Nicht nur die mögliche Verwendung von Variolavirus als bioterroristischer Kampfstoff sondern auch das zoonotische Potential pathogener Pockenviren wird als eine erhebliche Gefahr für das öffentliche Gesundheitswesen diskutiert. Zurzeit liegt in der Bevölkerung kein ausreichender Impfschutz vor. Mit Ausnahme der Expositionsprophylaxe steht die Vakzination als einzige Prävention zur Verfügung, von der bekannt ist, dass sie mit erheblichen Impfkomplikationen assoziiert ist. Therapeutische Ansätze sind deshalb von großem Interesse. In dieser Arbeit wurden HEp-2-Zellen mit den Orthopockenviren (OPV) VACV-LE, VACV-MVA-BN, CMLV-CP-19 und Calpoxvirus sowie die Zelllinien 293, A-549, Huh-7 und HSB-2 mit Calpoxvirus infiziert und der Replikationszyklus analysiert. Die Genexpression von Faktoren der Transkription (D7R), der DNA-Replikation (K4L) oder für Strukturproteine (D8L, A56R, A27L) wurde unabhängig vom untersuchten Virus und der Zelllinie gleich reguliert, was auf eine wichtige Rolle während der Virusreplikation hinweist. Ferner wurde ein siRNA-System zur Hemmung der OPV-Gene D7R, K4L, D8L, A56R und A27L etabliert. Die Transkription von D7R, K4L, D8L und A27L wurde in infizierten Zellen effektiv durch spezifisch eingesetzte shRNAs inhibiert und dadurch die Virusreplikation von Calpoxvirus im Vergleich zu den Kontrollzellen 24 und 48 Stunden nach der Infektion gehemmt. Die Inhibition der A27L-Genexpression wurde zusätzlich im Western Blot für Calpoxvirus- und VACV-LE-infizierte 293-Zellen nachgewiesen. A56R wurde weder für die Replikation von Calpoxvirus noch von VACV-LE in der Zellkultur benötigt. Da die Gene D7R, K4L, D8L und A27L essentiell für die Replikation von OPV in der Zellkultur waren, könnten sie potentielle Zielstrukturen für die Entwicklung von antiviralen Substanzen für die Behandlung einer OPV-Infektion darstellen. / Not only the potential use of smallpox in a bioterrorist attack but also the zoonotic potential of other poxviruses infecting animals are discussed to be a public health threat. At present, there is no sufficient protection in the human population provided by vaccination. Prophylactic vaccination was effective but has been associated with serious adverse effects. No proven drug treatment is available. Therefore, therapies and new treatment strategies are greatly needed. In this study HEp-2 cells were infected with the orthopoxviruses (OPV) VACV-LE, VACV-MVA-BN, CMLV-CP-19 and Calpoxvirus. In addition, the cell lines 293, A-549, Huh-7 and HSB-2 were infected with Calpoxvirus alone to determine the OPV replication cycle. Irrespective of the analyzed virus and cell line gene expression was regulated similarly for factors involved in transcription (D7R), DNA replication (K4L) or for structural proteins (D8R, A56R, A27L), indicating an important role in virus replication. Furthermore, a siRNA-system for the inhibition of the OPV genes D7R, K4L, D8L, A56R and A27L was established. It could be shown, that specific shRNAs effectively inhibited transcription of D7R, K4L, D8L and A27L in infected cells and repressed Calpoxvirus replication 24 and 48 hours post infection in comparison to control cells. In addition, the inhibition of A27L gene expression was shown in Western Blot analyses for Calpoxvirus- and VACV-LE-infected 293 cells. A56R is not required for virus replication of Calpoxvirus and VACV-LE in cell culture. Since D7R, K4L, D8L and A27L seem to be essential for OPV replication in cell culture, these OPV genes might serve as potential targets for the development of antiviral substances for the treatment of OPV infections.

