Volitionale Komponenten von Scientific Literacy wie Einstellungen, Interessen und Motivation von Schülerinnen und Schülern wurden bisher wenig untersucht, obwohl Forschungsergebnisse zeigen, dass sie eine wichtige Rolle in der Kompetenzentwicklung spielen. In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung von Schülereinstellungen zu den Fächern Sachunterricht, Naturwissenschaften und Biologie im Laufe der Grundschulzeit und beim Übergang in die Sekundarstufe I untersucht. Die theoretische Grundlage bildet das sozialpsychologische Einstellungskonstrukt. Basierend auf vier verschiedenen Einstellungsausprägungen in Bezug auf „Lernfreude“, „Ziel- und Leistungsorientierung“, „Langeweile“ und „Frustration“ wurde ein längsschnittliches Untersuchungsdesign mit zwei Teilstudien entwickelt. Im Rahmen dieser Längsschnittstudie wurden zwei empirisch geprüfte Instrumente in Form von likertskalierten Fragebögen eingesetzt. Anhand der Befunde kann gezeigt werden, dass sowohl der Übergang zwischen den naturwissenschaftlichen Fächern als auch der Übergang in die Sekundarstufe I die Entwicklung der Schülereinstellungen beeinflusst. Über die Grundschulzeit und darüber hinaus zeigt sich eine stetige Abnahme an Schülerinnen und Schülern mit der Einstellungsausprägung „Lernfreude“ bzw. „Lernfreude und Ziel- und Leistungsorientierung“. Gleichzeitig steigt die Zahl der Schülerinnen und Schülern mit den Einstellungsausprägungen „Langeweile“ und „Frustration“. Nach dem Übergang in die Sekundarstufe I sinkt die Zahl der Schülerinnen und Schüler mit der Einstellungsausprägung „Frustration“ wieder. Mithilfe der vorliegenden Arbeit ist es möglich, in Zukunft Tendenzen vorherzusagen, wie sich Schülereinstellungen in der Grundschule und beim Übergang in die Sekundarstufe I entwickeln. Zudem können die Ergebnisse Lehrpersonen bei der Vorbereitung von Unterricht in den Fächern Sachunterricht, Naturwissenschaften und Biologie von Nutzen sein. / Up to now there are few studies investigating volitional components of scientific literacy such as students’ attitudes, interests and motivation. Some research findings show that the volitional components play an important role in competence development. The present study focuses on the development of students’ attitudes towards natural scientific subjects in primary school and during the transition to secondary school. The theoretical framework used is the attitude construct developed in social psychology. The longitudinal research design comprises two sub-studies based upon four different attitude expressions relating to “enjoyment of learning”, “orientation towards aim and achievement”, “boredom” and “frustration”. Two empirically tested questionnaires were put in place in order to investigate the development of students’ attitudes towards the subjects general sciences, natural sciences and biology. In accordance with the findings of other studies the results of this longitudinal study show that the initial “enjoyment of learning” (sub-study 1) as well as “enjoyment of learning and orientation towards aim and achievement” (sub-study 2) declines over the school years. At the same time the attitude expressions “boredom” and “frustration” can be found in an increasing number of students. After the transition to secondary school the number of students with the attitude expression “frustration” declines. There seems to be an impact of the transition on the development of students’ attitudes. Knowing how attitudes develop during the transition to secondary school could be a basis for the design and development of teaching science education and help to form transition programs and strategies which trigger the development of positive attitudes. The outcome of this would be a development of scientific literacy.

