein Zusammenhang zwischen dem RELN-Signalweg und der AD nahe. Vereinzelte und z.T widersprüchliche Studien postulieren Störungen im RELN-Level bei Individuen mit einer ausgeprägten AD-Pathologie. Eine systematische Untersuchung des Einflusses des Alters und der AD auf das Expressionsprofil des gesamten RELN-Signalwegs in AD-relevanten Hirnregionen fehlte bislang. Ob die Veränderung des Signalwegs eine Ursache oder Folge der AD ist, bedarf ebenfalls noch einer Klärung.
In dieser Arbeit wurde 1.) erstmals im Detail das Expressionsmuster der gesamten RELN-Signalkaskade (mit RELN, APOER2, VLDLR und DAB1) in AD-relevanten Hirnarealen (FC, EC und HC) in einem transgenen AD-Mausmodell sowie AD-Patienten und altersadaptierten Kontrollgruppen gemessen. 2.) Zusätzlich wurde der Einfluss von pränataler und postnataler physischer Stimulation (Environmental Enrichment) auf Expression des RELN-Signalweges in TG- und WT-Mäusen untersucht.
Sowohl die AD-Pathologie als auch das Alter beeinflussen die Expression des RELN-Signalweges. Dies verläuft art-, hirnareal- und molekülspezifisch. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass eine RELN-Defizienz ein sehr frühes Ereignis im Verlauf der AD-Pathologie ist. Bei der Maus tritt diese im Hippokampus noch vor der Bildung erster β-Amyloidplaques (postnatal Tag 30) auf und beim Menschen im Frontalkortex bereits im präklinischen Stadium (CERAD A/Braak & Braak I-II). Ebenso zeigte sich eine AD-abhängige RELN-Prozessierung in TG-Mäusen, sowie RELN-positive Aggregate in erkrankten Menschen und Mäusen. Für VLDLR, APOER2 und DAB1 zeigten sich Störungen des Expressionsmusters in alten Mäusen und in AD-erkrankten Menschen. Die frühzeitige Störung der RELN-Expression sowohl in der Maus als auch im Mensch könnte erste Hinweise liefern, dass es sich dabei um eine kausale Rolle in der Entstehung von AD handelt. Zudem könnte RELN in Zukunft als möglicher präklinischer Marker zur Diagnose von AD eingesetzt werden.
Neue Erkenntnisse erbrachte auch die Untersuchung des Einflusses von Enrichment auf die Ausprägung der RELN-Signalkaskade in einem transgenen AD-Mausmodell. Pränatal stimulierte Mäuse zeigten ein erhöhtes RELN-Level im Vergleich zu unstimulierten Mäusen. Eine postnatale Aktivität vermochte das Proteinlevel von RELN nicht zu verändern. VLDLR, APOER2 und DAB1 zeigten sich weder durch ein pränatales noch ein postnatales Enrichment verändert. Der Zeitpunkt des Einsatzes von Enrichment hat wesentlichen Einfluss auf die vom Körper verwendete Strategie gegen die AD-Pathologie vorzugehen. Im Bezug auf das für die Plastizität des Gehirns bedeutende RELN scheint eine sehr frühe, pränatale Stimulation am erfolgversprechendsten, um der AD-Pathologie entgegen zu wirken.To date the cause of Alzheimer's disease (AD) remains unknown. Current treatments medicate only the symptoms of the AD, but do so often with severe side effects. The beneficial effects of physical and cognitive activity on brain have been shown in healthy and transgenic mice with an AD-like pathology. As memory impairment is one of the most important clinical symptoms of AD and since the RELN-cascade does play a key role in memory formation and plasticity in adult brain a connection between the RELN-pathway and the AD seems plausible. A few and in part conflicting observations have been made for men as well as mice in a full-blown stage of AD-like pathology. Nonetheless a systematic investigation of the impact of age and AD on the RELN-pathway in AD-vulnerable brain regions is still missing. It also remains unknown if these changes are a cause or a consequence of AD.
In this study 1.) the expression pattern of the RELN-cascade (with RELN, APOER2, VLDLR and DAB1) was examined in AD-relevant brain regions (FC, EC and HC) in a transgenic AD-mouse model as well as AD-patients and age-matched controls. 2.) Additionally, the influence of prenatal and postnatal enrichment of the RELN-pathway was investigated.