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.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Identifizierung von Geschlechterunterschieden (GU) in der Expression von miRNAs im späten Stadium der Myokardhypertrophie, sowie der möglichen Rolle von ERbeta bei der Regulierung dieser GU. Unsere früheren Studien identifizierten ERβ als determinierenden Faktor für die beobachteten GU bei Druckbelastung. Unter anderem führte eine Deletion des ERbeta zur Aufhebung der zuvor beobachteten GU auf physiologischer und fibrotischer Ebene, sowie in der Genexpression. In dieser Studie wurden insgesamt 30 miRNAs mit Geschlechter- und/oder Geschlecht*Operation-Interaktionseffekten 9 Wochen nach TAC in WT Mäusen identifiziert. Die gleichen Effekte waren in ERbeta-/- Tieren nicht zu beobachten, teilweise aufgrund einer höheren Expression dieser miRNAs in ERbeta-/- Weibchen als bei den Männchen. Die vorliegende Studie zeigt eine Hemmung vieler miRNAs durch Östrogen (E2) und seine Rezeptoren in weiblichen Kardiomyozyten, welches somit die in vivo-Ergebnisse bestätigt und die protektive Rolle von E2 und ERβ im weiblichen Herzen unterstreicht. Sechs der miRNAs mit GU in WT-, aber nicht in ERbeta-/- Hypertrophie-Modellen wurden als mögliche Fibroseregulatoren identifiziert, da ihnen gemeinsame Inhibitoren des ERK-MAPK-Signalwegs als Zielgene vorhergesagt wurden. Die Expression dieser miRNAs, miR-106a, miR-106b, miR-21, miR-24, miR-27a und miR-27b, war in kardialen Fibroblasten durch E2 geschlechterabhängig reguliert. Zusammengefasst bestätigt diese Arbeit die schützende Rolle von E2 und ERbeta im weiblichen Herzen. E2 und seine Rezeptoren hemmen die Expression vieler miRNAs in weiblichen Kardiomyozyten und kardialen Fibroblasten, sowie in vivo. In männlichen Herzen und kardialen Fibroblasten scheint ERalpha der Hauptakteur zu sein, welcher insbesondere mögliche Fibrose-bezogene miRNAs reguliert. Die verschiedenen Rollen der ERs in weiblichen und männlichen Herzen sind ein bestimmender Faktor der beobachteten GU bei Myokardhypertrophie. / The present study aimed to identify sex-differently expressed miRNAs in a late stage of hypertrophy (9 weeks) and the possible role of ERs in the regulation of these differences. Our previous studies identified ERbeta as an important determinant factor of the observed sex differences in pressure overload, playing different roles in males and females. This report identified a total of 30 miRNAs with sex and/or sex*surgery interaction effect 9 weeks after TAC in WT mice. The same effects were not observed in ERbeta-/- animals partially due to the higher expression of these miRNAs in ERbeta-/- females than in their WT counterparts. This study reveals a repression of a number of miRNAs by estradiol and its receptors alpha and beta in female cardiomyocytes, confirming the in vivo results and accentuating the important protective role of oestrogen and ERbeta in the female heart. Six of the miRNAs with sex differences in WT but not in ERbeta-/- hypertrophy models were found to be possible fibrosis regulators by putatively targeting common ERK/MAPK pathway inhibitors. MiR-106a, miR-106b, miR-21, miR-24, miR-27a and miR-27b were subjected to a different regulation by estradiol in cardiac fibroblasts in a sex-dependent manner. In conclusion, this study reinforces the oestrogen and ERbeta protective roles in the female hearts. Estradiol and ERs repress many miRNAs’ expression in both female cardiomyocytes and cardiac fibroblasts, as well as in vivo. In male hearts and cardiac fibroblasts, ERalpha is apparently the major player, regulating in particular potential fibrosis –related miRNAs. The different roles of ERs in male and female hearts are a determinant factor of the observed sex differences in cardiac hypertrophy.