Die Familie der ErbB-Rezeptor-Tyrosinkinasen besteht aus vier Mitgliedern, dem EGF-Rezeptor (ErbB-1), ErbB-2, ErbB-3 und ErbB-4. ErbB-Rezeptoren spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des Nervensystems, des Herzens und der Brustdrüsen. Ein Teil dieser Differenzierungsvorgänge läßt sich in vitro nachvollziehen: so ist zum Beispiel die Aktivierung des ErbB-2 Rezeptors ausreichend für alveoläre Morphogenese der Brustdrüsenepithelzellinie EpH4. Intrazelluläre Moleküle, die dieses ErbB2-Signal übertragen, sind allerdings noch unbekannt. Mit Hilfe eines neuen, modifizierten Hefe-2-Hybrid-Systems wurde in der vorliegenden Arbeit Vav2 als neuer Interaktionspartner von ErbB-2 identifiziert. Vav2 assoziiert mit aktiviertem ErbB-2 über eine SH2-Domäne. Die Interaktion ist direkt und ist von zwei Phosphotyrosinen in ErbB-2 abhängig. Vav2 kann den GDP/GTP-Austausch bei GTPasen der Rho-Familie vermitteln. Dadurch kann der Umbau des Zytoskeletts und Veränderungen der Transkription sowie Zelltransformation induziert werden. In einem dreidimensionalen Zellkultursystem kann aktiviertes Vav2 in EpH4 Zellen die Bildung von alveolären Zellaggregaten induzieren. In diesen Alveolen umgibt eine Schicht polarisierter milchproduzierender Zellen ein zentrales Lumen. Diese Vav2-vermittelte Morphogenese ist abhängig von der katalytischen GDP/GTP-Austausch Aktivität von Vav2. Katalytisch-inaktives Vav2 kann die morphogenetische Aktivität von ErbB-2 in EpH4-Zellen verhindern, ohne die mitogene Aktivität von ErbB-2 zu beeinflussen. Vav2 ist mit ErbB-2 coexprimiert und interagiert mit dem Rezeptor in Brustdrüsenzellen schwangerer Mäuse. Diese Untersuchungen deuten darauf hin, dass Vav2 eine wichtige Funktion bei der durch ErbB-2 induzierten alveolären Morphogenese der Brustdrüse spielt. / The ErbB receptor tyrosine kinases constitute a subfamily of four structurally related members, the EGF receptor (ErbB-1), ErbB-2, ErbB-3 and ErbB-4. ErbB receptor tyrosine kinases are critical for embryonic development of central and peripheral neural structures and heart. In addition, ErbB receptors play an important role in the postnatal development of the mammary gland. Previous studies showed that activated ErbB-2 receptor induces alveolar morphogenesis of EpH4 mammary epithelial cells that are cultured on a three-dimensional matrix (termed Matrigel). However, the downstream signaling proteins that mediate this biological activity of ErbB-2 were unknown. In this work, Vav2 was identified as a direct interaction partner of tyrosine-phosphorylated ErbB receptors using the yeast two-hybrid system. Vav2 is a member of a family of guanine nucleotide exchange factors that induce cytoskeletal rearrangements, transcriptional alterations, and have oncogenic potential when activated. To test the ability of Vav2 to mediate morphogenic signals of ErbB-2, EpH4 cells overexpressing Vav2 protein were cultured on Matrigel. Indeed, Vav2 induces alveolar morphogenesis of EpH4 cells when activated either by oncogenic mutation or tyrosine phosphorylation by ErbB-2. The morphogenic activity of Vav2 requires the Dbl homology domain, which mediates GDP/GTP exchange. Dominant-negative Vav2 specifically blocks the morphogenic signals of ErbB-2 in EpH4 cells without interfering with ErbB2-induced mitogenesis. Importantly, Vav2 is co-expressed and interacts with ErbB-2 in the mammary glands of pregnant mice. Taken together, these results point to Vav2 as a candidate to mediate ErbB-2 signals for alveolar morphogenesis in vivo, which is a relevant step in the development of the mammary gland during pregnancy.

Der adoptive Transfer von TZR-modifizierten T Zellen ist mit potentiellen Risiken verbunden. Autoimmunreaktionen können auftreten, wenn Tumor-assoziierte Antigene auf normalem Gewebe erkannt werden, Fehlpaarung der TZR-Ketten zur Bildung eines autoreaktiven Rezeptors führen oder ein sonst anerger auto-reaktiver endogener Rezeptor aktiviert wird. Auch besteht das Risiko der malignen Transformation der Zelle durch Insertionsmutagenese. Daher ist es notwendig, die transferierten T Zellen im Fall schwerer Nebenwirkungen eliminieren zu können. Derzeit verfügbare Sicherheitsmechanismen sind für die Therapie mit TZR-modifizierten T Zellen ungeeignet. In dieser Arbeit wurde ein neuer Sicherheitsansatz entwickelt, der auf einem TZR-intrinsischen Depletionsmechanismus beruht und TZR-veränderte T Zellen eliminieren kann. Durch Einfügen eines myc-tags in murine (OT-I, P14) und humane (gp100) TZRs konnten TZR-exprimierende T Zellen in vitro