Die Blutgefäßentwicklung ist ein mehrstufiger Prozess, der durch verschiedenste Signalwege und Zellmechanismen bestimmt wird. Murale Zellen sind mit dem Endothel assoziiert und wichtig für die Stabilisierung von Blutgefäßen. Ein essentieller Faktor für die Blutgefäßentwicklung ist die Bestimmung der Zellmigrationsrichtung durch verschiedene Faktoren. Einige dieser Faktoren wurden ursprünglich für die neurale Entwicklung beschrieben. Die Proteinfamilie der Neuron Navigators (NAV) sind neue Akteure, die die Migration von Zellen während des Neuronenwachstums beeinflussen. Ein möglicher Einfluss auf die Blutgefäßentwicklung ist bisher unbekannt. Wir nehmen an, dass das Protein NAV1 in Zellmigrationsprozessen während der Angiogenese eine Rolle spielt und verwendeten zur Aufklärung der Funktion von NAV1 Modelle in der Maus und im Zebrafisch. Das Blutgefäßnetzwerk in der Retina von neonatalen NAV1-/--Mäusen, als auch in einem aortic ring assay zeigte Defekte der Gefäßremodellierung durch eine verringerte Anzahl an Verzweigungspunkten der Blutgefäße auf. Es konnte erstmals eine Expression von NAV1 in muralen Zellen gezeigt werden. Die NAV1-defizienten Mäuse zeigten eine verringerte Anzahl von muralen Zellen auf Blutgefäßen auf. Dieser Defekt ging mit einer verstärkten Regression von Blutgefäßen einher, welche für die geringere Verzweigung dieser verantwortlich sein kann. In vitro Experimente mit primären muralen Zellen deuten auf einen zellautonomen Einfluss von NAV1 auf die Bewegung von Zellen in Abhängigkeit von Netrin-1 und der extrazelluären Matrixkomponente Kollagen I hin. Nav1-depletierte Zebrafische wiesen eine verringerte Komplexität von bestimmten zerebralen Blutgefäßen auf. Dies deutet darauf hin, dass der Einfluss von Nav1 auf die Blutgefäßausbildung konserviert ist. Wir konnten NAV1 als einen neuen zelleigenen Faktor der Motilität von muralen Zellen identifizieren, der in Folge als positiver Modulator zur Regulation der Gefäßstrukturierung beiträgt. / Vessel development is a multistep process orchestrated by different cellular and signaling mechanisms. Mural cells are associated with the endothelium and thought to be important for vessel stabilization. Cell guidance is an essential factor during vascular development, accomplished by different attractive and repulsive factors. Some of these were originally described in neural development. The Neuron Navigator (NAV) protein family is a novel player in regulating cell migration events during neuron growth, but their potential impact in vessel development is unknown. We hypothesized that the family member NAV1 plays a role in cell migration events during angiogenesis and examined the function of NAV1 in vascular development using loss-of-function models in mouse and zebrafish. Analysis of the vessel network phenotype in neonatal retina and an aortic ring assay of NAV1-/--mice revealed defective vessel remodeling in the absence of NAV1, indicated by reduced branch point numbers of vessels. Characterization of cellular expression domains point to a prominent, so far unknown, NAV1 expression in mural cells and NAV1-knockout mice exhibited reduced mural cell numbers on vessels. Decreased mural cell recruitment accompanies with increased vessel regression in the retina that may be attributable for the vascular phenotype. In vitro data of primary mural cells indicate a cell-autonomous influence of NAV1 on cell locomotion in response to Netrin-1 and/or the extracellular matrix component Collagen I. Analysis of Nav1 depleted zebrafish embryos revealed less complex vessel networks of specific cerebral vessels, the central arteries, suggesting that the impact of Nav1 on vessel development is conserved in vertebrates.

