Botulinumtoxin ein Neurotoxin, das lange nur als Verursacher des meist tödlich verlaufenden Botulismus bekannt war, wird immer häufiger bei medizinischen Indikationen eingesetzt. So hat sich die Injektion von Botulinumtoxin in den vergangenen Jahren ebenfalls in der ästhetischen Medizin etabliert. Anlässlich dieser Entwicklung wurde ein freiwilliger Therapieversuch mit der Fragestellung durchgeführt, ob sich die Reduktion der Glabellafalte (Zornesfalte) positiv auf die Lebensqualität der Betroffenen auswirkt.

Topologie und Regulation der Manduca sexta V-ATPase Die V-ATPase im Mitteldarm der Tabakschwärmerraupen von Manduca sexta besteht aus zwölf Untereinheiten, von denen vier den membranständigen Vo- und acht den cytosolischen V1-Komplex bilden. Das Enzym energetisiert unter ATP-Verbrauch eine Protonentranslokation über die Gobletzellapikalmembran, wobei eine Potentialdifferenz von etwa 250 mV aufgebaut wird. Durch diese Spannung wird ein elektrogener K+/2H+-Antiport getrieben und indirekt ein K+/Aminosäure-Symport, wodurch die Nährstoffversorgung der Raupen gesichert wird. Da die V-ATPase sehr viel ATP verbraucht, erscheint es ökonomisch, diese in Hungerperioden durch die Dissoziation des Enzyms in den cytosolische V1- und den Vo-Komplex, abzuschalten. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob auch die Biosynthese der V-ATPase Untereinheiten in Hungerperioden reduziert wird und was eventuellen Änderungen von Transkriptionsraten zugrunde liegt. Mit Ausnahme der Untereinheit D waren die Transkriptmengen aller V-ATPase Untereinheiten in Hungerperioden erniedrigt. Am stärksten betraf dies die Untereinheit G, was auch für den Anstieg der Transkriptmengen nach erneuter Futterzufuhr galt. Da Hungerperioden auch in der Entwicklung von Raupen während der Häutungen vorkommen, wurde exemplarisch die Biosynthese von drei, die verschiedenen Bereiche der V-ATPase (V1-Kopf: Untereinheit B, V1-Stiel: Untereinheit G, Vo-Komplex: Untereinheit d) repräsentierenden Untereinheiten, untersucht. In allen drei Fällen konnte eine Reduktion der Transkriptmengen in der Mitte der Häutungsphase festgestellt werden, welche zu ihrem Ende hin wieder aufgehoben wurde. Der Abfall und Anstieg der mRNA-Mengen korrelierte mit den Titern der beiden Häutungshormone der Insekten: negativ mit dem Titer des Ecdysons und positiv mit dem des Juvenilhormons. Die Injektion von 20-Hydroxyecdyson in fressende Raupen hatte die Reduktion der Transkriptmengen zur Folge, während Juvenilhormon III fast keinen Einfluss ausübte. Darüberhinaus war zu beobachten, dass sich nach Injektion von 20-Hydroxyecdyson die V1-Komplexe von den apikalen Gobletzellmembranen ablösten. Um auch den Einfluss der Häutungshormone auf die Promotoraktivität zu untersuchen, und dadurch auf Unterschiede in der RNA-Stabilität zu schließen, wurden ca. 1 kb lange 5`-Bereiche stromaufwärts vom Startcodon der drei verwendeten Gene mvB, mvG und mvd in Reportergenassays getestet. Hierbei wurde als Reportergen eine Luciferase verwendet, die unter der Kontrolle der jeweiligen 5`-Region der V-ATPase Untereinheit stand. Nach Transfektion von Sf21-Zellen konnte wie auch in den vorangegangenen Experimenten gezeigt werden, dass 20-Hydroxyecdyson die Promotoraktivität aller drei V-ATPase-Gene nach einem kurzzeitigen Anstieg bei den Genen mvB und mvG über einen längeren Zeitraum negativ beeinflusst und nach 48 h zu einer Reduktion