Both, AD-pathology and aging have an species, region, and molecule specific impact on the expression of the RELN-pathway. Furthermore, we could show that a deficiency of RELN is an early phenomenon in the progression of the AD-pathology. A RELN-depletion occurs in mice long before the onset of β-amyloid pathology (postnatal 30) in the hippocampus as well as in a pre-clinical AD stage in the human frontal cortex. RELN-processing changes in TG mice and RELN-positive deposits in AD-affected men and mice were also found. VLDLR, APOER2 and DAB1 were altered only in aged mice and in humans affected by AD. The early depletion of RELN-expression hints at a causal role at the onset of AD. Furthermore RELN might serve as a pre-clinical marker to diagnose AD in the future.
Subsequently, the influence of enrichment on the expression of the RELN-cascade in a transgenic AD-mouse model was examined. Prenatally stimulated mice showed an induced RELN-expression in comparison to unstimulated mice. A postnatal activity was not able to change the RELN-level. VLDLR, APOER2 and DAB1 were altered neither by prenatal nor postnatal enrichment. The time of enrichment seems to be essential for counteracting the AD-pathology. Regarding RELN and brain plasticity, an early, prenatal stimulation appears to be essential and most promising to combat AD-pathology
Identifizierung von Substanzen und genetischen Faktoren, die zelluläre Alterung beeinflussen
No full textAging is a multifaceted process that is regulated by several factors and pathways, among which the best known are the nutrient signalling pathways. As the amount of people suffering from age-related diseases increases, it is of special interest to identify compounds and genetic factors that delay aging, thereby displaying promising indications for the development of anti-aging therapeutics. In this study, a novel high-throughput method was developed to screen for compounds that extend the CLS of the fission yeast Schizosaccharomyces pombe. Eight
of the final 20 candidates that increased CLS were further characterized. We found that their life-extending effect was independent of caloric restriction as well as of the TOR signalling pathway. Furthermore, six compounds lead to an increased resistance against oxidative stress. Individual analyses revealed that the CLS-extending effect of prostaglandin J2 depended on the mitochondrial fission protein Dnm1 as well as on components of the Git3/PKA signalling pathway. In contrast, monensin and nigericin required V-ATPase activity to promote longevity. The molecular targets of the other compounds remain to be determined.
Additionally, we used our new CLS assay to screen an S. pombe deletion library for gene deletions that extend the CLS of fission yeast. However, in later experiments, we found that the observed increase of CLS was caused by an unknown factor in the strain background of the deletion library rather than by the indicated gene deletions. In another approach, we used a new high-throughput method established within this study to screen approximately 19,000 compounds for their impact on the telomeric silencing of the budding yeast Saccharomyces cerevisiae, as this has been associated with RLS. We found that nicotine increased silencing at all heterochromatic loci in budding yeast, namely the telomeres, the rDNA locus, and the HM loci. In vitro experiments indicated that nicotine might act by activating Sir2. This hypothesis was
supported by the finding that nicotine extended the CLS of S. pombe in a Sir2-dependent manner.Alterung ist ein komplexer Prozess, der durch viele Faktoren und Signalwege reguliert wird, wobei die bekanntesten die Nährstoff-Signalwege sind. Da die Anzahl an Menschen, welche an alterungsbedingten Krankheiten leiden, zunimmt, ist die Identifizierung von Substanzen und genetischen Faktoren, die das Altern verzögern und
dadurch vielversprechende Ansätze für die Entwicklung von Anti-Aging-Mitteln darstellen, von besonderem Interesse. In dieser Arbeit wurde eine neue High-Throughput-Methode entwickelt, um nach Substanzen zu suchen, welche die chronologische Lebensspanne (CLS) der Spalthefe
Schizosaccharomyces pombe verlängern. Acht der finalen 20 lebensverlängernden Kandidaten wurden näher untersucht. Wir fanden heraus, dass ihr lebensverlängernder Effekt weder von der kalorischen Restriktion noch vom TOR-Signalweg abhängig war. Des Weiteren führten sechs Substanzen zu einer erhöhten Resistenz gegenüber