Experimentelle Modelle und aktuelle Studien legen nahe, dass epileptische Anfälle mit Störungen des adrenergen Systems im Gehirns einhergehen. Noradrenalin, welches an beta-adrenerge Rezeptoren bindet, ist für hippokampale Plastizität sowie für das hippokampale Lernen und Gedächtnis von großer Bedeutung. Die vorliegende Arbeit untersucht epilepsieinduzierte Veränderungen der noradrenergen Steuerung von hippokampalen Ausgangssignalen. Gezielt werden die funktionellen Konsequenzen synaptischer Plastizität, hervorgerufen durch beta-adrenerge Rezeptoraktivierung an CA1-Subiculum Synapsen, für die neuronale Signaltransduktion zwischen Hippocampus und parahippokampal Regionen in einem Tiermodell für Epilepsie untersucht. Wir kombinieren elektrophysiologische Methoden (Single-Cell- und Multi-Elektroden-Array Ableitungen) um zu zeigen, dass die Aktivierung von beta-adrenergen Rezeptoren eine zellspezifische Form der Langzeit-Potenzierung in subiculären Pyramidenzellen induziert und eine Verstärkung der Konnektivität zwischen Subiculum und Presubiculum, beziehungsweise Subiculum und entorhinalen Cortex nach sich zieht. Bei Tieren, die mit dem Parasympathomimetikum Pilocarpin behandelten wurden, ist die beta-adrenerge Modulation zwischen dem Hippocampus und verschiedenen parahippokampal Zielstrukturen beeinträchtigt. Die gestörte polysynaptische Transmission zwischen CA1, dem Subiculum und parahippokampalen Zielstrukturen resultiert in einer Abnahme der Langzeit-Potenzierung im Presubiculum, wohingegen die Transmission zum medialen EC intakt bleibt. Diese Beeinträchtigung der beta-Adrenorezeptor abhängigen Modulation der Informationsübertragung vom Hippocampus zu seine Zielstrukturen können zu hippocampalen Defiziten, wie Gedächtnis- und Stimmungsstörungen beitragen, die häufig bei Patienten mit Temporallappen-Epilepsie beobachtet werden. / Experimental models and previous studies suggest that seizures are accompanied by disturbances in the beta-adrenergic (beta-AR) system of the brain. Norepinephrine acting via beta-ARs plays a major role in hippocampal plasticity and hippocampus-dependent learning and memory. To elucidate seizure-associated alterations in the norepinephrine-dependent encoding of hippocampal output, the present study investigates the functional consequences of the beta-AR mediated synaptic plasticity at CA1-subiculum synapses for the transduction of hippocampal output to the parahippocampal region in an animal model of epilepsy. Using combined electrophysiological (single-cell and multi-electrode array recordings) approaches, we show that activation of beta-AR induces a cell-specific form of long-term potentiation in subicular pyramidal cells that may allow a strengthening of target-specific connectivity to the presubiculum and entorhinal cortex (EC). In pilocarpine-treated animals, the beta-AR-mediated modulation of functional connectivity between the hippocampus and distinct parahippocampal target str uctures is disturbed. The attenuated long-term potentiation is associated with a disturbed polysynaptic transmission from the CA1, via the subiculum to the presubiculum, but with a preserved transmission to the medial EC. The impairment in the beta-AR-dependent modulation of information transfer from the hippocampus to its target structures may contribute to hippocampus-dependent deficits like memory impairments and mood disorders which are often observed in patients with temporal lobe epilepsy.

Leishmaniosen gehören zu den tropischen Krankheiten und bedrohen geschätzte 350 Millionen Menschen in 88 Ländern weltweit. Die schwerste Form, viszerale Leishmaniose, betrifft die ärmsten Bevölkerungsschichten und ist die Ursache für circa 50 000 Todesfälle pro Jahr. Es wird angenommen, dass die Entwicklung eines Impfstoffs möglich ist, aber trotz aller Bemühungen, steht derzeit noch kein Impfstoff zur Verfügung. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Impfstoff gegen viszerale Leishmaniose entwickelt und in vivo auf pre-klinischer Ebene getestet. Des Weiteren wurden rekombinante Membranvesikel konstruiert, um ein Boostreagenz zu erhalten. Die Herstellung sowohl des rekombinanten Salmonellenimpfstoffs als auch der Membranvesikel sollte, trotz des geringen Handelspreis, ökonomisch praktikabel sein, was besonders wichtig ist für Menschen in den betroffenen Entwicklungsländern. Der erste Schritt war die Auswahl neuartiger Antigenkandidaten aus einem Proteomics Datensatz, in dem beide Leishmania Lebensformen verglichen wurden. Der Schwerpunkt wurde auf abundante, hypothetische Proteine gelegt, die sowohl in Pro- als auch Amastigoten identifiziert wurden, in Leishmanienarten hochkonserviert sind aber gleichzeitig keine Sequenzhomologien zu humanen und murinen Proteinen besitzen. Diese Antigene wurden in unterschiedlicher Menge auf der Oberfläche und im Cytoplasma von S. typhimurium SL3261 und auch auf Membranvesikeln exprimiert. Impfstämme wurden selektiert in Hinsicht auf ihre bakterielle Fitness und Antigenexpression. Es konnte gezeigt werden, dass LinJ08.1140-, LinJ23.0410-exprimierende Impfstämme oder eine Mischung dieser in der Lage waren besonders anfällige BALB/c Mäuse vor L. major und wichtiger L. donovani Infektion zu schützen. Analyse der humoralen Immunantwort deutet darauf hin, dass der Impfschutz das Ergbnis einer TH1 Antwort war. Erste Schritte zur Aufklärung struktureller und funktioneller Eigenschaften von LinJ08.1140 wurden unternommen. Es wird allgemein angenommen, dass antigenspezifische CD4+ und CD8+ T-Zellen am Schutz beteiligt sind. Daher wurde für LinJ08.1140 potentielle MHC-I Epitope mit Hilfe von bioinformatischen Programmen vorhergesagt. Zusätzlich deuten Fluoreszenz-färbungen mit antigenspezifischen Antikörpern in L. major Promastigoten darauf hin, dass LinJ08.1140 eine Rolle bei der Zellteilung spielt. / Leishmaniasis is a neglected tropical disease and currently an estimated 350 million people in 88 countries around the world are at risk. Its most severe form, visceral leishmaniasis, affects the poorest people in a population and causes an estimated 50 000 deaths every year. Vaccination is thought to be feasible but despite all efforts, no vaccine is yet available. Vaccines will mainly be targeted for people in developing countries such as India, thus focus has to be placed on affordability. In this thesis a vaccine against visceral leishmaniasis was designed and evaluated in vivo at pre-clinical level. Furthermore, recombinant outer membrane vesicles were developed in an attempt to create a booster reagent. Both, the recombinant salmonella vaccine and the preparation of outer membrane vesicles should be commercially viable, and can still be sold at low prices, which is crucial for people in developing countries. First, novel antigen candidates were selected using proteomics data comparing leishmania life stages. Abundant and hypothetic proteins, which have been identified in both parasite life stages and have high sequence homology throughout Leishmania species while lacking homologues in human and mouse, were selected. These antigens were differentially expressed on the surface or in the cytosol of S. typhimurium SL3261 and in the form of outer membrane vesicles. A two step procedure was developed to select optimised vaccine strains based on bacterial fitness and antigen expression. Selected salmonella strains expressing LinJ08.1140, LinJ23.0410 or an admixture of these strains are shown to protect susceptible BALB/c mice by reducing visceralisation of L. major and more importantly L. donovani infections. Analysis of vaccine specific antibody responses suggests that protection resulted from induction of a TH1 response. First steps were undertaken towards resolving functional and structural properties of the most protective antigen LinJ08.1140. Putative MHC-I epitopes of antigen LinJ08.1140 were predicted using bioinformatics since antigen-specific CD4+ and CD8+ T cells are believed to be required. In addition, immunofluorescent staining of LinJ08.1140 in L. major promastigotes suggested a functional role for this antigen in parasite cell division, since especially dividing cells emmited a strong fluorescence signal.

Selenoproteine enthalten die 21. Aminosäure Selenocystein (Sec), das über einen speziellen Mechanismus in Proteine eingebaut wird. Dieser beinhaltet eine Rekodierung des „Stopp“-Codons UGA in ein Sec-Codon unter Anleitung und Interaktion mehrerer Sec-spezifischer Faktoren, von denen einige sowie deren Funktionen bisher noch unbekannt sind. Darunter das SECp43, das als Kofaktor in der Selenoproteinbiosynthese vermutet wird. Aufgrund früherer Befunde wurde die Rolle von SECp43 in der Selenoproteinbiosynthese in vivo am Mausmodell untersucht und die Interaktion von SECp43 mit der tRNASec in vitro erneut getestet. Es wurden zwei Secp43-Mausmutanten generiert, wobei eine mit konstitutiv deletierten Exons 3 und 4, inklusive des ersten RNA recognition motif, keine Effekte zeigte. Die zweite Mutante hingegen, mit einer konstitutiven Deletion der Exons 7 und 8, welche die Tyrosin-reiche Region