auf 30-50% gegenüber der Kontrolle führt.Im Gegensatz dazu führte die Anwesenheit von Juvenilhormon III zur Aktivitätssteigerung von mvG um den Faktor 3, während die Aktivität der anderen 5`-Bereiche nicht signifikant verändert wurde.Zusammen mit den Daten der Transkriptmengen unter Juvenilhormon III Einfluss könnte dies der erste Hinweis auf eine reduzierte Stabilität der mRNA der Untereinheit G sein. Des Weiteren wurde in der vorliegenden Arbeit die Nukleotidsequenz der bei der Insekten V-ATPase lange Zeit nicht nachweisbaren Untereinheit a des Vo-Komplexes aufgeklärt. Neben einer ubiquitär vorkommenden Isoform konnte auch eine Teilsequenz einer Malpighigefäß spezifischen Isoform nachgewiesen werden. Antikörper gegen den in dieser Arbeit exprimierten cytoplasmatischen N-Terminus wurden eingesetzt, um die Untereinheit in der Immunhistochemie sowie in den gebildeten Komplexen der Vernetzungsexperimente nachzuweisen. Die durch Kupfer(II)-chlorid induzierte Vernetzung von Cysteinresten der Untereinheiten des V1Vo-Holoenzyms führte zu der Identifizierung von drei Banden, wobei diese wahrscheinlich aus verschiedenen Subkomplexen der Untereinheiten a, A, B, C, E und G aufgebaut waren. Durch diese Ergebnisse und den Daten aus dem Verdau des V1Vo-Holoenzyms mit Trypsin konnte ein neues Modell der V-ATPase erstellt werden, dass sich erheblich von den bisherigen Modellen unterscheidet, insbesondere in der Lokalisation der Untereinheiten des Stators.

In dieser Arbeit wurde die Chitinsynthase von Manduca sexta untersucht. Wie alle Insekten besitzt Manduca zwei Chitinsynthase-Gene, die als MsCHS-1 und MsCHS-2 bezeichnet werden. Mittels Northern-Blots konnte gezeigt werden, dass MsCHS-1 in den ektodermalen Zellen der Epidermis und der Tracheen exprimiert wird, während MsCHS-2 ausschließlich in den entodermalen Zellen des Mitteldarms exprimiert wird. Die Untersuchung der entwicklungsabhängigen Regulation der Chitinsynthase zeigte, dass MsCHS-1 nur in den Häutungsstadien exprimiert wird, einer Phase, bei der es zur Synthese der neuen Kutikula sowie zum Wachstum der Tracheen kommt. MsCHS-2 wird hingegen nur in den Zwischenhäutungsstadien exprimiert, einer Phase, die mit der Synthese der Chitin-haltigen peritrophischen Matrix einhergeht. Die Chitinsynthese des Mitteldarms wird vermutlich vornehmlich auf transkriptioneller Ebene reguliert, da während der larvalen Entwicklung die Mengen an Chitinsynthase-mRNA und -Protein, als auch die Aktivität der Chitinsynthase weitgehend korrelieren. Diskrepanzen zwischen den getesteten Parametern weisen auf zusätzliche, posttranslationale Regulationsmechanismen hin. Bei der Analyse der Trypsin-vermittelten Aktivierung der Manduca Mitteldarm-Chitinsynthese wurde deutlich, dass die Chitinsynthase nicht direkt durch Trypsin aktiviert wird, sondern dass ein löslicher Faktor prozessiert wird, der die Chitinsynthese stimuliert. Möglicherweise handelt es sich dabei um eine Chymotrysin-ähnliche Protease, wie andere Untersuchungen des Labors gezeigt haben. Die Etablierung eines Chitinsynthase-Aktivitäts-Assays sowie eines Reinigungsprotokolls ermöglichte es die Chitinsynthase aus dem Mitteldarm zu isolieren. Das Enzym konnte dabei als aktiver, trimerer Komplex gereinigt wurde. Dieser bestand aus fünf Proteinen, bei denen es sich um Fragmente der Chitinsynthase handelt, die wahrscheinlich durch proteolytische Prozessierung entstehen.