oxidativem Stress. Einzelanalysen ergaben, dass der lebensverlängernde Effekt von Prostaglandin J2 sowohl von dem an der mitochondrialen Spaltung beteiligten Protein Dnm1 als auch von Komponenten des Git3/PKA-Signalweges abhängig war. Im Gegensatz dazu benötigten Monensin und Nigericin die Aktivität der V-ATPase zur Lebensverlängerung. Allerdings sind die molekularen Ziele der anderen Substanzen weiterhin nicht bekannt. Darüber hinaus haben wir den etablierten High-Throughput-Assay verwendet, um eine S. pombe-Deletionsbank nach lebensverlängernden Gendeletionen zu durchsuchen. Allerdings fanden wir in späteren Experimenten heraus, dass die beobachtete Verlängerung der CLS eher auf einem unbekannten Faktor im Stammhintergrund der Deletionsbank als auf die angegebenen Gendeletionen zurück zu führen war. In einem weiteren Ansatz verwendeten wir eine neue High-Throughput-Methode, welche im Rahmen dieser Arbeit etabliert wurde, um ca. 19.000 Substanzen auf ihren Einfluss auf das telomerische Silencing der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae hin zu testen, da dieses bereits mit der replikativen Alterung in Verbindung gebracht worden war. Wir fanden heraus, dass Nikotin das Silencing an allen drei heterochromatischen
Bereichen in der Bäckerhefe, sprich den Telomeren, dem rDNA-Lokus und den HM-Loki, verbesserte. In vitro-Experimente deuteten darauf hin, dass Nikotin über die Aktivierung von Sir2 wirken könnte. Diese Hypothese wurde durch die Erkenntnis gestützt, dass Nikotin die CLS von S. pombe Sir2-abhängig verlängerte
Tumor-Immune Cell Interaction by Endogenous and Therapeutic Pattern Recognition Receptor Ligands
No full textMustererkennungsrezeptoren (PRR) befinden sich, wie lange angenommen wurde, nicht nur auf Zellen des angeborenen Immunsystems, sondern auch auf Zellen des adaptiven Immunsystems und Tumorzellen. Daher bedarf es neuer Studien, den Effekt therapeutischer, sowie endogener PRR-Liganden in der immunologischen Tumor-Wirt-Interaktion genauer zu charakterisieren, um das Design von Krebstherapien rationaler zu gestalten und zu verbessern.
Ziel dieser Arbeit war es den Einfluss von Mustererkennungsrezeptoren auf die Wechselwirkung zwischen Tumor- und Immunzellen phänotypisch als auch funktionell zu beschreiben. Es kamen immunologische Zellkulturmethoden wie Dichtezentrifugation und Durchflusszytometrie, sowie molekularbiologische Methoden wie quantitative real-time PCR zum Einsatz. Histologische Untersuchungen von humanen und murinen Tumoren ergänzten die Arbeit. Die Fragestellung wurde aus zwei Blickwinkeln betrachtet.
Im ersten Teil der Arbeit sollte die Frage untersucht werden, unter welchen Bedingungen Poly(I:C) und Imiquimod Tumorzelltod induzierten und wie sich dieser auf eine Immunaktivierung auswirkte. Dieser Projektteil sollte Aufschluss über die immunologische Tumor-Wirt-Interaktion nach PRR-induziertem Zelltod liefern.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde der direkte Effekt des endogenen Gefahrenmoleküls HMGB1 auf Zellen des adaptiven Immunsystems untersucht. Hierbei standen CD4+ regulatorische T-Zellen (Treg) als Hauptakteure des Tumor-Immun-Escape-Phänomens im Vordergrund. HMGB1-Expression im Gewebe und Serum von Kopf-/Halstumor-Patienten war im Vergleich zu gesunden Proben deutlich erhöht. Imiquimod-Behandlung von Tumorzellen führte zu starker Freisetzung dieses Kernproteins. HMGB1 zeigte potentielle protumorale Wirkung indem es die Migration von Tregs, sowie deren IL-10-Sekretion und suppressive Aktivität förderte. Effektor-T-Zellen (Teffs) wurden hingegen nicht chemotaktisch angelockt. Zusätzlich wurden ihre potentiell antitumoralen Eigenschaften wie Proliferation und IFNγ-Sekretion durch HMGB1 gehemmt. Tregs und Teffs von Tumorpatienten reagierten trotz erhöhter TLR4-Expression in ähnlichem Ausmaß wie die von gesunden Spendern. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass die meisten beobachteten Effekte auf Tregs RAGE-abhängig waren. Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass HMGB1 bei physiologischem und therapeutika-induziertem Zelltod freigesetzt wird und die T-Zell-Funktion dahingehend moduliert, dass Tumor-Immun-Escape favorisiert wird.The pattern recognition receptors (PRRs) belong to an evolutionary highly conserved receptor family responsible for recognizing pathogen associated molecular pattern molecules (PAMPs) and danger associated molecular pattern molecules (DAMPs). A long period of time it was assumed that they are localized mainly on immune cells notably cells of the innate immune system. It was recently found that also tumor cells can express PRRs and that their challenge can induce cancer cell death. During cell death endogenous DAMPs are released and can act on surrounding tissue. Thus, PRR-based immunotherapy may lead to a, until now unknown complex tumor-immune cross talk within the tumor microenvironment.