eliminierte, war embryonal letal. Eine dementsprechende leberspezifische Secp43-Inaktivierung wurde durchgeführt, um dort die Selenoproteinexpression zu analysieren. Die generierten Alb-Cre; Secp43fl/fl-Mäuse wiesen jedoch keine veränderte Expression auf. Weiterhin zeigten die Interaktionsstudien eine Bindung von SECp43 mit der tRNASec in vitro, die aber noch verifiziert werden muss. Die deletierten Domänen von SECp43 scheinen nicht essentiell für die Selenoproteinexpression in Hepatozyten zu sein. Darum wurde über eine konditionale Secp43-Inaktivierung in Neuronen überprüft, ob SECp43 in anderen Zellen essentiell ist. Bis auf einen leichten Bewegungsphänotyp wurde keine Veränderung der Selenoproteinexpression im Gehirn der Mutanten gefunden. Ein weiterer unbekannter Faktor ist die 2´O- Methyltransferase der tRNASec-Isoform mcm5Um. Die Präsenz der Isoform scheint mit der Expression stressbezogener Selenoproteine zu korrelieren. Anlässlich früherer Ergebnisse galt die RNMTL1 als ein Kandidat, deren Einfluss sowie der von Deletionsmutanten auf die Selenoproteinenexpression in HepG2-Zellen, insbesondere der Dejodase 1, getestet wurde, jedoch ohne einen Effekt zu zeigen und die früheren Ergebnisse zu reproduzieren. Auch konnte keine eindeutige Bindung von RNMTL1 mit der tRNASec in vitro im Interaktionstest nachgewiesen werden. Zudem wurde ein RNMTL1-Transport in die Mitochondrien angenommen, der vor allem über Importassays von unserer Kooperationsgruppe bestätigt wurde. Kurz nach Abschluss dieser Versuche wurde die RNMTL1 als die 2´O-Methyltransferase der Ribose von G1370 des 16S-rRNA-Kerns der humanen großen mitochondrialen Ribosomenuntereinheit identifiziert, wodurch unter Einbeziehung der Ergebnisse dieser Arbeit die RNMTL1 als Kandidat der 2´O- Methyltransferase der mcm5Um verworfen werden kann. / Selenoproteins contain the 21st amino acid selenocysteine (Sec). Sec is incorporated into proteins by a specific mechanism requiring the recoding of UGA stop codons into a SEC codon under guidance and interaction of several Sec-specific factors. Many of these are still unidentified and their functions unknown. SECp43 represents one of them which is hypothesized to serve as a co-factor in selenoprotein biosynthesis. Due to former results the role of SECp43 within the selenoprotein biosynthesis was analyzed in vivo in a mouse model and in addition the interaction between SECp43 and the tRNASec was tested again in vitro. Two Secp43 mouse mutants were generated whereupon one with constitutive deletion of exons 3 and 4, including the first RNA recognition motif, wasn’t showing any effect. In contrast the second mutant with a constitutive deletion of exons 7 and 8, including the tyrosine-rich region, was embryonal lethal. A corresponding liver specific inactivation of Secp43 was carried out to analyze the local selenoprotein expression. However, the generated Alb-Cre; Secp43fl/fl-mice didn’t exhibit any changes in the selenoprotein expression. Furthermore, the binding studies demonstrated an interaction of SECp43 with tRNASec in vitro, but which has to be verified specifically. The eliminated domains of SECp43 appear not to be essential for selenoprotein biosynthesis in hepatocytes. Thus, it was tested whether SECp43 is essential in other cells via a conditional inactivation of Secp43 in neurons. Other than a slight mobility phenotype there was no altered selenoprotein expression in the brain of mutant mice observed. The 2´O-methyltransferase of the tRNASec isoform mcm5Um stands for another unidentified factor. Due to prior investigation, RNMTL1 served as a potential candidate. The presence of this isoform is supposed to correlate with expression of stress-related selenoproteins. Thereby, the influence of RNMTL1 and whose corresponding deletion mutants on selenoprotein expression in HepG2 cells, particularly deiodinase 1, was tested. But no effect was shown and former findings couldn’t be reproduced. Additionally, no distinct interaction of RNMTL1 with the tRNASec through binding tests in vitro could be detected. Moreover, a transport of RNMTL1 into mitochondria was assumed, which was confirmed primarily via import assays by our cooperation partner. Briefly after finishing these experiments, the RNMTL1 was identified as the responsible 2´O-methyltransferase of the ribose at position G1370 of the 16S rRNA core from the large human mitochondrial ribosome subunit. Thus, in addition to our results, lead to the conclusion that RNMTL1 is not the responsible 2´O-methyltransferase of mcm5Um.