und in vivo mittels eines myc-spezifischen Antikörpers depletiert werden. Die T Zellen behielten vergleichbare Funktionalität hinsichtlich Antigenerkennung und Zytokinsekretion wie Zellen, die den Wild-Typ Rezeptor exprimierten. Die Depletion adoptiv transferierter T Zellen verhinderte lethalen Diabetes in einem Mausversuch. Im verwendeten Modell wurden Splenozyten, die einen myc-getagten OT-I TZR exprimierten, in RIP-mOVA Mäuse injiziert, welche in den Inselzellen des Pankreas das OT-I-spezifische Antigen Ovalbumin exprimieren. Zerstörung der Inselzellen durch die T-Zellen induzierte lethalen Diabetes in unbehandelten Mäusen. Tiere, denen ein myc-spezifischer Antikörper verabreicht wurde, zeigten keine Symptome. Dieser neuartige Sicherheitsmechanismus erlaubt es, adoptive T Zelltherapie abzubrechen, falls schwere Nebenwirkungen auftreten. Im Gegensatz zu früheren Strategien muss kein zusätzliches Sicherheitsgen eingebaut werden und die Sicherheit des Ansatzes wird durch Verlust oder Herunterregulierung des Transgens nicht beeinflusst. / Adoptive transfer of TCR gene-modified T lymphocytes into patients is associated with potential risk factors. First, auto-immunity may occur if a tumor-associated antigen is targeted on normal tissue, if TCR chain mispairing leads to the formation of an auto-reactive receptor or if an otherwise anergic endogenous receptor specific for an auto-antigen becomes activated. Second, retroviral integration could lead to malignant transformation of the T cell. Therefore, it is essential to have the possibility to deplete the transferred T cells in vivo in case of severe side effects. The available safety modalities comprise disadvantages rendering them less feasible for the application in therapy with TCR gene-modified T cells. In this study, a safeguard based on a TCR-intrinsic depletion mechanism has been developed that eliminates auto-reactive TCR-redirected T cells. By introducing a myc-tag into the murine (OT-I, P14) or human (gp100) TCRs it was possible to deplete TCR-expressing T cells in vitro and in vivo with a myc-specific antibody. The T cells maintained equal function compared to cells expressing the wild-type receptor as shown by antigen binding and cytokine secretion. Importantly, the in vivo depletion of adoptively transferred T cells prevented disease in an auto-immune mouse model. Here, splenocytes transduced with a myc-tagged OT-I TCR were injected into RIP-mOVA mice expressing the OT-I-specific antigen ovalbumin in the pancreatic beta-cells. Destruction of these cells by the adoptively transferred T cells led to severe diabetes in untreated mice. Animals receiving a myc-specific antibody after T cell transfer showed no increase in blood glucose levels. The developed safeguard allows termination of adoptive therapy in case of severe side-effects. The strategy is superior to previous ones as it relies on a TCR-intrinsic mechanism which does not require introduction of an additional gene and safety is not hampered by loss or low expression of the transgene.

Schädigungen im zentralen Nervensystem treten nicht nur bei der Multiplen Sklerose (MS), sondern auch bei einer Vielzahl weiterer entzündlicher Schadensparadigmen auf. Allgemeines Kennzeichen dieser primär wie auch sekundär entzündlichen neurodegenerativen Erkrankungen ist das Auftreten von oxidativem Stress in Verbindung mit einer eingeschränkten Regeneration von Nervenzellen und einem übermäßiges Auftreten von Astrozyten. Allerdings ist bislang nicht bekannt, welche Faktoren für eine frühe neuronale Schädigung verantwortlich sind, und welche Faktoren zu einem übermäßigen Auftreten von Astrozyten beitragen. Vorarbeiten belegten, dass Apoptose-regulierende Systeme, wie z.B. der TRAIL-Signalweg, sowohl an der Immunregulation als auch an Schädigungsprozessen im Gehirn beteiligt sein können. Im Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass eine auf das ZNS beschränkte Blockade des TRAIL-Signalwegs in der EAE, dem Tiermodell der MS, zu einer signifikanten Verminderung des Erkrankungsgrades führte. Darüber hinaus wurde eine reduzierte Enzephalitogenität von TRAIL-defiziente Myelin-spezifischen Lymphozyten belegt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der TRAIL-vermittelte Schädigungsmechanismus die Pathogenese der Neuroinflammation entscheidend mitbestimmt und die immunregulatorische Wirkung eine eher untergeordnete Rolle spielt. Dagegen stellte sich im Tiermodell der bakteriellen Meningitis heraus, dass TRAIL hier eine anti-inflammatorische Rolle im ZNS spielt, die