Aim of this thesis was to elucidate this interaction on phenotypical and functional levels. Cell culture methods like density centrifugation and flow cytometry were used as well as molecular biological methods like quantitative real-time PCR. Histological analyses of human and murine tumors were also applied. The objective was investigated from two perspectives.
In the first part, the effect of head and neck cancer (HNC) cell stimulation by the therapeutic PRR ligands Poly(I:C) and Imiquimod and the consequences for interaction with immune cells was investigated. This part should elucidate tumor-immune interaction after PRR-induced tumor cell death.
In the second part of the project we asked whether the endogenous danger molecule HMGB1 (high mobility group box 1 protein) can directly modulate T lymphocytes focusing on regulatory T cells (Treg) as the main players in tumor immune escape phenomenon. During tumor cell death, endogenous DAMPs can be released, that bind to PRRs on tumor cells themselves or on immune cells. HMGB1 is the most prominent DAMP, binds to TLR2, TLR4 and RAGE on target cells and can be released during necrotic or chemotherapy-induced tumor cell death. Interestingly, we found that HMGB1 is overexpressed in tumor cells of patients with HNC, that serum levels are significantly elevated in these patients compared to healthy donors, and that Imiquimod-induced cell death results in release of HMGB1 by tumor cells. We found that HMGB1 induced directed migration in Treg and not effector T cells (Teff). Additionally, HMGB1 promoted regulatory characteristics of Treg such as suppressive activity and IL-10 release. At the same time HMGB1 reduced anti-tumoral effector functions of Teff like proliferation and IFNγ release. Unexpectedly, increased expression of TLR4 on Treg and Teff in HNC patients did not result in enhanced activation of Treg in patients compared to healthy donors. This may be explained by the fact that HMGB1 modulates Treg via RAGE. Our findings demonstrate that HMGB1 can be released from HNC cells during homeostatic or therapy-induced cell death and differentially modulates functions of Treg and Teff in the tumor host favoring tumor immune escape
Functional Characterization of Neuropilin-1 in CD4+ T Cells
No full textIn einer vorangegangenen Studie konnte Neuropilin-1 (Nrp1) als spezifischen Oberflächenmarker auf murinen CD4+CD25+ regulatorischen T-Zellen identifiziert werden (Bruder et al., 2004). Über die Funktion von Nrp1 auf CD4+ T-Zellen gibt es aber nach wie vor nur wenige Erkenntnisse. Aktuelle Studien suggerieren, dass Nrp1 die Interaktion zwischen CD4+ T-Zellen und dendritischen Zellen moduliert (Sarris et al., 2008), als Rezeptor, sowohl für die latente, als auch für die aktive Form von TGF-beta fungiert (Glinka and Prud'homme, 2008), und dass Nrp1 zur Funktion regulatorischer T-Zellen in einem Modell für Entzündung im zentralen Nervensystem der Maus beiträgt (Solomon et al., 2011). Die Ergebnisse dieser Arbeit verschaffen einen tieferen Einblick in die Funktion von Nrp1 auf CD4+ T-Zellen. Untersuchungen an einer transgenen Mauslinie, die Nrp1 spezifisch in CD4+CD25- T-Zellen überexprimiert (CD4-Nrp1), liefern erste Hinweise auf eine Rolle von Nrp1 in der Modulation der T-Zellrezeptor-abhängigen Signalkaskade. Vergleichende Genexpressionsanalysen von in vitro stimulierten CD4+CD25- T-Zellen dieser Mäuse ergaben eine reduzierte Expression von Genen, die mit der Aktivierung des T-Zellrezeptors assoziiert werden. Auch Realtime PCR und FACS-Analysen von in vitro stimulierten CD4+CD25- T-Zellen aus CD4-Nrp1 Mäusen zeigten eine tendenziell, nicht aber signifikant, reduzierte Aktivierung im Vergleich zu Zellen aus WT Tieren. Außerdem kam es durch die transgene Expression von Nrp1 zu einer leichten Reduktion der proliferativen Kapazität der CD4+ T-Zellen in vitro. Interessanterweise konnte eine suppressive Aktivität in vitro durch die Überexpression von Nrp1 in CD4+CD25- T-Zellen nicht induziert werden. Hingegen zeigte sich aber nach dem Transfer in ein Autoimmunmausmodell eine leichte Akkumulation der Nrp1-überexprimierenden T-Zellen in dem Gewebe, dass ihr spezifisches Antigen exprimiert. Weiterführende Analysen an Mäusen, in denen die