Der Südozean ist die Schlüsselregion zur Kenntnis der neogenen Klimaentwicklung. In diesem Zusammenhang ist die Untersuchung von planktonischen Gemeinschaften in Hinblick auf die Umweltentwicklung von großer Bedeutung. In antarktischen neogenen Sedimenten sind Radiolarien reichlich, in großer Diversität und einheitlich gut erhalten. Sie sind nicht nur perfekte Testobjekte für paläobiologischen Studien, sondern auch eine wichtige Quelle für eine verbesserte Biostratigraphie – bisher behinderte nämlich das Fehlen einer verlässlichen Geochronologie detaillierte Studien. Es wurde ein Datensatz aller Taxa von mehreren Standorten des Südozeans gesammelt: für alle der 98 Proben je ca. 7000 Radiolarien. Die Fauna enthält ca. 500 Arten (inclusive 120 neuer Taxa). Die Untersuchung der Makroevolutionsgeschichte dieser Fauna zeigt, dass eine wesentliche ökologische Umwälzung, ohne Aussterbeereignis, bezogen auf den Verlauf der Artengleichheit und den Anstieg der Gattung Antarctissa, bei ca. 8 Ma erfolgte. Dann, 3 My später, folgte ein wesentlicher Diversitätsverlust. Obwohl das ökologische Ereignis eventuell mit einer Änderung der Primärproduzenten assoziiert sein kann, ist der auslösende Faktor des Diversitätsabfalls unbekannt. Außerdem zeigt der Vergleich zwischen der Diversitätsgeschichte dieser Fauna und einer Paläodiversitätsrekonstruktion südozeanischer Faunen, beruhend auf der Neptune Datenbank, daß der generelle Verläufe mit den Probenteilungsmethodologien nachgezeichnet wird, jedoch diese Methodologien aufgrund grober Verzerrungen nicht geeignet für Detailstudien sind. Schließlich wurde eine biostratigraphische Analyse für die komplette Fauna vom Obermiozän bis Pliozän durchgeführt. Obwohl diese Analyse noch vorlaüfig ist, zeigt sich eine Angleichung des aktuellen Altersmodells um mehr als 1 My. Diese Studie zeigt auch 94 neue, sichere Ereignisse, die für die stratigraphische Einordnung der Antarktischen Sedimente genutzt werden können. / The Southern Ocean is the key to understand the Neogene climate evolution. Unfortunately the lack of a robust geochronological framework has hindered precise studies. Equally of interest is understanding how planktonic communities changed in relation with the evolution of these environments. Radiolarians are abundant in Antarctic Neogene sediments, diversified and consistently well-preserved. They should constitute not only an ideal testing ground for paleobiological studies but also a major resource for improved biostratigraphy. In this study, a quantitative, taxonomically-complete dataset have been collected in various sites of the Southern Ocean, using 98 samples and ca. 7000 specimens per sample. Ca. 500 species were uncovered in this fauna, including 120 new to science. The study of the macroevolutionary history of this fauna reveals that a significant, extinctionless ecological turnover, linked to a decrease in the evenness of the species'' abundances and the rise of genus Antarctissa to dominance, occured at ca. 8 Ma, followed 3 My later by a significant diversity loss. Although the ecological event can be tentatively associated with a regional change in the composition of primary producers, the triggering event of the diversity loss is yet to be found. The whole-fauna diversity history was compared to paleodiversity reconstructions computed using subsampling methodologies from the occurrences gathered in the Neptune database. The comparison shows that the main trends are retrieved by the subsampling procedures but also that substantial distortions make them poorly suited for detailed studies. Finally a biostratigraphical analysis was conducted on this whole-fauna dataset for the late Miocene - Pliocene sequence. Although this analysis is still very much preliminary, it shows a coherent readjustement of the current age models by more than 1 My. This study also shows that 94 events seem reliable enough to be used to correlate Southern Ocean sites together.

Noch immer gibt es trotz neuester medizinischer Operationstechniken Patienten, bei denen eine Fraktur zu einer verzögerten Heilung führt oder gar nicht heilt. Indizien häufen sich, dass das Immunsystem, seine Zellen und Zytokine eine wichtige Rolle im Prozess der Heilung einer Fraktur spielen könnten. In dieser Arbeit wurde der Einfluss des adaptiven Immunsystems auf die Fraktur-heilung untersucht. Dazu wurde der Heilungsverlauf in Wildtyp Mäusen mit RAG1-/- Mäusen, Mäusen ohne reife B- und T-Lymphozyten, verglichen. Histologische, immunhistologische sowie Mikroarray Analysen der verschiedenen Tierstämme lassen darauf schließen, dass T-Lymphozyten einerseits der Schlüssel für ein gutes Heilungsergebnis sind, andererseits ihr Fehlen maßgeblich zu einer Veränderung der Heilung führt. Diese resultierte darin, dass die Knorpelphase verkürzt war und eine ungeordnete Bildung von Geflechtknochen einsetzte. / Despite of advanced methods in trauma surgery some patients suffer from a delayed healing or a non-union one. There is more and more evidence that the immune system with its cells and mediators could play an important role in such healing situations. Hence this thesis investigated the role of the adaptive immune system in the process of fracture healing comparing healing in wildtype mice and RAG1-/- mice. RAG1-/- mice do not have mature B- and T-lymphocytes. Histological, immunohistological and microarry analyses of different mice strains reveal that T lymphocytes are the key cell for a normal healing outcome. Their absence leads to a different healing outcome with a diminished cartilage phase and an irregular distribution of woven bone in the whole callus region.