Die Transkription der Chloroplasten ist erstaunlich komplex. Ihr relativ kleines Genom kodiert für Komponenten der Photosynthese und der eigenen Genexpressionsmaschine. Es wird mindestens durch zwei RNA Polymerasen transkribiert. Neben der plastidär kodierten RNA Polymerase (PEP), existiert mindestens eine weitere kernkodierte RNA Polymerase (NEP). Die PEP spielt eine wichtige Rolle bei der Expression der Photosynthesegene und ist essentiell für die Biogenese der Chloroplasten und schließlich für das Überleben der Pflanzen. In der vorliegenden Arbeit wird erstmals die spezifische Interaktion der PEP mit ihren Transkriptionseinheiten unter verschiedenen Lichtbedingungen in vivo auf plastomweiter Ebene gezeigt. Darunter befinden sich hauptsächlich DNA Fragmente, die Photosynthesegene repräsentieren. Außerdem zeigt die PEP eine eindeutige Präferenz zu den rRNA Genen und einigen tRNA Genen. Eine Reduktion dieser Assoziation der PEP in Dunkelperioden lässt einen lichtabhängigen Prozess bei der PEP-DNA Assoziation vermuten. Außerdem wurde die PEP Aktivität an den bestimmten DNA Regionen in vivo ermittelt durch die Analyse naszierender Transkripte. Ein Großteil der plastidären RNA Spezies kopräzipitiert mit der PEP, aber sie scheint präferentiell mit tRNAs zu interagieren. Die Analyse der Verteilung der PEP bewies erstmals, dass sie hauptsächlich mit den Membranen assoziiert. Dort befindet sich auch das transkriptionsaktive Chromosom (TAC). Im TAC wurden vor kurzem neben der PEP auch Mitglieder von RNA Prozessierungsfaktoren identifiziert, was auf eine mögliche Kopplung von Transkription und posttranskriptionellen Prozessen hindeutet. Für einen Einblick in dieses Interaktionsnetzwerk wurden Transkriptanalysen des TACs ausgeführt. Mit wenigen Ausnahmen assoziieren alle plastidären RNA Spezies mit dem TAC. Einige RNAs liegen bereits prozessiert vor, was eine Verbindung zwischen Transkription und posttranskriptionellen Prozessen noch im TAC vermuten lässt. / Chloroplast transcription is astonishingly complex. The relative small genome of plastids, which codes for components of the photosynthetic machinery as well as for components of their own gene expression machinery, is transcribed by at least two different RNA polymerases. Beside the plastid-encoded plastid RNA polymerase (PEP) a nuclear-encoded plastid RNA polymerase (NEP) exists as well. PEP plays a major role in the expression of photosynthesis genes and is essential for chloroplast biogenesis and thus for plant survival. This work shows the specific in vivo interaction between PEP and its transcription units under different light conditions on a plastome-wide scale. Among them are DNA fragments that represent photosynthetic genes. In addition, PEP shows clear preferences to rRNA and tRNA genes. Furthermore, the association of PEP with photosynthesis-related genes was reduced during the dark period, indicating that PEP-DNA association is a light-dependent process. To survey PEP activity in vivo on plastid DNA regions, the association to nascent transcripts was analyzed. The majority of plastid RNA species could be found in PEP precipitates, but PEP seems to interact more strongly with tRNAs. Analysis of the suborganellar distribution of PEP shows that PEP is preferably associated with chloroplastmembranes. The transcriptionally active chromosome (TAC) was also found to be membrane-attached. Beside PEP different RNA processing factors were identified within the TAC and related purifications, indicating a possible coupling of transcription and posttranscriptional processes. To gain more insights into this interaction network, transcripts of TAC were analyzed. It is shown that nearly all plastid RNA species with only a few exceptions are associated to the TAC and that at least selected transcripts are already processed. This indicates that there is a link between transcription and posttranscriptional processes already within the TAC.

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.