Die Biofiltration kommt bei der Eliminierung einer Vielzahl von Abluftkomponenten zum Einsatz. Diese Studie konzentrierte sich auf die Mikroorganismen von zwei Biofiltern, die der Eliminierung von Hexan im Labor- und Industriemaßstab dienen. Mehr als 80 Bakterienstämme wurden aus einem industriellen Biofilter einer Ölmühle isoliert. Der Isolierungsansatz dieses Biofilters ergab 16 bakterielle Gruppen, die als Mitglieder der Proteobacteria, Actinobacteria, und Firmicutes identifiziert wurden. Die Gattungen Gordonia und Sphingomonas und Stämme des Nevskia-Zweigs zeigten hohe Wachstumserträge auf Hexan. Die aktiv am Abbau beteiligte Population im Biofiltermaterial wurde durch die Inkubation von Filtermaterial mit deuteriertem Hexan und anschließender PLFA-Analyse charakterisiert. Die signifikante Markierung der Fettsäuren 16:1 cis10, 18:1 cis9 und 18:0 10methyl betonten die Bedeutung der Gordonia-Isolate als aktive Hexanabbauer, die auch die höchsten Wachstumsraten auf Hexan zeigten. Die Markierung von Biomarkern wie 16:0 iso und 19:0 cyclo11-12 wies außerdem auf die Beteiligung weiterer Taxa beim Hexanabbau hin. Die Vertreter der Gammaproteobacteria zeigten ebenfalls gutes Wachstum auf Hexan und charakteristische Fettsäuren dieser Gruppen konnten ebenfalls markiert werden. Dies impliziert eine Beteiligung auch dieser Gruppen am Abbauprozess von Hexan. Alle Hauptfettsäuren des PLFA-Profils des Biofiltermaterials konnten markiert werden. Folglich dominierte die Hexanabbauende Population die mikrobielle Population des Biofilters. Eine polyphasische Klassifizierung der Isolate beider Biofilter wies auf neue Gattungen und Arten hin. Die Ergebnisse der Wachstumstests verdeutlichten die Wichtigkeit der Kombination von Isolierungsansätzen mit Isolierungs-unabhängigen Methoden wie den Analysen des Fettsäureprofils der Biofiltergemeinschaft.

Streptomyceten sind in der Lage verschiedene, schwer zugängliche Naturstoffe abzubauen. Darunter stellt das Chitin, aufgrund der chemischen Zusammensetzung, nicht nur eine Kohlen-, sondern auch eine wichtige Stickstoff-Quelle dar. Neben den vielfältigen Chitinasen wird dem chitinolytischen System von Streptomyceten eine neue Klasse von Proteinen zugewiesen, die spezifisch verschiedene Formen des kristallinen Chitins sowie Chitosan erkennen und mit unterschiedlichen Affinitäten an sie binden. Das CHB1-Protein (18,7 kDa) zeigt eine starke Tendenz zu Aggregatbildung. Die biochemischen Untersuchungen lassen schließen, dass intermolekulare Disulfidbrücken dabei eine eher unwesentliche Rolle spielen und deuten auf hydrophobe Wechselwirkungen als Ursache der CHB1-Aggregierung hin. Vergleichsstudien mit CHB1-Deletionsmutanten demonstrierten, dass die Aggregation durch N- und C-terminale Domänen nicht beeinflusst wird. Die Bindestudien zeigten die Wichtigkeit der beiden Domänen für die Chitinerkennung. Eine Computervorhersage zeigte in CHB1 ein hohes Potential für die N- bzw. O-Glykosylierung von mehreren N- und T-Resten, darunter auch eines NXS/T-Glykosylierungs-Motivs. Vorläufige weitere Studien lassen eine Verknüpfung des Proteins mit kurzen Oligosacchariden vermuten. Fluoreszenzmikroskopische in situ Untersuchungen der Co-Kulturen von Streptomyceten und Mucor rouxii ermittelten eine enge Interaktion von CHB1 und chitinhaltigen Pilz-Hyphen, die als neues Subprinzip der Biofilm-Entwicklung definiert werden kann. Durch Anwendung von CHB1 wurde auch ein neuer, spezifisch für hoch assoziierte Chitin-Assemblierungen Test für Chitinsynthase-Aktivität entwickelt, welcher eine schnelle Identifizierung von Chitinsynthase-Proben ermöglicht. CHB1 wurde als Hilfsmittel in Studien zur Chitin-Biogenese in Saccharomyces cerevisiae eingesetzt.