Expression von Nrp1 spezifisch in CD4+ T-Zellen ausgeschalten ist (Nrp1-KO) konnten eine entscheidende Rolle von Nrp1 an der Migration von Tregs belegen. Obwohl Co-Kultur Experimente zeigten, dass die suppressiven Fähigkeiten von CD4+CD25+ T-Zellen durch die Deletion von Nrp1 nicht beeinträchtigt werden, kam es in Nrp1-KO Mäusen zu einem bemerkenswerten Phänotyp in der Tumorentstehung. Dieser äußert sich, ebenso wie in Mäusen, in denen Nrp1 spezifisch in Foxp3+ Tregs ausgeschaltet ist (FIC-Nrp1-KO), in signifikant verlangsamtem Tumorwachstum, begleitet von erhöhter Rekrutierung und Aktivierung von CD8+ T-Zellen in den Tumor. Hingegen konnte eine reduzierte Infiltration von CD4+Foxp3+ Tregs in den Tumor festgestellt und auf die Interaktion zwischen Tumor-sekretiertem VEGF und auf den Tregs exprimiertem Nrp1 zurückgeführt werden. Insgesamt konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass Nrp1 an der Migration von Tregs in Abhängigkeit von VEGF beteiligt ist. Inwieweit dies einen Tumor-spezifischen Mechanismus darstellt, oder ob dieser auch im Verlauf anderer Immunantworten eine Rolle spielt, soll in zukünftigen Studien geklärt werden.In a preceding study, Neuropilin-1 (Nrp1) could be identified as a specific surface marker of murine CD4+CD25+ regulatory T cells (Bruder et al., 2004). Still, only little is known about the function of Npr1 on CD4+ T cells. Recent studies suggest, that Nrp1 modulates the interaction between CD4+ T cells and dendritic cells (Sarris et al. 2008), acts as a receptor for the latent as well as for the active form of TGF-beta (Glinka and Prud’homme, 2008), and that Nrp1 contributes to the function of regulatory T bcells in a model of inflammation of the central nervous system in mice (Solomon et al., 2011). The results of this study provide deeper insight into the function of Npr1 on CD4+ T cells. Analyses of a transgenic mouse line, over expressing Nrp1 specifically in CD4+CD25- T cells (CD4-Nrp1), offer first evidence for a role of Nrp1 in the modulation of the T cell receptor-dependent signaling cascade. Gene expression analyses of in vitro stimulated CD4+CD25- T cells of these mice showed a reduced expression of genes, associated with the activation of the T cell receptor. Furthermore, Realtime PCR and FACS analyses of in vitro stimulated CD4+CD25- T cells from CD4-Nrp1 mice tended to, but not significantly showed reduced activation compared to cells from WT animals. Besides, the transgenic expression of Nrp1 led to a slight reduction of the proliferative capacity of CD4+ T cells in vitro. Interestingly,
suppressive activity in vitro could not be induced by over expressing Npr1 in CD4+CD25- T cells. However, upon transfer into an autoimmunity mouse model, a slight accumulation of Nrp1 over expressing T cells in the tissue, expressing their cognate antigen, could be observed.
Further analyses in mice, in which Nrp1 expression is knocked out specifically in CD4+ T cells (Nrp1-KO) could reveal a pivotal role of Nrp1 in the migration of Tregs. Although co-culture experiments showed, that the suppressive capacity of CD4+CD25+ T cells is not affected by the deletion of Nrp1, Nrp1-KO mice showed an impressive phenotype during tumor development. As well as mice, in which Nrp1 is deleted specifically in Foxp3+ Tregs (FIC-Nrp1-KO), these mice show a significantly
reduced tumor growth, accompanied by increased recruiting and activation of CD8+ T cells in the tumor. On the contrary, a reduced infiltration of CD4+Foxp3+ Tregs into the tumor could be determined and ascribed to the interaction of tumor-secreted VEGF and Nrp1 expressed by Tregs. In summary, this thesis could show that Nrp1 is involved in the migration of Tregs in dependency on VEGF. In how far this is a tumor-specific mechanism, or if it also plays a role in the course of other immune responses, shall be assessed in forthcoming studies
The role of tumorsuppressor gene mutations in B-cell non-Hodgkin lymphomas
No full textDie vorliegende Arbeit verwendet 250k-Affymetrix-SNP-Chips zur Untersuchung von 39 molekularen Burkitt-Lymphomen und 148 diffus-großzelligen-B-Zell-Lymphomen aus dem Kollektiv des Verbundsprojekts der deutschen Krebshilfe „Molekulare Mechanismen maligner Lymphome“(MMML).