vor allem durch eine TRAIL-R-abhängige apoptotische Minderung der Entzündungsreaktion vermittelt wird. Eine Beeinflussung der Migration von Effektorzellen durch TRAIL konnte in diesem Modell ausgeschlossen werden. Anscheinend hängt die therapeutische Modulation des TRAIL-Systems entscheidend von der jeweils zu Grunde liegenden Ätiopathogenese ab und kann nicht allgemein auf entzündliche ZNS-Erkrankungen übertragen werden. Als mögliche Ursache für eine verminderte Regenerationsfähigkeit endogener Stammzellen konnte hier ein endogener Mechanismus aufgedeckt werden, der als Antwort auf oxidativen Stress zu einem quantitativen Überwiegen von Astrozyten führt. Dabei zeigte sich, dass nicht toxische oxidative Bedingungen das Proliferationsvermögen von neuralen Stammzellen deutlich hemmten und dazu führten, dass anstelle von Neuronen vornehmlich Astrozyten entstehen. Dieses veränderte Differenzierungsvermögen ließ sich sowohl in vitro als auch in vivo experimentell nachvollziehen und wies darauf hin, dass durch milde Entzündungsprozesse hervorgerufene basale metabolische Veränderungen die neuronale und astrogliale Entwicklung aus neuralen Stammzellen reziprok reguliert wird. In weiteren Untersuchungen stellte sich heraus, dass die Histondeacetylase Sirt1 in neuralen Stammzellen als Sensor für das Redox-Potenzial dient. Schon geringe metabolische Änderungen induzierten die Bindung an den bHLH-Transkriptionsfaktor Hes1, die zu einer direkten Modulation des pro-neuronalen Transkriptionsfaktors Mash1 führten und die Differenzierung von neuralen Stammzellen zugunsten der astroglialen Entwicklung beeinflussten. Die Aufklärung dieses Mechanismus könnte somit zukünftig helfen, intrinsische Regenerationsprozesse nach Schädigung des ZNS zu verstärken und damit neue therapeutische Perspektiven bei neurologischen Erkrankungen zu öffnen. / Damage processes of the central nervous system (CNS) are not only found in Multiple sclerosis (MS) even in a variety of inflammatory diseases. A common feature of these inflammatory neurodegenerative disorders is the existence of oxidative stress in combination with a failure of neuronal replenishment and the predominant occurrence of astrocytes (known as astrogliosis). So far, factors, which are responsible for early neuronal damage and overwhelming generation of astrocytes, are not known. Recent studies could show that the tumor necrosis factor related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) might be involved in immunregulation as well as damage processes in the CNS. Here, it could be shown that blockade of TRAIL in the CNS of animals suffering from experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) significantly ameliorates the disease. Furthermore, transfer of myelin-specific TRAIL-deficient T cells into wild type recipients lead to a significantly attenuated disease score. These findings underline the contribution of TRAIL to irreversible CNS damage. In the adult mammalian brain, multipotent and self-renewing neural progenitor cells (NPCs) have the capacity to generate new neurons, astrocytes and oligodendrocytes. NPCs may thus serve as a regenerative tool by which brain damage could be compensated. However, repair processes in response to all forms of neuronal injury, be they inflammatory, ischemic, metabolic, traumatic or other, are characterized by the failure of neuronal replenishment and the predominant occurrence of astrocytes. The common molecular pathways underlying this phenomenon are only poorly understood. Here, it could be shown that subtle alterations of the redox state, found in different brain damage scenarios, substantially regulate the fate of murine NPCs via the histone deacetylase silent mating type information regulation 2 homolog 1 (Sirt1). Mild oxidative conditions suppress proliferation of NPCs and direct their differentiation towards the astroglial at the expense of the neuronal lineage (and vice versa). Under oxidative conditions, NPCs upregulate Sirt1 in vitro and in vivo, which then binds to the transcriptional repressor Hes1 and finally downregulates the pro-neuronal basic helix-loop-helix transcription factor Mash1. Furthermore, it could be shown that targeted modulation of Sirt1 activity mimics the effects of subtle redox alterations. The results provide evidence for an as yet unknown metabolic master switch, which determines the fate of NPCs. Targeting these mechanisms may minimize undesired aspects of reactive astrogliosis as well as improve the success of therapeutic neural stem cell implantation.