Knochentumore stellen mit nur 0,2% aller menschlichen Tumore sehr seltene primäre Neoplasien des skelettalen Systems dar. Diese Dissertation beschreibt die genomweite Microarray Analyse von Osteosarkomen und Riesenzelltumoren. Mit einer Microarray Analyse von konventionellen und metastatischen Osteosarkom-Geweben verglichen zu einer Osteoblasten-Primärkultur (HOBc) wurden Gene ermittelt, die im Prozess der Entstehung und Entwicklung sowie im Verlauf der Metastasierung von Osteosarkomen eine Rolle spielen könnten. EFNA1, EphA2, EphA3 und EFNB2 wiesen sehr hohe relative Expressionswerte und eine deutliche Aufregulierung in den Osteosarkomen im Vergleich zu HOBc auf. Mittels RT-PCR und immunhistochemischer Färbung wurde die Expression von EFNA1, EFNA2, EFNB1, EFNB3, EphA1 und EphA2 validiert. Da die deutliche Aufregulation von EphA2 und EFNA1 im Osteosarkom bestätigt werden konnte, wurden beide Ephrine funktionell untersucht. EphA2 wird in Osteosarkom-Zellen durch seinen Liganden EFNA1 Zeit- und Dosis-abhängig internalisiert und vermutlich degradiert. Die Stimulierung des EphA2 Rezeptors durch EFNA1/Fc führt zu einer Aktivierung von Mek, Erk und den Transkriptionsfaktoren Elk1 und cJun. In Wachstumsassays wurde eine signifikant erhöhte Proliferation der stark EphA2 exprimierenden MNNG/HOS Osteosarkom-Zellen durch EFNA1/Fc beobachtet. Diese Resultate zeigen, dass die Überexpression von EphA2 und EFNA1 im Osteosarkom eine Rolle während der osteogenen Tumorgenese spielen. Interessanterweise scheinen EphA2 und EFNA1 direkte Zielgene des Mek/Erk-Signalweges zu sein. Wir vermuten einen positiven „feedback-loop“, der die EphA2-Expression über die Aktivierung des Ras/Erk-Signalweges reguliert. Mittels Microarray Analyse wurden auch primäre und rezidivierende Riesenzelltumor-Gewebe analysiert. Riesenzelltumore sind osteolytische Neoplasien mit einem variablen Grad der Aggressivität. Durch diese molekulare Charakterisierung konnten neue Gene (AMFR, CD52, Claudin7, EphA1 und FGFR3) als differentiell exprimiert detektiert werden. Sie wurden bisher noch nicht mit Riesenzelltumoren assoziiert und spielen vermutlich eine Rolle in der Tumorprogression. Weitere Analysen größerer Patientenkollektive sowie funktionelle Studien sind notwendig, um interessante Gene wie AMFR, Cathepsin L, Claudin7, EphA1, FGFR3, Jun und MMP13 weiter zu untersuchen, und um ihre mögliche Beteiligung an Entstehung und Entwicklung von Riesenzelltumoren zu verfestigen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals die extrazelluläre und intrazelluläre Expression von CD52 in mesenchymalen Tumoren beschrieben. Die unterschiedlichen Expressionsmuster von CD52 in den Microarray Analysen der Riesenzelltumore und Osteosarkome veranlassten uns, CD52 näher zu analysieren. Wir bestätigten die in vivo und in vitro Expression von CD52 in Osteosarkomen, Chondrosarkomen und Riesenzelltumoren sowie in weiteren benignen und malignen skelettalen Entitäten verglichen zu deren nicht-neoplastischen Gegenstücken. Generell wiesen die malignen Tumore eine höhere Expression verglichen mit den benignen Entitäten auf, was eine Rolle des CD52-Antigens bei der Entwicklung von Knochentumoren vermuten lässt. Weiterhin zeigte unsere Analyse erstmals, dass der derzeit bei der chronisch lymphatischen Leukämie eingesetzte CAMPATH-1H-Antikörper auch in der Lage ist, die Proliferation von MNNG/HOS Osteosarkom-Zellen Komplement- und Antikörper-vermittelt zu reduzieren. / Bone tumors are rare neoplasms of the skeletal system amounting to only 0.2% of the overall human tumor burden. This dissertation describes a genome wide microarray analysis of osteosarcoma and giant cell tumor of the bone as well as a functional analysis of ephrins in osteosarcoma cell lines. We used a microarray analysis to detect genes differentially expressed between a normal bone osteoblast primary culture (HOBc) and primary and metastatic osteosarcoma tissue. For EFNA1, EphA2, EphA3 and EFNB2 an increased expression was detected in the osteosarcoma tissue samples compared to HOBc. The study verified the increased expression of EFNA1 and EphA2 through RT-PCR and immunohistochemical staining in human osteosarcomas and so the effects of their interaction in osteosarcoma cell lines were analyzed. We observed time- and dosedependent suppression of EphA2 