Die Analyse der Burkitt-Lymphome bestätigte die hohe Signifikanz der MYC-Deregulation in diesem Lymphom. Viele Verluste und Zugewinne von genomischem Material betraffen Gene mit funtionellen Verbindungen zum MYC-Signal. Zusätzlich zeigten Genexpressionsdaten aus dem MMML-Verbund, dass viele genomischen Kopienzahlveränderungen zu einem Gendosiseffekt führen, der ebenfalls pathogenetische Relavanz besitzen könnte.
Die genetischen Veränderungen der diffus-großzelligen B-Zell-Lymphome zeigten viele Kandidatengene auf, die eine Rolle in der Pathogenese dieser Krankheit spielen könnten. Mit Hilfe der verfügbaren Genexpressionsdaten konnte die Kandidatenliste weiter eingeschränkt werden, zusätzlich zur Unterteilung der Lymphome nach Subtypen, um nach gemeinsamen und distinkten Aberratioen in „aktivierten B-Zell-artigen“ und „Keimzentrums-B-Zell-artigen“ Lymphomen zu suchen.
Diese Analysen detektierten TNFSF7 und TNFSF9 als mögliche haplo-insuffiziente Tumorsuppressorgene in beiden Lymphomtypen. Weiterhin konnte die Charakterisierung einer neuartigen Translokation zwischen MYC und SOCS1 in einem Einzelfall des Kollektivs weitere Einsichten in die Deregulierungen liefern, die zu einem malignen Zellklon führen.Employing the collection of the “molecular mechanisms in malignant lymphoma” (MMML) project of the german cancer aid, the present work utilised high-resolution 250k Affymetrix SNP-chips on 39 molecular Burkitt-lymphomas and 148 diffuse large B-cell lymphomas.
The analysis of the Burkitt-lymphomas confirmed the high significance of the MYC-deregulation in this lymphoma. Many losses and gains of genomic material contained genes that have funtional links to the MYC-signal. In addition, gene expression data from the MMML-project proved that many genomic copy number changes lead to a gene dosis effect that could have pathogenetic relevance.
The genetic changes in the diffuse large B-cell lymphomas revealed many candidate genes that could play a role in the pathogenesis of the disease. The available gene expression data allowed to further narrow down these lists of candidates, in addition to the partition of the available lymphomas into subtypes to look for shared and distinct aberrations in the “activated B-cell like”- or “germinal center B-cell like”-groups.
These analyses detected TNFSF7 and TNFSF9 as possible haplo-insufficient tumor suppressor genes in both types of lymphomas. Furthermore, the characterization of a novel translocation between MYC and SOCS1 in a single case of the collective provided further insight into the deregulations that lead to a malignant cell clone
Klassen einiger Hyperflächen im Grothendieckring der Varietäten
No full textLet X be a projective hypersurface in P_k^n of degree d <= n. In this thesis we study the relation between the class [X] in K_0(Var_k) and the existence of k-rational points. Using elementary geometric methods we show, for some particular X, that X(k) is nonempty if and only if [X] is equivalent to 1 modulo the class of the affine line in K_0(Var_k). More precisely we consider the following cases: a union of hyperplanes, a quadric, a cubic hypersurface with a singular k-rational point, and a quartic which is a union of two quadrics one of which being smooth.Sei X eine projektive Hyperfläche in P_k ^ n vom Grad d <= n. In dieser Arbeit untersuchen wir die Beziehung zwischen der Klasse von X in K_0 (Var_k) und der Existenz von k-rationalen Punkten. Mit elementaren geometrischen Methoden können wir zeigen, dass X (k) genau dann nicht leer ist, wenn die Klasse von X äquivalent zu 1 modulo der Klasse der affinen Geraden in K_0 (Var_k) ist. Dabei betrachten wir die folgenden Fälle: Vereinigungen von Hyperebenen, Quadriken, kubische Hyperflächen mit mindestens eine singulären k-rationalen Punkt und Quartiken, die sich als Vereinigung von einer glatten und einer beliebigen Quadrik schreiben lassen
Molekulare Pinzetten mit zusätzlichen Bindungsstellen gegen Protein Aggregation
No full textMy doctoral thesis aims at the development of molecular tweezers with increased affinity and specificity for amyloidogenic proteins. A particular focus lies on the amyloid-β protein, a major pathological hallmark of Alzheimer’s disease. In Klärner group, a molecular tweezer called the phosphate tweezer was developed which selectively binds to the amino acid lysine and arginine both in peptides and proteins, and thereby inhibits the aggregation and toxicity of amyloid proteins. However, the symmetrical prototype which carries two phosphate anions at its periphery, does not distinguish between well-accessible lysines on a protein surface. In my thesis I try to develop symmetrical and unsymmetrical molecular tweezers with new recognition sites, which become selective for a given protein/epitope.