Im Fokus der Dissertation stand die Evaluierung molekularer Möglichkeiten zur Findung geeigneter Biomarker für das Prostatakarzinom (PCa). Zunächst wurde die epigenetische Promotormethylierung der Gene GSTP1, RARbeta2, APC und PITX2 im Hinblick eines möglichen Methylierungsfeldeffektes untersucht. Die RARβ2-Promotormethylierung konnte als potentieller Marker zur Tumorvorhersage im histologisch normal erscheinenden Gewebe bestimmt werden. GSTP1 zeigte eine äußerst spezifische Tumormethylierung, was dessen diagnostisches Potenzial unterstreicht. Die Methylierung korrelierte zudem mit pathologischen Parametern. Ein Screening im Array-Format identifizierte weitere Gene, deren Promotormethylierung diagnostisch interessant sein könnten. Des Weiteren wurden Genexpressionsanalysen angiogenetischer und Endothel-assoziierter Faktoren durchgeführt, deren diagnostische und prognostische Aussagekraft für das PCa ermittelt wurden. Dabei konnte für Caveolin-1 (CAV1) eine signifikante Herunterregulierung der mRNA-Menge im Tumor gezeigt werden. Die Bisulfit-Sequenzierung von sieben CpG-Dinukleotiden im CAV1-Promotor ergab zwischen Tumor- und tumorangrenzendem Gewebe differenzielle Methylierungsmuster, die zu einer verminderten CAV1-Transkription führen könnten. Zudem führte eine 5-Aza-2-desoxycytidin-Behandlung der CAV1-defizienten LNCaP-Zelllinie zur Reexpression. Weiterhin assoziierte CAV1 invers mit pathologischen Parametern und zeigte prognostische und diagnostische Relevanz. Immunhistologisch wurde CAV1 z.T. deutlich verringert in Endothelzellen und Fibroblasten des Tumors nachgewiesen. Ko-Kultivierungsversuche von HUVEC mit konditionierten Zellmedien ergaben z.T. signifikant reduzierte CAV1-Mengen in HUVEC. Die Ergebnisse zeigen, dass epigenetische Veränderungen wertvolle Informationen zur Diagnostik, Prognostik und Progression des PCa liefern. Zudem konnte CAV1 als potentieller Marker des PCa identifiziert werden. / The focus of the thesis was to evaluate molecular possibilities to find suitable biomarkers for prostate cancer (PCa). First, the epigenetic promoter methylation patterns of several genes (GSTP1, RARbeta2, APC and PITX2, respectively) were investigated for a possible methylation field effect. The RARbeta2 promoter methylation could be determined as a possible marker for tumor prediction in histologically normal-appearing tissue. GSTP1 showed a highly specific tumor methylation, underlining its diagnostic potential. The methylation also correlated with pathological parameters. Screening in an array format identified other genes whose promoter hypermethylation could be diagnostically interesting. Furthermore, gene expression analysis of angiogenic and endothelial-associated factors was performed to determine their diagnostic and prognostic potentials for PCa. For CAV1, a significant down-regulation of its mRNA level could be determined in the tumor. Bisulfite sequencing of seven CpG dinucleotides in the CAV1 promoter showed different methylation patterns between tumor and tumor adjacent tissue that could cause a reduced transcription. Furthermore, treatment of the CAV1-deficient LNCaP cell line with 5-aza-2-deoxycytidine led to CAV1 reexpression. Additionally, CAV1 inversely associated with pathological parameters and showed prognostic and diagnostic relevance. Immunohistochemical analysis clearly demonstrated decreases in CAV1 protein expression in endothelial cells and fibroblasts of the tumor. Conditioned media of cultivated tumor cells partly induced downregulation of the CAV1 protein level in HUVEC. The results show that epigenetic and angiogenic processes play crucial roles and provide valuable information for diagnosis, prognosis and progression of PCa. Moreover, CAV1 could be identified as a potential marker of prostate cancer.