Der globale Prävalenzanstieg allergischer Erkrankungen wird mit der westlichen Ernährung und einem sich ändernden Fettsäurespektrum assoziiert. Die omega-3 Fettsäure Docosahexaensäure (DHA) wurde bereits bei verschiedenen chronisch-entzündlichen Erkrankungen erfolgreich therapeutisch eingesetzt. Die dabei zugrunde liegenden Wirkmechanismen sind jedoch nicht vollständig geklärt. Deshalb wurde hier der molekulare Mechanismus der DHA-vermittelten Hemmung der IgE-Produktion in humanen B-Zellen sowie der verminderten Differenzierung IgE-produzierender Plasmazellen in vitro untersucht. Analysen der beteiligten Signaltransduktionswege offenbarten eine Reduktion der IL-4-abhängigen STAT6-Phosphorylierung und der CD40-vermittelten NFkappaB-Translokation, was zu einer Inhibition des IgE-Klassenwechsels auf dem Niveau des epsilon-Keimbahntranskriptes sowie der Aktivierungsinduzierten Desaminase führte. Weiterhin wurde in einer randomisierten, kontrollierten Doppelblindstudie die Supplementierung mit hochdosierter DHA bei Patienten mit atopischem Ekzem hinsichtlich klinischer und immunologischer Parameter geprüft. Dabei führte DHA zu einer Reduktion des Schweregrades der Erkrankung und zu einer verminderten IgE-Produktion anti-CD40/IL 4-stimulierter Blutzellen ohne Beeinflussung des Serum-IgE-Spiegels. Schließlich wurden die lokalen Prozesse nach DHA-Verabreichung in einem Mausmodell für proteininduzierte Dermatitis analysiert. Dabei war die Reduktion der klinischen Ekzemausprägung mit der verminderten Zahl dermaler CD8+ T-Zellen verbunden. Andere histologische Parameter und das Serum-IgE blieben jedoch unbeeinflusst. Durch die Fähigkeit von DHA, in den IgE-Klassenwechsel in B-Zellen einzugreifen, stellt die Supplementierung mit DHA somit eine mögliche präventive Maßnahme gegen allergische Erkrankungen dar. Ebenso ist DHA in der Lage, den Schweregrad des atopischen Ekzems durch die positive Beeinflussung lokaler inflammatorischer Prozesse signifikant zu verbessern. / The prevalence of allergic diseases has increased worldwide. Westernised diet with its changing polyunsaturated fatty acid (PUFA) proportions is considered to contribute to this development. The omega-3 PUFA Docosahexaenoic acid (DHA) has been reported to be antiinflammatory, but its way of action is not completely understood. Initially, the molecular mechanisms of DHA impact on IgE production in human B cells were examined in vitro. Thereby, DHA inhibited IgE production and the differentiation of IgE secreting cells. This was mediated through direct inhibition of the immunoglobulin isotype switching process by decreasing epsilon germline transcript and activation induced desaminase transcription. Analysis of involved signalling pathways revealed an inhibition of IL-4 driven STAT6 phosphorylation and a reduced NFkappaB translocation into nucleus upon CD40 ligation. Next, in a randomised, double bind, controlled clinical study the efficacy of high-dose DHA supplementation in atopic eczema was determined by investigating the impact on clinical and immunological parameters. In the DHA, but not in control group a clinical improvement of atopic eczema and a reduction of CD40/IL-4 mediated IgE synthesis of peripheral blood cells were observed whereas serum IgE levels remained unchanged. Finally, in a mouse model the impact of oral DHA application on allergen induced dermatitis as well as the underlying local mechanisms were investigated. Thereby, the DHA mediated reduction of clinical skin score was associated with decreased dermal CD8+ T cell numbers, whereas other histological parameters or serum IgE values were not affected. In summary the results indicate that dietary DHA may be effective in prevention of allergic diseases by interference with the IgE switching process and improve the clinical outcome of atopic eczema by its positive impact on local inflammatory processes.