Das Membranstrommuster von Oligodendrozyten verändert sich während der Entwicklung dieser zellen sehr stark. Während die Membranleitfähigkeit von Oligodendrozyten-Vorläuferzellen von auswärts rektifizierenden Kaliumkanälen geprägt ist, exprimieren reife Oligodendrozyten passive, nicht spannungsabhängige Kaliumkanäle. Die Aktivität dieser Kanäle beeinflußt die Proliferation und Differenzierung dieser Zellen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Expression von spannungsaktivierbaren Kaliumkanälen des Kv1-Typs (Shaker-Typ) in kultivierten Oligodendrozyten-Vorläuferzellen anhand der Transkriptexpression, der Expression von Kv1-Proteinen und der elektrophysiologischen und pharmakologischen Analyse der Membranströme untersucht. Auf mRNA Ebene wurden unterschiediche Kombinationen von Kv1.1, Kv1.4; Kv1.5 und Kv1.6 Transkripten gefunden. Ebenfalls wurde in einigen Zellen eine signifikante Menge an Kv1.2 und Kv1.3 Transkripten gefunden. Die Heterogenität der Transkriptexpression konnte nicht mit Unterschieden in den elektrophysiologischen Eigenschaften korrelliert werden. Die Expression der Kv1 Proteine wurde mit Hilfe von immunozytochemischen Färbungen mit spezifischen polyklonalen Antikörpern gegen die Kanäle Kv1.1 bis Kv1.6 untersucht. Alle Oligodendrozyten-Vorläuferzellen exprimierten die Kanäle Kv1.4 (85% der Zellen), Kv1.5 (99 %) und Kv1.6 (99 %), Kv1.1 Proteine wurden von 10 % der Zellen gebildet. Um den funktionellen Beitrag der Kv1 Kanäle zum Gesamtzellstrom zu bestimmen, wurde die Stromaktivierung und -inaktivierung sowie die Sensitivität der Ströme gegen die spezifischen Kaliumkanalblocker getestet. Dabei wurden durch TEA (1-100 mM), 4-AP (0,125-1 mM) und Chinidin (5-100 mM) jeweils ein großer Teil der Ströme gehemmt, durch CTX, DTX und MCDP wurde die Kanalaktivität nicht beeinflußt. Um den Beitrag der Kanalproteine Kv1.4 bzw. Kv1.1 zu den elektrophysiologischen Eigenschaften des Gesamtzellstromes zu testen, wurden an einzelnen Oligodendrozyten-Vorläuferzellen kombinierte elektrophysiologische Untersuchungen und immunozytochemische Färbungen durchgeführt. Dabei konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen Kv1./Kv1.4 positiven und Kv1.1/Kv1.4 negativen Zellen festgestellt werden. Aus den Untersuchungen ergeben sich folgende Schlußfolgerungen: Oligodendrozyten exprimieren eine Vielzahl unterschiedlicher Kv1 Transkripte.Die überwiegende Mehrzahl der Oligodendrozyten-Vorläuferzellen exprimieren die Kv1 Proteine Kv1.4, Kv1.5 und Kv1.6.Der Gesamtzellstrom kann vorwiegend durch Kv1.5 Kanäle oder durch eine Kombination von Kv1.4/Kv1.6 Kanälen sowie durch Mitglieder anderer Familien spannungsabhängiger Kaliumkanäle getragen werden. Um zu untersuchen, ob spannungsabhängige Kaliumkanäle durch die Aktivierung von inhibitorischen Neurotransmitterrezeptoren beeinflußt werden, wurden kultivierte Körnerzellen als Modellsystem verwendet, da diese eine hohe Dichte an Kv Kanälen sowie an GABA Rezeptoren exprimieren. Im "cell-attached" Modus der Patch-Clamp-Technik wurde die Reaktion von einzelnen auswärts rektifizierenden Kaliumkanälen während der GABA-Antwort untersucht. Mit diesem Ansatz konnte gezeigt werden, daß die Öffnungswahrscheinlichkeit dieser Kanäle während der Reaktion der Zelle auf GABA stark zurückgeht. Da Oligodendrozyten-Vorläuferzellen ebenfalls GABAA-Rezeptoren exprimieren, ist anzunehmen, daß deren Aktivierung über einen analogen Mechanismus zur Blockierung von Kaliumkanälen führt. / The membrane current pattern of oligodendrocytes changes dramatically during cell development. In oligodendrocyte precursor cells the membrane conductance is dominated by outwardly rectifying potassium channels, mature oligodendrocytes on the other hand express passive, not voltage-gated potassium channels. The activity of these channels influences the proliferation and differentiation of the cells. In the present work the expression of outwardly-rectifying potassium channels of the Kv1-type (Shaker-type) was analysed in oligodendrocyte precursor cells in culture. Expression of Kv1 transcripts, Kv1 proteins as well as electrophysiological and pharmacological properties of these channels were tested. Different combinations of Kv1.1, Kv1.4, Kv1.5 and Kv1.6 transcripts were detected at mRNA level. In some cells also a significant amount of Kv1.2 and Kv1.3 transcripts was found. The heterogeneity of transcript expression could not be correlated with differences in electrophysiological properties. The expression of Kv1 channel proteins was analysed using immunocytochemical stainings with specific monoclonal antibodies against the channel molecules Kv1.1 to Kv1.6. All oligodendrocyte precursor cells expressed the channel molecules Kv1.4 (85 % of the cells), Kv1.5 (99 %) and Kv1.6 (99 %), Kv1.1 proteins were detected in 10 % of the cells. To find out the functional contribution of Kv1 channels to the whole-cell current of the cells the activation and inactivation characteristics as well as the sensitivity of the potassium current to different potassium channel specific antagonists was tested. Parts of the current were inhibited by TEA (1-100 