expression via internalisation and degradation in osteosarcoma cell lines through the EFNA1 ligand. The stimulation of the EphA2 receptor by EFNA1/Fc led to an activation of Mek and Erk. In addition, this stimulation resulted in an activation of the transcription factors Elk1 and cJun. In MTT-assays a significantly higher proliferation of high expressing EphA2 MNNG/HOS osteosarcoma cells was observed by ligand-treatment. Our results show that EphA2 and EFNA1 are overexpressed in osteosarcomas suggesting a role of the EphA2 receptor during osteogenic tumorigenesis. We further showed that EphA2 and EFNA1 are targets of the Mek/Erk pathway. We suggest that a possible positive feedback loop regulates EphA2-expression through the activation of Mek/Erk activity. Further one, a molecular characterization of primary and relapse giant cell tumor tissue (GCT) was performed via microarray hybridization. GCTs are osteolytic neoplasms with variable degrees of aggressiveness. We established gene expression profiles and discovered a number of new genes (AMFR, CD52, Claudin7, EphA1 and FGFR3) that have not been described in GCTs before. Further studies and functional analyses are necessary in order to verify genes like AMFR, Cathepsin L, Claudin7, EphA1, FGFR3, Jun and MMP13 that may be involved in the progression of the GCTs and to identify potential targets for future therapy. In this study we described for the first time the extracellular and intracellular expression of CD52 in mesenchymal tumors. We confirmed the expression of the CD52 mRNA and protein both in vivo and in vitro of osteosarcomas, chondrosarcomas, GCTs and other benign and malign skeletal tumors compared to their non-neoplastic counterpart. In general, the malignant tumors showed a higher CD52-expression compared to the benign entities suggesting a role in the progression of bone tumors. Our results obtained in osteosarcoma MNNG/HOS cells showed that CAMPATH-1H, a CD52 antibody currently used in the treatment of chronic lymphatic leukaemia, led to a complement- and antibody-dependent reduction of viable osteosarcoma cells.

Tumorzellen können vielfältige Resistenzmechanismen gegenüber Zytostatika entwickeln. Untersuchungen an drei humanen Tumorzellinien und ihren cisplatinresistenten Varianten zeigten eine Assoziation von erhöhter MRP2-Expression und dem Auftreten von Cisplatinresistenz. Darüberhinaus waren die cisplatinresistenten Zellinien gegenüber Carboplatin kreuzresistent. Um weitere Faktoren im Zusammenhang mit der Cisplatinresistenz zu untersuchen, wurde der Mutationsstatus von p53 und der zelluläre Glutathiongehalt in den Zellinien bestimmt. Der offene Leserahmen von MRP2 aus der cisplatinresistenten Ovarialkarzinomzellinie A2780RCIS wurde für die Transfektion in die cisplatinsensitive Zellinie A2780 genutzt. Die Transfektanten zeigten eine Überexpression von MRP2 und wiesen eine Resistenz gegenüber Cisplatin und Carboplatin auf. Dies konnte in Zellzyklus- und Apoptose-Untersuchungen unter Cisplatinbehandlung gestätigt werden. Durch computergestützte Faltungsanalysen von Abschnitten der MRP2-mRNA wurden zwei potentielle Ribozymschnittstellen ausgewählt. Die konstruierten Anti-MRP2-Hammerhead-Ribozyme RzM1 und RzM2 wurden im zellfreien System auf ihre Schnittaktivität getestet und erwiesen sich als katalytisch aktiv. Es wurden verschiedene kinetische Parameter für RzM1 und RzM2 ermittelt und mit anderen Ribozymen verglichen. Die Ribozyme zeigten eine gute Effektivität bei der Spaltung ihres Zielmoleküls, wobei RzM1 die höhere Effektivität aufwies. Beide Ribozyme wurden auf ihre Wirksamkeit durch Transfektion in die Zellinie A2780RCIS getestet. Die untersuchten Transfektanten zeigten eine geringere Expression von MRP2 auf mRNA- und Proteinebene und wiesen eine verminderte Resistenz gegenüber Cisplatin, Carboplatin, Daunorubicin und Etoposid auf. Die Ribozyme RzM1 und RzM2 waren gleichermaßen für die Expressionsregulierung von MRP2 in Tumorzellen geeignet. In Zellzyklus- und Apoptose-Untersuchungen wurde funktionell bestätigt, daß die A2780RCIS-Anti-MRP2-Ribozym-Transfektanten auf eine Cisplatinbehandlung stärker ansprechen als die cisplatinresistente Ausgangszellinie A2780RCIS. Die Anwendung der Ribozyme RzM1 und RzM2 zur Unterstützung der Chemotherapie von Tumorzellen scheint daher