Wachstumsfaktor bedingte Aktivierung des PI3K/Akt/mTOR Signalweg wirkt positiv auf Vermehrung und Überleben. Konstitutive Aktivierung des Signalweges in NHL ist jedoch an Tumorprogression und Therapieresistenz beteiligt. Am Zelllinienmodell wurden zwei mögliche Therapiestrategien der PI3K/Akt/mTOR Inhibition erprobt, PI3K Inhibition mit BKM120 und horizontale Kombination von Zytostatika mit PI3K/Akt/mTOR Inhibitoren Erstens, BKM120 hat Antitumoraktivität in NHL und induziert Zelltod. Auf molekularer Ebene führt BKM120 vermittelte Dephosphorylierung von CDK1 an Y15 zur Aktivierung des M-Phase Komplex CDK1/Zyklin B und Eintritt in die Mitose. Parallel erlaubt die Degradation von Zyklin A und Hochregulation von Zyklin B Progression bis zur Metaphase, hemmt jedoch die Transition in die Anaphase. Anhaltender Metaphasearrest bewirkt programmierten Zelltod über den intrinsischen Signalweg der Apoptose durch Hochregulation der BH3-onlys Puma und Hrk, Aktivierung von Bax/Bak und proteolytische Spaltung von Caspase 9. Verlust von Bax/Bak oder Caspase Inhibition schützt vor BKM120 vermitteltem Zelltod. Bax/Bak defiziente Zellen, welche zusätzlich p53 Mutationen aufweisen, werden polyploid. Die Polyploidie ist ATM-MEK1/2 abhängig und kann mit Caffeine oder U0126blockiert werden. Zur Vermeidung von Polyploidie bedingter Tumorprogression, sollte BKM120 nur in Verbindung mit MAPK/ATM Inhibitoren verwendet werden. Zweitens. Horizontale Kombination PI3K/Akt/mTOR Inhibitoren mit cytotoxischen Substanzen schützt vor Apoptose. Der Schutzeffekt tritt auschließlich bei niedrigen Konzentration auf und ist unabhängig von der Art des Inhibitors bzw. Ebene der Inhibition. Das Onkogen und NFkB Target Pim-2 ist möglicherweise am Schutzmechanismus beteiligt. Durch die PI3K/Akt/mTOR vermittelte Pim-2 Regulation ergibt sich eine neue Rückkopplungsschleife. Im Fazit erschwert die Komplexizität des PI3K/Akt/mTOR Signalweges die Etablierung von Therapien. / Growth factor mediated activation of the PI3K/Akt/mTOR pathway positively regulates proliferation and survival. Constitutive activation in NHL, however, is correlated with tumor progression and therapeutic resistance. Therefore, two possible strategies were tested in a cell line model system, Inhibition of PI3K with BKM120 and PI3K/Akt/mTOR Inhibition in addition to cytostatic drug administration. First, it is demonstrated that the pan PI3K inhibitor BKM120 has antitumor activity in NHL and induces cell death. On molecular level, BKM120 mediated dephosphorylation of CDK1 on Y15 causes activation of the M-phase complex CDK1/Cyclin B and entry into mitosis. In parallel, degradation of Cyclin A and Upregulation of Cyclin B enables progression into metaphase but inhibits transition into anaphase. Prolonged metaphase arrest induces programmed cell death via the intrinsic apoptosis pathway by upregulation of the BH3-onlys Puma and Hrk, activation of Bax/Bak and proteolytic cleavage of caspase-9. Loss of Bax/Bak or caspase inhibition protects from BKM120 induced apoptosis. Bax/Bak deficient cells with additional p53 mutation become polyploid. This polyploidy is ATM-MEK1/2 dependent and can be blocked with Caffeine or U0126. To prevent polyploidy related tumor progression, BKM120 should administered only in combination with ATM or MEK inhibitors. Second, combination of PI3K/Akt/mTOR inhibitors with cytotoxic agents protects from apoptosis. The protective effect is only detectable with low PI3K/Akt/mTOR inhibitor concentrations and independent of inhibitor type or cascade level. The oncogene and NFkB target is possibly involved in apoptosis protection and inhibition of NFkB neutralizes the protective effect. PI3K/Akt/mTOR mediated Pim-2 regulation reveals a new feedback loop within the pathway. In conclusion, the complexity of the PI3K/Akt/mTOR pathway impedes therapeutic targeting.