mM), 4-AP (0,125-1 mM) and Chinidin (5-100 mM), CTX, DTX and MCDP had no effect on the channel activity. To isolate the contribution of the channel molecules Kv1.1 and Kv1.4 the electrophysiological properties of the whole cell current electrophysiological analysis of single cells using whole-cell patch-clamp technique and immunocytochemical stainings were combined. With this method no significant differences between Kv1.1/Kv1.4-positive and Kv1.1/Kv1.4 negative cells could be detected. From these findings the following conclusions could be drawn: Oligodendrocyte precursors express various different Kv1 transcripts.The majority of oligodendrocyte precursor cells expresses the Kv1 proteins Kv1.4, Kv1.5 and Kv1.6.The total current (whole-cell current) most likely is carried through Kv1.5 channels or a combination of Kv1.4/Kv1.6 channels and probably another type of voltage-gated potassium channels. To find out if voltage-gated potassium channels are related to the activation of inhibitory neurotransmitter receptors a model system of cultured granule cells was used. This cell type was selected because they are known to express a high density of Kv channels as well as GABAA receptors as well. The activity of single outwardly rectifying potassium channels was detected using the cell-attached mode of patch-clamp technique. With this method it could be demonstrated that the open probability of voltage-gated potassium channels is markedly decreased during GABAA response. It could be concluded that the activation of GABAA receptors on oligodendrocyte precursor cells leads to the inhibition of potassium channels in the same way as in cultured granule cells.

Das COP9-Signalosom (CSN) ist ein evolutionär konservierter Proteinkomplex. Er besteht aus acht Untereinheiten und wird als Paralog des Lid-Subkomplexes des 26S Proteasoms angesehen. Das CSN verfügt über diverse enzymatische Aktivitäten, die es zu einem regulatorischen Faktor des Ubiquitin-Proteasom-Systems (UPS) machen. Das UPS ist für den Abbau von einem Großteil der zellulären Proteine notwendig. Für die Proteolyse bestimmter Proteine werden diese mit einer Polyubiquitinkette markiert. Dies geschieht über eine Enzymkaskade von E1, E2s und E3-Ligasen, wobei die E3s die Substratspezifität bestimmen. Die Interaktion von E3s mit dem CSN ist für deren Assemblierung und Aktivität von entscheidender Bedeutung. Des Weiteren bindet das CSN eine Vielzahl von proteasomalen Substraten und scheint deren Abbau direkt zu kontrollieren. In dieser Arbeit konnte eine Interaktion des CSN mit dem Mikrotubuli-bindenden Protein EB1 nachgewiesen werden. EB1 wirkt präferentiell an den (+)-Enden von Mikrotubuli und fördert die Polymerisierung und Stabilität von Mikrotubulifilamenten. EB1 bindet über die Untereinheit CSN5 an das CSN. Die Interaktion von EB1 mit dem CSN findet im Centrosom statt und führt zur Phosphorylierung und Stabilisierung von EB1. Eine verminderte Bindung von EB1 an das CSN oder eine reduzierte Phosphorylierung von EB1 führt zu einem beschleunigten Abbau. Die Funktion der Interaktion zwischen EB1 und dem CSN wurde in CSN-siRNA-Zelllinien untersucht. Dazu wurden die Untereinheiten CSN1, 3 und 5 in HeLa-Zellen permanent herunterreguliert. Die siRNAs gegen CSN1 und 3 (siCSN1, siCSN3) führen zur Reduktion des gesamten CSN Komplexes, der Knockdown von CSN5 (siCSN5) nur zur Verminderung von CSN5. In allen drei Zelllinien ist der Abbau von EB1 beschleunigt, was auf eine verminderte Bindung an, bzw. Phosphorylierung durch das CSN zurückzuführen ist. Dies hat Konsequenzen für die Stabilität von Mikrotubulifilamenten in siCSN1- und siCSN3-Zellen. Diese zeigen eine erhöhte Sensibilität gegenüber Nocodazol, welches die Polymerisierung von Mikrotubuli inhibiert. Des Weiteren konnte ein durch Nocodazol ausgelöster Zellzyklusarrest durch die Überexpression von EB1 oder CSN1 in HeLa-Zellen überwunden werden. / The COP9 signalosome (CSN) is an evolutionary conserved protein complex. It consists out of eight subunits and is a paralogue to the lid subcomplex of the 26S proteasome. The CSN posesses several activities, supporting its function as a regulator of the Ubiquitin Proteasome System (UPS). The UPS mediates the degradation of the majority of the cellular proteins. Prior to degradation, a poly-ubiquitin chain is attached to the proteins. This process is catalyzed by a cascade of E1, E2s and E3-ligases. The CSN is a regulator of the E3-ligases, which determine substrate selectivity of the ubiquitination. The CSN also directly binds and thereby controls degradation