vielversprechend. / Tumour cells can develop a lot of resistance mechanisms against cytostatic drugs. Examinations of three human tumour cell lines and their cisplatinresistant variants showed an association of elevated MRP2 expression and the occurrance of cisplatinresistance. Moreover, the cisplatinresistant cell lines were crossresistant against carboplatin. To examine further factors in context of cisplatinresistance the mutation status of p53 and the cellular glutathione content of the cell lines were determined. The MRP2-open reading frame of the cisplatinresistant ovarian carcinoma cell line A2780RCIS was used for transfection into the cisplatinsensitive cell line A2780. The transfectants showed an overexpression of MRP2 and a resistance against cisplatin and carboplatin. This could be confirmed with analysis of the cell cycle and apoptosis induction after treatment with cisplatin. Using computer aided folding analysis of MRP2 mRNA parts two possible ribozyme cleavage sites were selected. The constructed anti-MRP2 hammerhead ribozymes RzM1 and RzM2 were tested in a cell-free system with respect to their cleavage activities and were found to be catalytic active. Various kinetic parameters of RzM1 and RzM2 were determined and compared with other ribozymes. The ribozymes showed a good effectivity for the substrate cleavage, although RzM1 had the better effectivity. Both ribozymes were tested for their effectiveness after transfection into the cell line A2780RCIS. The transfectants showed a lower MRP2 expression on mRNA and protein level and also a reduced resistance against cisplatin, carboplatin, daunorubicin, and etoposide. The ribozymes RzM1 and RzM2 were both equally suitable for the regulation of MRP2 expression in tumour cells. Analysis of cell cycle and apoptosis induction could confirm functionally the higher sensitivity of the A2780RCIS-anti-MRP2 ribozyme transfectants after treatment with cisplatin in comparison to the cisplatinresistant cell line A2780RCIS. Therefore, the application of the ribozymes RzM1 and RzM2 for the support of cancer chemotherapy seems to be promising.

Natürliches Verhalten findet in diversen sensorischen und motorischen Modalitäten statt, und hängt vom sensorischen Feedback ab, welches das Verhalten kontinuierlich anpasst. Um die zu Grunde liegenden neuronalen Korrelate natürlichen Verhaltens untersuchen zu können, ist die Nutzung moderner Aufnahmetechniken notwendig, die oft die Kopffixierung des Tieres erfordern. Diese Einschränkung wurde mit verschiedenen Methoden angegangen, unter anderem mit virtueller Realität in Kombination mit einem luftgelagerten Ball oder Laufradsystemen. Diese Systeme haben jedoch zahlreiche Nachteile. Wir haben das Air-Track-System entwickelt, eine neue Methode für eine leicht zu bauende und nur minimale Computerverarbeitung erfordernde Verhaltensumgebung. Der Air-Track ist ein leichtgewichtiges physisches Labyrinth, das auf einem Lufttisch schwebt und alle Eigenschaften der "echten" Welt hat, einschließlich mehrerer sensorischer Modalitäten, die eng an die motorischen Handlungen gekoppelt sind. Um dieses System zu testen, trainierten wir Mäuse in Go/No-Go- und two-alternative forced choice-Aufgaben. Mäuse wählten Arme und unterschieden. Ein Kamerasystem mit eigens entwickelter Kontrolle zeichnete die Position des Tieres auf und generierte Daten, die zur Berechnung von Reaktionszeiten in den visuellen und somatosensorischen Unterscheidungsaufgaben verwendet werden konnten. Um die Bewegung des Air-Track-Systems aufzuzeichnen, entwickelten wir ein "Pixy"-System zur Bewegungsverfolgung. Wir erweiterten die Entwicklung dann zu einer allgemeinen und automatisierten optischen Methode für die Echtzeit- ebenso wie die nachträgliche Verfolgung der Mausbewegungen, und zwar sowohl für kopffixierte als auch frei bewegliche Tiere. Das Air-Track-System und die Pixy-Bewegungsverfolgung sind zweckdienliche Einheitslösungen, die die Kombination von quantitativem natürlichen Verhalten mit nahezu jedem System zur Aufzeichnung und Manipulation der Hirnaktivität in einem Hirnforschungs-Labor ermöglichen. / Natural behavior occurs in multiple sensory and motor modalities and is dependent on sensory feedback that constantly adjusts behavior. To investigate the underlying neuronal correlates of natural behavior, it