Interleukin 2 (IL-2) ist ein Zytokin, welches in menschlichen Gedächtnis-T-Helfer-Zellen (Teff Zellen) exprimiert und sekretiert wird und damit die Immunantwort formt. Im Gegensatz dazu wird IL-2 normalerweise nicht in regulatorischen T-Zellen (Treg Zellen) exprimiert, sondern von diesen nur aufgenommen. Durch die Aktivierung des T-Zellrezeptors werden Signalkaskaden induziert, welche zur Aktivierung der Transkriptionsfaktoren AP-1, NFAT, und NF-kB führen. Diese sind entscheidend für die Genexpression von IL-2. Im Rahmen meiner Dissertation habe ich die Regulation der IL-2 Genexpression untersucht. Dabei vergleiche ich die transkriptionelle Regulation in Teff Zellen mit der Regulation in Treg Zellen. Insbesondere konnte ich zeigen, dass die endogene Konzentration der Transkriptionsfaktoren sich auf die Anzahl der IL-2 Produzenten auswirkt, aber nicht auf die Konzentration von IL-2 innerhalb einer Zelle. Deshalb untersuche ich wie sich die Konzentration der Transkriptionsfaktoren auf die Häufigkeit von IL-2 Produzenten auswirkt. Ich nutze die vorhandenen endogenen Konzentrationen und kann damit vorhersagen, dass die Zahl der IL-2 Produzenten entscheidend von der c-fos Konzentration in Teff Zellen abhängt. Mit Hilfe des entwickelten Modells kann ich voraussagen, wie der spezifische Inhibitor U0126 die Häufigkeit von IL-2 Produzenten verringert. Diese Vorhersage wurde durch Experimente belegt. Meine Modelle zeigen weiterhin, dass c-fos und NFATc2 die Häufigkeit der IL-2 Produzenten in Teff Zellen kooperativ regulieren. In Treg-Zellen zeigt meine Analyse, dass alle Transkriptionsfaktoren eine ähnliche sigmoidale Wirkung auf die Häufigkeit der IL-2-Produzenten ausüben. Im Gegensatz zu den Teff Zellen haben alle Transkriptionsfaktor eine ähnliche maximale Wirkung auf Genexpression von IL-2. Mittels eines Inhibitionsmodelles konnte ich zeigen, dass der Treg zellspezifische Transkriptionsfaktor FoxP3 allen aktivierenden Transkriptionsfaktoren entgegenwirkt. / Interleukin 2 (IL-2) is a cytokine expressed in human memory T helper cells (Teff cells) and the secretion of IL-2 shapes the immune response. In contrast, human regulatory T-cells (Treg cells) commonly do not express IL-2. The gene expression of IL-2 is induced by the activation of the T-cell receptor signaling network activating the transcription factors AP-1, NFAT, and NF-kB. These transcription factors are crucial for initiating IL-2 gene expression. Within my thesis I compare the regulation of IL-2 gene expression in Teff cells and Treg cells using experiments and modeling. I demonstrate that the transcription factor concentrations correlate with number of IL-2 producers but do not affect IL-2 concentration per cell. Thus, I investigate how the transcription factor concentration of c-fos, NFATc2, p65, and p-c-jun affects the frequency of IL-2 producing cells as a proxy for the probability of a cell to produce IL-2. Using the endogenous heterogeneity of transcription factor concentrations, I predict that the number of IL-2 producers is critically dependent on the amount of c-fos in Teff cells. I use my model to predict how perturbations of c-fos by the specific inhibitor U0126 decrease the frequency of IL-2 producers in Teff cells. This prediction was than validated by experiments. My models furthermore indicate the cooperative behavior of c-fos and NFATc2 on the level of frequency of IL-2 producers in Teff cells. In Treg cells, I show that all transcription factors exert a similar sigmoidal effect on the frequency of IL-2 producers. In contrast to the effects seen in Teff cells, all transcription factor have a similar maximal effect on the IL-2 gene expression. With an inhibitory model I explore the relation between the Treg cell-specific transcription factor FoxP3 the transcription factors c-fos, NFATc2, p65, and p-c-jun on the frequency of IL-2 producers. This model indicates that FoxP3 counteracts the activating function of NFATc2, AP-1, and also NF-kB.