of several proteasomal substrates. In the present study a direct interaction between the CSN and the microtubule binding protein EB1 is shown, which is mediated by the subunit CSN5. EB1 binds preferentially to the (+)-ends of microtubules and thereby promotes polymerisation rates and enhances the stability of microtubule filaments. The interaction between the CSN and EB1 is localized to the centrosome and results in EB1 phosphorylation and stabilization. A compromised binding of EB1 to the CSN results in an accelerated degradation. For functional studies of the CSN-EB1 interaction in HeLa cells, siRNA mediated knockdowns of CSN subunits were used. The subunits CSN1, CSN3 and CSN5 were knocked down permanently resulting in a faster proteolysis of EB1. This was a result of decreased amounts of CSN complex in cells with downregulated CSN1 and CSN3. The knockdown of CSN5 affects only subunit CSN5 levels causing a compromised binding of EB1 to the CSN complex. An increased sensitivity to the microtubule disrupting agent nocodazole was observed in the CSN1 and CSN3 knockdown cells. A cell cycle arrest induced in HeLa cells by nocodazole treatment was rescued by overexpression of EB1 or CSN1. The data presented in this study suggest a functional relationship of EB1 and the CSN resulting in a stabilization of microtubule filaments.

Die beständige Autoantikörperproduktion in Patienten mit Systemischem Lupus Erythematodes (SLE) suggeriert die Existenz eines autoreaktiven humoralen Gedächtnisses; die Häufigkeit selbstreaktiver Gedächtnis-B-Zellen in SLE wurde jedoch noch nicht ermittelt. Unter normalen Umständen exprimieren neu gebildete B-Zellen im Knochenmark Autoantikörper mit hoher Frequenz, darunter auch antinukleäre Antikörper. Diese autoreaktiven B Zellen unterliegen einer strengen Überwachung an zwei Kontrollpunkten für Selbsttoleranz, einer im Knochenmark und einer in der Peripherie. Im Gegensatz dazu steht SLE mit einem Defekt in Zusammenhang, der die Etablierung von B-Zell-Toleranz an diesen beiden Kontrollpunkten verhindert und somit einer hohe Anzahl selbstreaktiver naiver B-Zellen in der Peripherie. Das Ziel dieser Studie war die Bestimmung der molekularen Eigenschaften und Reaktivitäten von IgG Gedächtnis-B-Zell-Antikörpern in SLE. Mittels einer Einzelzell-PCR basierten Methode wurden 200 monoklonale Antikörper von einzelnen IgG+ Gedächtnis-B-Zellen vier unbehandelter SLE Patienten kloniert. Die generelle Häufigkeit an polyreaktiven und HEp-2 selbstreaktiven Antikörpern in dieser Population war vergleichbar mit der in gesunden Vergleichspersonen. 15% der Antikörper aus IgG+ Gedächtnis-B-Zellen eines Patienten mit Serum-Autoantikörpertitern derselben Spezifität waren hochreaktiv und spezifisch gegen die SLE-assoziierten löslichen Kernantigene Ro52 und La; nicht jedoch in den übrigen drei Patienten oder gesunden Vergleichspersonen. Die Keimbahnkonfigurationen dieser Antikörper gegen Kernantigen waren nicht-selbstreaktiv oder polyreaktiv mit schwacher Ro52-Bindung und untermauern die Theorie, dass somatische Mutationen zur Reaktivität und Spezifität von Autoantikörpern beitragen. Die Häufigkeitsvarianz, mit der Gedächtnis-B-Zellen SLE-assoziierte Antikörper exprimieren, legt nahe, dass dies eine wichtig Variable für den Erfolg von Therapien sein kann, die diese Population beseitigen. / Persistent autoantibody production in patients with systemic lupus erythematosus (SLE) suggests the existence of autoreactive humoral immunological memory, but the frequency of self-reactive memory B cells in SLE has not been determined. Under normal circumstances, autoantibodies including antinuclear antibodies (ANAs) are frequently expressed by newly generated B cells in the bone marrow, but these autoreactive B cells are tightly regulated at two checkpoints for self-tolerance, in the bone marrow and the periphery, before maturation into naïve immunocompetent B cells. In contrast, SLE is associated with a failure to establish B cell tolerance at the two checkpoints leading to high numbers of autoreactive naïve B cells in the periphery. The aim of this study was to determine the molecular features and reactivities of IgG memory B cell antibodies expressed in SLE. A single-cell PCR based strategy was applied that allowed the cloning of the Ig heavy and Ig light chain genes of a single purified B cell and the in vitro expression of 200 recombinant monoclonal antibod-ies from single IgG+ memory B cells of four untreated SLE patients. The overall frequency of polyreactive and HEp-2 self-reactive antibodies in this compartment was similar to healthy controls (HC). 