is useful to have access to state-of-the-art recording equipment that frequently requires head-fixation. This limitation has been addressed with various approaches such as virtual reality with air ball or treadmill systems. However, these systems have several disadvantages. Here we developed a novel tool, the Air-Track system, an easy to build, head-fixed behavioral environment that requires only minimal computational processing. The Air-Track is a lightweight, physical maze floating on an air table that has all the properties of the “real” world, including multiple sensory modalities tightly coupled to motor actions. To test this system, we trained mice in Go/No-Go and two-alternative forced choice tasks. A custom-controlled camera system monitored animal location, and generated data that could be used to calculate reaction times in the visual and somatosensory discrimination tasks. To track the motion of the Air Track system we developed a “Pixy” tracking system based on an off-the-shelf camera system (Pixy). We then expanded the development into a generalized and automated optical method for real-time and post-hoc tracking of mice motor behavior in both head-fixed and freely moving conditions. Air-Track and Pixy-Tracking systems are convenient “one-size-fits-all” solutions that facilitate the combination of quantitative natural behavior with virtually any system for monitoring or manipulating brain activity in a neuroscience laboratory.

Die Signalübertragung durch Wnt/beta-Catenin stellt einen der wichtigsten Signalwege während der Embryogenese sowie im adulten Organismus dar. Die homologen Gerüstproteine Conductin und Axin stehen im Mittelpunkt eines zentralen Multiproteinkomplexes, der im Zytoplasma für die Regulation des Wnt/beta-Catenin-Signalwegs verantwortlich ist. In der vorliegenden Arbeit habe ich eine kombinierte genetische Analyse von Conductin und Axin in der Maus durchgeführt. Dazu habe ich mit Hilfe der Technik der homologen Rekombination das Conductin-Gen deletiert und ein Reportergen unter die Kontrolle des endogenen Conductin-Promotors gebracht. Im Weiteren habe ich festgestellt, dass der gemeinsame Verlust von Conductin und einem Axin-Allel (Con-/-;Ax+/-) zu Holoprosenzephalie (HPE) führt, die durch schwere kraniofazialen und Vorderhirndefekten in der Maus charakterisiert ist. Dabei zeigte die detaillierte Analyse eine genetische Interaktion des Wnt-Signalwegs mit dem Shh-Signalweg. Störungen im Shh-Signalweg sind auch beim Menschen für die Ausbildung von HPE verantwortlich gemacht worden. Daneben führt die gleichzeitige Abwesenheit von Conductin und Axin (Con-/-;Ax-/-) zum Verlust der anterior-posterioren Achse in einem frühen Entwicklungsstadium und zum Absterben der Embryonen nach dem Tag 6,5 der Entwicklung. Die vorliegende Arbeit zeigt, wie Unterschiede in der biologischen Bedeutung zweier funktionell redundanter Faktoren mit genetischen Methoden in der Maus aufgeklärt werden können. / The Wnt/beta-Catenin pathway represents one of the most important signaling cascades during development as well as in the adult organism. The homologous scaffolding proteins Conductin and Axin are the backbone of a central multi protein complex that is responsible for the tight regulation of the Wnt/beta-Catenin pathway in the cytoplasm. In the present study I have performed a combined genetic analysis of Conductin and Axin in the mouse. To this end I have deleted the Conductin gene by homologous recombination in embryonic stem cells and inserted a reporter gene under the control of the endogenous Conductin promoter. I could show that the simultaneous loss of Conductin and one Axin allele (Con-/-;Ax+/-) causes Holoprosencephaly (HPE), which is characterized by severe craniofacial and forebrain defects in the mouse. The detailed analysis of the mutant mice reveals a genetic interaction of Wnt and Shh signaling and defective Shh signaling has previously been implicated in the formation of HPE in human patients. Moreover, complete absence of both Conductin and Axin (Con-/-;Ax-/-) leads to loss of the anterior-posterior axis early in development and death of the embryos after E6.5. The present study exemplifies how differences in the biological function of two mechanistically redundant factors can be studied by genetic means in the mouse.