Es wird angenommen, dass das Influenzavirus-Glykoprotein Hämagglutinin (HA) für seine Funktion sowohl bei der Virusfreisetzung als auch bei der Fusion von viraler und zellulärer Membran mit Cholesterin- und Sphingolipidreichen Domänen, sogenannten Membran-Rafts, assoziiert sein muss. Aus diesem Grund sollte in dieser Arbeit die Membran-Raft-Affinität von HA in lebenden Zellen mittels FLIM-FRET gemessen werden. Dabei wurde mit Hilfe der Fluroreszenz-Lebenszeit-Messung (FLIM) der Förster-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) von fluoreszenzmarkiertem HA auf einen etablierten Raft-Marker bestimmt. Diese Messungen zeigten, dass beide Proteine in gemeinsamen Klustern in der Plasmamembran vorkommen. Durch Cholesterinentzug und durch den Einsatz von Cytochalasin D, welches die Mikrofilamente zerstört, konnte diese Klusterbildung reduziert werden. Demnach tragen sowohl die Membran-Rafts als auch das Aktinnetzwerk zu dieser Klusterbildung bei. Mittels FLIM-FRET konnte zusätzlich bestätigt werden, dass die Signale für die Detergenslöslichkeit von HA in Triton-Extraktionsexperimenten, die Palmitylierung und die stark hydrophoben Aminosäuren zu Beginn der Transmembrandomäne (TMD), auch im lebenden System eine wichtige Rolle spielen. Zusätzlich konnten biochemische Experimente zeigen, dass die hydrophoben Aminosäuren zu Beginn der HA-TMD den intrazellulären Transport, nach der Trimerbildung, entscheidend verzögern. Diese Verzögerung ist vermutlich auf einer erschwerten Integration dieser Proteine in die Membran-Rafts begründet. Die virale Fusion mit der Wirtszellmembran wird durch eine pH5-Behandlung vermittelte Konformationsänderung von HA ausgelöst. FLIM-FRET-Messungen zeigten für die pH5-Konformation von HA eine verglichen mit der pH7-Konformation verringerte Klusterbildung mit dem Raft-Marker. Somit ist offensichtlich, dass die Membranfusion-vermittelnde HA-Konformation eine verringerte Raft-Affinität besitzt. Diese verringerte Raft-Affinität könnte eine wichtige Rolle bei der Störung der Lipide an der Fusionsstelle spielen und somit die Bildung und/oder Vergrößerung der Fusionspore erleichtern. / It has been supposed that the hemagglutinin (HA) of influenza virus is recruited to cholesterol- and sphingolipid-enriched domains, also named membrane-rafts, to accomplish its function in virus budding and membrane fusion. This study aimed at verifying the affinity of HA for membrane-rafts in living cells using fluorescence-lifetime imaging microscopy to measure Förster’s resonance energy transfer (FLIM-FRET). FLIM-FRET revealed strong clustering between a fluorescence-tagged HA-protein and a well-established raft-marker in CHO cells. Clustering was significantly reduced when rafts were disintegrated by cholesterol depletion and when microfilaments were disrupted with cytochalasin D. Thus, membrane-rafts as well as the actin meshwork contribute synergistically to clustering. Clustering was also reduced by the removal of the known signals for the association of HA with detergent-resistant-membranes, the palmitoylation and the first amino acids in the transmembrane region (TMR). Since these mutations are obviously important for the raft-association of HA their function during the transport through the ER and the Golgi-complex was studied. These investigations showed that the exchange of the first three amino acids of the HA-TMR led to a decelerated transport after trimer-formation of the protein, probably due to retarded integration of these proteins into membrane-raft domains. Mediating viral fusion with the host cell membrane requires an irreversible conformational change of HA. FLIM-FRET studies of this low pH conformation unveiled that the clustering with the raft-marker is decisively reduced compared to the pre-fusion conformation of the protein. It might be assumed that the fusion-mediating conformation of HA reduces the proteins affinity for membrane-rafts. Therefore it is likely that this reduced affinity for rafts after the conformational change is relevant to cause perturbation of lipids at the fusion site and thereby facilitating the formation and/or enlargement of the fusion pore.

Die Studie auf die diese Arbeit aufbaut untersuchte die Immunogenität einer Wilms-Tumorgenprodukt-1-(WT1)-Peptid-Vakzinierung bei Patienten mit einer WT1-exprimierenden akuten myeloischen Leukämie (AML) ohne weitere Behandlungsoption. Trotz dem initalen immunologischen, molekularen und vorläufigen Nachweis einer möglichen klinischen Effektivität bei AML-Patienten, konnte nur in wenigen Fällen eine längerfristige Wirksamkeit dokumentiert werden. Es ist bekannt, dass eine Krebs-Immuntherapie durch Immunevasions-Mechanismen des Tumors beeinträchtigt werden kann. Da Analysen zu Mutationen oder Verlust des WT1-Epitops oder Epitop-flankierender Sequenzen keine Auffälligkeiten zeigten, konnte eine reduzierte Präsentation oder Erkennung des Epitops ausgeschlossen werden. Aus diesem Grunde sollte diese Arbeit weitere mögliche Immunevasions-Mechanismen identifizieren. Als Grundlage wurden Tumor-assoziierte Effekte, immunmodulatorische Faktoren und funktionelle Einschränkungen der Immunzellen in den Mittelpunkt der Untersuchungen gestellt. Die ermittelten Daten zeigen, dass in unserem spezifischen Therapieansatz, der wiederholten Vakzinierung von AML-Patienten mit einem HLA-A201-restringierten WT1126–134 -Epitop in Kombination mit GM-CSF und KLH, eine eingeschränkte T-Zell-Funktionalität einen wesentlichen Grund für die beobachtete verminderte Therapieeffizienz darstellt. Immunresistenzmechanismen leukämischer Blasten spielen hierbei keine übergeordnete Rolle, individuelle Effekte können aber nicht ausgeschlossen werden. Ebenso scheint es, dass auch die Präsenz von immunregulatorischen Zellen wie Tregs oder MDSCs nicht durch die Vakzinierung manipuliert wird und dass diese keinen generellen Einfluss auf die Therapieeffizienz ausüben. / The foregoing study investigated the immunogenicity of Wilms’ tumor gene product 1 (WT1)-peptide vaccination in WT1-expressing acute myeloid leukemia (AML) patients without curative treatment option. Despite the first immunologic, molecular, and preliminary evidence of potential clinical efficacy in AML patients, only in a few cases long-lasting responses could be documented. It is known that enduring efficacy of cancer vaccines may be limited due to immune escape mechanisms. On this account, we chose to work on three front lines: Investigations of immune modulatory counter-attack-mechanisms of the tumor, functional deficiencies of the T cell compartment and the presence of immune regulatory cells. The generated data demonstrates that in our specific setting, in which AML patients received consecutive vaccinations with HLA-A201-restricted WT1126–134 epitope together with GM-CSF and KLH, impaired vaccine efficacy is mainly attributed to restricted T cell functionality. Immune resistance mechanism exerted by leukemic blasts do not generally influence clinical outcome in our setting, neither do inert immunoregulative mechanisms like Treg or MDSC, respectively.