15% of IgG memory B cell antibodies were highly reactive and specific for SLE-associated extractable nuclear antigens (ENAs) Ro52 and La in one patient with serum autoantibody titers of the same specificity but not in the other three patients or healthy individuals. The germline forms of the ENA antibodies were non-self-reactive or polyreactive with low binding to Ro52 supporting the idea that somatic mutations contribute to autoantibody specificity and reactivity. Heterogeneity in the frequency of memory B cells expressing SLE-associated autoantibodies suggests that this variable may be important in the outcome of therapies that ablate this compartment.

Das Leben und Überleben einer Zelle wird auf verschiedenen Ebenen streng reguliert. Diese Ebenen sind eng miteinander verknüpft: (i) Signalwege leiten extrazelluläre Signale in den Zellkern, wo (ii) Genregulation sie zu Proteinen übersetzt, und (iii) Proteine kontrollieren metabolische Funktionen, die Nährstoffe zu Energie und zellulären Bausteinen konvertieren. Diese Systeme sind hochkomplex und werden oft nur einzeln betrachtet. Systembiologie ist ein interdisziplinäres Forschungsgebiet, das Methoden anbietet, um Informationen aus heutigen Hochdurchsatz-Experimenttechnologien zu extrahieren. Diese Methoden können effektiv sein, um die vorgenannten Systeme einzeln oder im Ganzen zu untersuchen. In dieser Doktorarbeit wende ich Methoden an, um Signalwege und Zellmetabolismus zu erforschen, und ich präsentiere neue Arbeitsabläufe für das Modellieren und Analysieren dieser Systeme. Beide Methoden sind auf großskalige Netzwerkrekonstruktionen fokussiert. Da die Erhältlichkeit von xperimentellen Daten eines der größten Probleme der Systembiologie darstellt, befassen sich die Methoden explizit mit dem Umgang mit Wissenslücken. Sie werden auf den Snf1 Signalweg und den Metabolismus von Hefezellen angewendet und vermitteln neue Erkenntnisse über diesen Modellorganismus. Des Weiteren präsentiert diese Arbeit eine eingehende Analyse vom metabolischen Reprogrammieren in Darmkrebszellen, welche bisher unbekannte Zusammenhänge von metabolischer Funktionalität und Onkogenen beinhaltet. Zum Abschluss stelle ich unseren Vorschlag für ein standardisiertes Datenaustauschformat vor, welches seinen Schwerpunkt auf Datentabellen der Systembiologie legt. Zusammenfassend behandelt diese Doktorarbeit die Signalwege und den Metabolismus von Zellen, inklusive neuer Modellierabläufe und biologischer Erkenntnisse. Diese Erkenntnisse werden in den Kontext unseres aktuellen Wissensstandes gesetzt und darauf aufbauend werden neue potentielle Ansatzpunkte für Experimente vorgeschlagen. / Cellular life is governed on different layers of regulation, which are tightly interconnected: (i) Signalling pathways transmit extracellular signals to the cells’ nucleus, where (ii) gene regulation translates these signals into proteins, and (iii) proteins control metabolic functions, which convert nutrients to energy and cell building blocks. Due to the complexity of each of these systems, they are often analysed individually or only partially. Systems Biology is an interdisciplinary field of research that offers techniques to harvest the information of todays high-throughput experiments. These techniques can be powerful approaches to investigate the aforementioned regulatory layers of a cell either individually or as a whole. In this thesis, I am employing means of Systems Biology to explore signalling pathways and metabolism, and I provide novel workflows for modelling and exploring these systems. Both workflows are focussed on accurate large-scale network reconstructions of the target system. Since one of the major problems in Systems Biology is the availability of experimental data, the workflows put emphasis on the handling of knowledge gaps. They are applied on the Snf1 pathway and metabolism in yeast and provide new findings about this model organism. Furthermore, this thesis presents an in-depth analysis of metabolic reprogramming in colorectal cancer cells, which yields previously unknown coherences of metabolic function and oncogenes. Finally, I am presenting a proposal for a standardised data format in Systems Biology, which is based on data tables. In summary, this thesis comprises works on signalling pathways and cell metabolism, which includes novel modelling workflows and new biological findings, analyses their impact on the scientific state of the art, and proposes directions for new experimental targets.