Peptide aus intrazellulären Pathogenen sowie Tumorantigene aus mutierten oder überexprimierten Proteinen werden MHC I-restringiert auf der Oberfläche von Mammaliazellen präsentiert und dabei von cytotoxischen T-Lymphozyten erkannt. Die Peptidgenerierung erfolgt vorwiegend durch das Ubiquitin/26S Proteasomensystem, das eine zentrale Rolle bei der antitumoralen Immunantwort spielt. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Polyepitopvakzine in Form von Plasmid-DNA entwickelt und auf ihre Effizienz untersucht. Als Modellantigen diente MUC1, ein von verschiedenen Adenokarzinomen und hämatologischen Tumoren überexprimiertes Glykoprotein. Ein aus dem MUC1-Protein bekanntes HLA-A2.1-abhängiges Epitop wurde als Polyepitop in verschiedenen Variationen synthetisiert, einer 20S proteasomalen in vitro Degradation unterzogen und seine Verdauprodukte massenspektrometrisch analysiert. Als optimale Sequenz für die Prozessierung des Polyepitops in die gewünschten Einzelepitope erwies sich deren einfache Verknüpfung ohne intervenierende Sequenzen. Zur Untersuchung des Effekts einer Ubiquitinfusion auf die Stabilität des MUC1-Polyepitops wurden anschließend verschiedene Strategien der linearen Fusion von Ubiquitin an das Polyepitop innerhalb eines Plasmids getestet. Durch transiente Transfektion der Plasmide konnte die Stabilität ihrer Translationsprodukte mittels Immunoblotanalysen quantifiziert werden. Die Ergebnisse demonstrieren, daß das Polyepitop durch die N-terminale Fusion von Wildtyp-Ubiquitin am effizientesten degradiert wird, wobei eine Polyubiquitinierung nicht stattzufinden scheint. Die Auswertung der folgenden in vitro Cytotoxizitätsassays sowie der Immunisierungsstudien wurde durch die schwache Affinität des gewählten subdominanten MUC1-Epitops zum HLA-A2.1-Komplex beeinträchtigt. Die vorliegende Arbeit unterstreicht die Bedeutung einer umfassenden Analyse intra- und extrazellulärer Vorgänge bei der Entwicklung einer Plasmidvakzine unter Verwendung subdominanter Epitope. / Peptides from intracellular pathogens as well as tumor antigens from mutated or overexpressed proteins are presented in an MHC class I restricted manner on the surface of mammalian cells and are thereby recognized by cytotoxic T lymphocytes. Peptide generation is mainly carried out by the ubiquitin/26S proteasome system which plays a crucial role in the antitumor immune response. In the present study, a polyepitope vaccine was generated in the form of plasmid DNA and analyzed for its efficiency. As model antigen MUC1, a glycoprotein overexpressed in various adenocarcinomas and hematological tumors, was used. A known HLA-A2.1 restricted epitope from the MUC1 protein was synthesized as a polyepitope in different variations, subjected to a 20S proteasomal in vitro degradation, and its digestion products were analyzed by means of mass spectrometry. The optimal sequence for the processing of the polyepitope into the desired single epitopes was shown to be their simple conjunction without spacer sequences. Different strategies of linear fusion of ubiquitin to the polyepitope within a plasmid were subsequently tested to analyze the effect of ubiquitin fusion on the stability of the MUC1 polyepitope. After transient transfection of the plasmids, the stability of their translation products was quantified by means of immunoblot analyses. The results demonstrate that the polyepitope is degraded most efficiently through N-terminal fusion of wild type ubiquitin, while a polyubiquitination does not seem to occur. The evaluation of the subsequent in vitro cytotoxicity assays and immunization studies was impaired by the low affinity of the selected subdominant MUC1 epitope to the HLA-A2.1 complex. The present study emphasizes the importance of an extensive analysis of intra- and extracellular processes when generating a plasmid vaccine using subdominant epitopes.