In the first part of the work, I explored the chemical and biological effects of replacing the phosphate anions by other anionic groups of biological relevance. For this purpose, I synthesized the sulfate tweezer and carried out comparative binding studies among the phosphate, phosphonate, sulfate and methyl carboxylate tweezers with basic amino acids and relevant peptide guests. Using NMR, fluorescence, ITC, and molecular simulation, I observed substantial differences in the binding characteristics of all the four tweezer types toward their peptide guests.
In collaboration, we studied the inhibition potential of the phosphate tweezer against the pathologic aggregation of the islet amyloid polypeptide (IAPP), a protein involved in the type II diabetes. For more structural insight, I carried out an investigation about complexes between the tweezer and IAPP fragments by NMR, fluorescence and ITC experiments. Biological experiments and QM/MM calculations were performed in collaborations.
In the second part of my work, I synthesized several unsymmetrical molecular tweezers that carry a phosphate group on one side and several different linkers on the other side of tweezer’s central benzene ring. These tweezers with attached linker units display varying affinities for lysine and arginine derivatives from milimolar to micromolar. Biological experiments of these unsymmetrical tweezers are currently underway in Prof. Bitan’s lab (neurology, UCLA). Lastly, I developed an even more general and potent synthetic route for the synthesis of unsymmetrical molecular tweezers which keep both the phosphate groups on the tweezer. One of the two phosphate groups is substituted with an alkyne or an ester linker unit. The alkyne linker tweezer can be coupled with an azide containing recognition site via alkyne-azide click reaction, whereas, the ester linker tweezer can be coupled with an amine containing recognition site to synthesize more powerful unsymmetrical molecular tweezer
Untersuchungen zu den Volumenersatzlösungen Ringer und Ringer-Laktat sowie den Schutzstoffen Glycin, Pyruvat, Resveratrol und Deferoxamin/LK 614 im schweren hämorrhagischen Schock der Ratte
No full textZusammenfassung
Die Zusammensetzung der initial für die therapeutische Volumensubstitution im hämorrhagischen Schock einzusetzenden Infusionslösung ist seit Jahrzehnten ein kontrovers diskutiertes Thema in der Notfallmedizin. Bisher existiert keine, in Notfallsituationen direkt verfügbare Infusionslösung, die sowohl eine nachhaltige Volumensubstitution, eine verbesserte O2-Versorgung als auch eine Verminderung der schockbedingten Organschädigung gewährleisten kann.
In der vorliegenden Arbeit wurde zuerst ein Rattenmodell etabliert, um einen möglichst schweren hämorrhagischen Schock und die sich anschließende Volumensubstitutionsphase möglichst reproduzierbar, effektiv und klinisch realistisch simulieren zu können. Hierzu wurde eine Schockdauer von 45 bzw. 60 Minuten bei einem mittleren arteriellen Blutdruck von 25-30 mmHg, eine Volumensubstitutionszeit von 30 Minuten und eine anschließende Beobachtungszeit von 150 Minuten gewählt. Dieses Modell erwies sich als gut reproduzierbar, lebensbedrohlich schwer und klinisch realistisch.
Unter Verwendung dieses Modells wurde anschließend die therapeutische Qualität von Ringer- und Ringer-Laktat-Lösung als Volumensubstitutionslösung, jeweils mit und ohne Zugabe paralleler Transfusion des Eigenblutes, verglichen. Dabei stellte sich heraus, dass Ringer-Lösung im Vergleich zu Ringer-Laktat-Lösung eine bessere Organprotektion und eine verlängerte Überlebensdauer der Ratten gewährleistete. Insbesondere die Niere und der Dünndarm wurden bei der Volumensubstitution mit Ringer-Lösung vergleichsweise weniger geschädigt.
Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde anschließend in Versuchen mit Ringer-Lösung und Blut zur Volumensubstitution der therapeutische Effekt der Schutzstoffe Glycin (15 mg/kgxh), Pyruvat (50 mg/kgxh), Resveratrol (60 µg/kgxh) und Deferoxamin + LK 614 (2,5 mg/kgxh Desferal + 0,5 mg/kgxh LK 614), auf die Restitutionsphase und die anschließende Beobachtungsphase untersucht. Wie zu erwarten war, konnten nicht anhand aller Schädigungsparameter Schutzeffekte nachgewiesen werden. So wurde durch alle Schutzstoffe der Hämoglobingehalt im Nierengewebe und die Aktivität der Kreatinkinase im Plasma signifikant vermindert. Bezüglich der Protektion des Dünndarms zeigten vor allem Glycin und Deferoxamin + LK 614 deutliche Schutzeffekte, während die Azidose während und nach der therapeutischen Volumensubstitution durch Pyruvat signifikant vermindert wurde. Hinsichtlich der histologischen Organbefundung zeigten Glycin, Pyruvat und Resveratrol sehr gute Effekte auf das Nierengewebe und Glycin und Pyruvat ebenso auf das Lebergewebe. Aufgrund dieser erfolgversprechenden Ergebnisse wurden alle eingesetzten Schutzstoffe für die anschließenden Versuche mit Kombinationslösungen berücksichtigt. In dieser abschließenden Versuchsserie wurde untersucht, ob die Kombination von Deferoxamin/LK 614 + Glycin, Deferoxamin/LK 614 + Pyruvat, Deferoxamin/LK 614 + Resveratrol und Glycin + Pyruvat zu synergistischen Schutzeffekten führt. Hierbei zeigten sich durch den Einsatz der Kombinationslösungen kaum synergistische Effekte.
Durch die im Rahmen dieser Arbeit erzielten Ergebnisse ist ein Grundstein gelegt, um in absehbarer Zeit die Erstversorgung von Patienten mit hämorrhagischem Schock zu optimieren. Beruhend auf diesen Ergebnissen ist jedoch weitere Forschungsarbeit nötig, um eine klinisch einsetzbare Protektionslösung zu entwickeln. Dabei müssen allerdings stets mögliche Nebenwirkungen und die Einsetzbarkeit der Lösung in Notfallsituationen im Auge behalten werden.Summary
The fluid composition used for the early resuscitation in hemorrhagic shock is a controversly discussed issue in emergency medicine since decades. Up to now, there exists no resuscitation fluid that is available in emergency situations which also ensures a lasting blood substitution as well as an increased oxygen supply and a reduction of shock induced organ injury.
In this study a new rat model was established that simulates a severe hemorrhagic shock and the following resuscitation most reproducibly, effectively and clinically relevant. For that, a shock duration of 45 or 60 min with a mean arterial blood pressure of 25-30 mmHg, a resuscitation of 30 min and a following observation period of 150 min were chosen. This model proved to be reproducible, life-threatening severe and clinically realistic.
In this model, the therapeutic quality of Ringer- and lactated Ringer-solution as resuscitation fluid, with or without transfusion of the shed blood, was compared. In this comparison Ringer-solution ensured an increased protection of the organs and a prolonged survival of the animals. Especially the kidney and the small intestine were less injured after resuscitation with Ringer-solution.
Based on these results, the therapeutic effect of the protective substances glycine (15 mg/kgxh), pyruvate (50 mg/kgxh), resveratrol (60 µg/kgxh) and deferoxamine + LK 614 (2,5 mg/kgxh deferoxamine + 0,5 mg/kgxh LK614) during the resuscitation and the observation period were examined. These experiments were performed with a resuscitation fluid of Ringer-solution and shed blood. As expected, protective effects could not be observed in all parameters, but all substances significantly lowered the hemoglobin content of the kidney as well as the activity of the creatinekinase in the plasma. Concerning the protection of the small intestine glycine and deferoxamine + LK 614 showed remarkable protective effects, while acidosis during and after resuscitation was significantly reduced by pyruvate. Regarding the histological parameters glycine, pyruvate and resveratrol showed protective effects on the kidney tissue and glycine and pyruvate as well on the liver tissue. Due to these promising results, all substances were used in combined solutions in the following experiments. In this final series of experiments, potential synergistic effects of the combinations deferoxamine/LK 614 + glycine, deferoxamine/LK 614 + pyruvate, deferoxamine/LK 614 + resveratrol and glycine + pyruvate were examined. Here, the combined solutions showed hardly any synergistic effects.
The results of this work will help to optimize first aid for patients in hemorrhagic shock in the future. However, there is still more research needed to establish a clinically usable solution, in which adverse side effects as well as the versatility in emergency situations should always be in focus