Ein zentrales Merkmal der humoralen Antwort ist die im Laufe der Zeit ansteigende Affinität der Antikörper gegenüber dem Antigen, ein Phänomen, das man generell als Affinitätsreifung bezeichnet. Die Affinitätsreifung von Antikörpern ist an die transiente Ausbildung von Keimzentren gebunden, die man nach Immunisierung mit einem T-Zell-abhängigen Antigen in sekundär lymphatischen Geweben wie der Milz beobachtet. Innerhalb der Keimzentren durchlaufen B-Zellen einen mikro-evolutionären Prozess, in dessen Verlauf es zu einer Diversifizierung der von den B-Zellen kodierten B-Zell-Rezeptoren durch somatische Hypermutation und anschließender Selektion derjenigen B-Zellen mit den besten Bindungseigenschaften gegenüber dem Antigen kommt. In den letzten Jahren waren große Fortschritte hinsichtlich der Aufklärung der molekularen Mechanismen die zur Diversifizierung der B-Zell-Rezeptoren beitragen zu verzeichnen, wohingegen die Dynamik, der Mechanismus und die treibenden Kräfte der Selektion bisher weitgehend unverstanden sind. In Kürze zusammengefasst trägt die vorliegende Arbeit durch folgende Erkenntnisse zum Verständnis der Evolution von B-Zellen in Keimzentren bei: (1) nicht-synchronisiertes Wachstumsverhalten von Keimzentren, (2) mehrstufige Selektionsstrategie (Verknüpfung von lokaler und globaler Selektion durch Rezirkulation von ausgewanderten Keimzentrums-B-Zellen), (3) zentrale Rolle von Makrophagen für die Homöostase von Keimzentren und die Verhinderung von Autoimmunität, (4) bisher angenommene molekulare Signaturen sind unzulänglich, um positiv und negativ selektierte B-Zellen zu unterscheiden und (5) das Überleben bzw. positive Selektion von Keimzentrums-B-Zellen ist von der Abwesenheit überschüssiger, nachteiliger Mutationen in den CDRs abhängig. / Central to the humoral immune response is the commonly observed improvement of antibody affinity over time, a phenomenon referred to as affinity maturation. Affinity maturation takes place in so-called germinal centers (GC) that are transiently formed in secondary lymphoid tissues (e.g. spleen) following immunization with T cell-dependent antigens. Within GC, B lymphocytes are subjected to a micro-evolutionary process that includes multiple rounds of diversification of their B cell receptors (BCRs) by somatic hypermutation (SHM) and subsequent selection of those B cells showing improved binding characteristics towards the antigen. However, despite recent advances in defining the mechanisms contributing to diversification of B lymphocytes within GC, the dynamics, mechanisms and forces of their selection are poorly understood. The current thesis provides new insights into the evolution of B cells within GC by proposing: (1) non-synchronized GC formation and growth, (2) a multilevel selection strategy (intercalation of local and global selection by recirculation of GC emigrant B cells), (3)a central role for macrophages in retaining germinal center B cell homeostasis and preventing autoimmunity, (4) the failure of commonly supposed molecular signatures to demarcate positively and negatively selected B cells and (5) the survival fate of GC B cells is particularly driven by absence of excess mutations within CDRs that have an adverse effect with respect to antigen binding.