Wenn Hefe in einer kontinuierlichen Kultur wächst, kommt es zu einer spontanen Synchronisation der Zellen resultierend in einer stabilen respiratorischen Oszillation. Sowohl weite Teile des Transkriptoms als auch des Metaboloms oszillieren in klaren Phasenbeziehungen zu dieser respiratorischen Aktivität. In dieser Arbeit wird das Phänomen sowohl von theoretischer als auch experimenteller Seite untersucht. Es wird die Dynamik des Lipidoms analysiert und gezeigt, dass dieses ebenfalls oszillatorisches Verhalten aufweist. Dabei gibt es eine Gruppe an Lipiden, die ihre höchsten Konzentrationen in der Phase hoher Sauerstoffaufnahme zeigt und eine andere Gruppe in der Phase niedriger Sauerstoffaufnahme. Zudem werden vier Szenarien betrachtet, die in biochemischen Netzwerken zu Oszillationen führen können. Es wäre möglich, dass es sich um einen rein mechanistischen Effekt ohne eine unmittelbare Funktion - beruhend auf einer negativen Rückkopplung und einer intrinsischen Zeitverzögerung - handelt. Weiterhin könnten diese Oszillationen die sich ändernen physiologischen Anforderungen eines Prozesses, der in einer gegebenen Ordnung abzulaufen hat, widerspiegeln. Unter Verwendung von Minimalsystemen und in-silico Evolution wird gezeigt, dass Oszillationen zu einem Fitnessvorteil auf Einzelzellebene führen können. Dieser beruht zum einen darauf, dass Oszillationen eine zeitliche Trennung der Produktion toxischer Nebenprodukte von der Produktion der durch sie geschädigten Komponenten ermöglicht. Zum anderen erlaubt oszillatorisches Verhalten das Ablaufen von Reaktionen in dem für sie jeweils günstigsten Reaktionsmilieu. Basierend auf den experimentell bestimmten Austauschraten für Glucose, O2 und CO2 wird mittels FBA untersucht, wie sich die optimalen Syntheseraten von Biomasse und die Vorläufer selbiger über den Zyklus hinweg ändern. Die Ergebnisse deuten auf eine Trennung von Biosynthese und Stressantwort hin, was eine mögliche Funktion dieser Zyklen darstellen könnte. / When grown in continuous culture, budding yeast tend to autosynchronize resulting in a stable respiratory oscillation. Thereby, respiration toggles between high and low oxygen uptake rates. In parallel with this toggling, most facets of cellular physiology oscillate with distinct phase relationships e.g the transcriptome and metabolome. In this work, the phenomenon is examined from a theoretical as well as an experimental point of view. It can be shown that also the lipidome is oscillatory whereby one group of lipids peaks in the phase of high oxygen uptake and the second group of lipids in the phase of low oxygen uptake. Furthermore, four scenarios are presented that might lead to oscillatory dynamics in biochemical networks: Oscillation might occur due to a negative feedback and an intrinsic time delay without bearing a certain function. They could further reflect the changing physiological requirements of a process that has to be performed in a certain order. Using generic models and in-silico evolution, it can be shown that oscillations can also be beneficial on a single cell level since they allow a temporal separation of the production of a toxic by-product and the synthesis of its target and also that reactions can occur in their respective favored reaction milieu. Using measured exchange rates for glucose, O2 and CO2 as constraints for FBA, it is examined how the optimal synthesis rates for biomass and its precursors vary over a cycle. The results suggest that there is a temporal separation of processes related to biosynthesis and stress response which might reflect a possible function of the yeast metabolic cycle.