Therapeutische Erfolge von IVIG sind gut dokumentiert, aber die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen sind noch nicht vollständig erforscht. Molekulare Analysen unseres Labors über die Interaktion von IVIG mit Fabs von Patienten, die an einer autoimmunen Thrombozytopenie (ITP) leiden zeigten, dass die am häufigsten selektierten Fab von den V3-23 und V3-30 VH-Keimbahngenen abstammten. Eine weitere Studie mit IgG und IgM Phagen-Display Bibliotheken von einem gesunden Spender zeigten ebenfalls eine bevorzugte Reaktivierung von IVIG mit Fabs vom Ursprung der V3-23 und V3-30 Gene. Es konnte gefolgert werden, dass diese Interaktion von IVIG mit Fabs von diesen zwei VH-Genen weder alleine auf den Gesundheitsstatus des Spenders zurückzuführen war, noch auf eine zuvor erfolgte Behandlung mit IVIG. Diese Dissertation wurde unter Verwendung der Phagen-Display Technologie unternommen, um die molekulare Interaktion von IVIG mit Antikörpern zu erforschen, die von einem Patienten kloniert wurden, der an einem systemischen Lupus erythematodes und rheumatischem Fieber leidet. Die Resultate waren mit den früheren Studien zu vergleichen, insbesondere mit den Daten eines Patienten, der zu der ITP einen Lupus entwickelte. 23 Fabs, welche 7 unabhängige Klone repräsentierten, wurden isoliert. Im Gegensatz zu von Patienten mit ITP abstammenden Klonen reagierte keines von den in dieser Studie selektierten Fabs mit Thrombozyten. Die über IVIG gebundene Fab-Phagen stammten hierbei ausschließlich von den V3-23 und V3-30 VH-Genen ab. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass von diesen Fabs verschiedene CDR3 Regionen einschließlich verschiedenen D- und JH-Gensegmenten benutzt wurden. Die Ergebnisse zeigten weiterhing, dass die Bindung von IVIG an die Fabs unabhängig von der Leichten Kette war. Ihrem Keimbahngen-Ursprung entsprechend hatten die Fabs Aminosäuren an Positionen in den FR1, FR3 und im 3'-Ende von CDR2, die dafür bekannt sind, dass sie für die Bindung des B-Zell-Superantigens Staphylococcus Protein A (SpA) essentiell sind. Es wurde gezeigt, dass sich zwar einige von den Fabs stark an SpA banden, aber keine Korrelation in der Intensität zur Bindung mit IVIG vorlag. Einige Fabs zeigten eine schwache Bindung an HIV gp120, einem anderen B-Zell-Superantigen. Zusammenfassend lässt sich aus der vorliegenden Studie und den vorherigen Ergebnissen schließen, dass ein Anteil von IVIG wie ein B-Zellen Superantigen funktionieren könnte, das für die Bildung und Regulation des normalen B-Zellen Repertoires wichtig ist. Der Bindungsmechanismus scheint ähnlich, aber nicht identisch mit dem der anderen getesteten B-Zellen-Superantigene zu sein. / The beneficial therapeutic effects of IVIG are well documented, but the underlying molecular mechanisms are not fully understood. Recent investigations from our laboratory into the molecular analysis of Fabs bound by IVIG from patients suffering from autoimmune thrombocytopenia revealed that the most frequently selected Fabs originated from the V3-23 and V3-30 VH germline genes. A subsequent study with IgG and IgM phage display libraries from a healthy donor also demonstrated a preferential reactivity of IVIG to Fabs of V3-23 and V3-30 origin. That study revealed that the unique reactivity of IVIG to Fabs of these two VH gene loci was not restricted to the autoimmune nature of the donors, neither to previous treatment with IVIG. One of the thrombocytopenia patients developed lupus. This study was undertaken to study the molecular interaction of IVIG with antibodies selected from a patient suffering from systemic lupus erythematosus and rheumatic fever using phage display technology, and to compare the results with the previous studies. Twenty-three Fabs representing seven independent clones were isolated. In contrast to ITP-derived clones, none of the Fabs selected in this study reacted with platelets. The Fab phages bound by IVIG were sequenced in order to determine their VH gene usage and clonal relatedness. V3-23 and V3-30 VH genes were found to be exclusively utilized by the Fab phages bound by IVIG. Moreover, different CDR3 regions including different D and JH gene segments were observed to be used by these Fabs. The results further showed that the binding of IVIG to the Fabs was independent of the light chain since different light chains were observed to be associated with the VH3 immunoglobulins. Detailed sequence analysis of the Fabs revealed the presence of amino acid residues at positions within FR1, FR3, and the 3' end of CDR2 that are known to be contacted by the B cell superantigen Staphylococcus protein A (SpA). Some of the Fabs were shown to bind strongly to SpA, but there was no correlation with the binding-intensity to IVIG. Some bound very weakly to HIV gp120, another B cell superantigen. This study, together with previous results, suggests that a subset of IVIG may function as a B cell superantigen that may significantly shape the B cell repertoire. The binding mechanism appears to be similar but not identical to the other tested B cell superantigens.

Konventionelle CD8 T-Zellen im intestinalen Epithel unterscheiden sich von T-Zellen gleicher Spezifität in anderen Organen. In dieser Arbeit sollten Mechanismen identifiziert werden, welche die Migration dieser T-Zellen in intestinale Gewebe bestimmen und/oder welche die funktionelle Adaption der T-Zellen an die mukosale Umgebung beeinflussen. Hierfür wurden Mäuse mit einem rekombinanten Listeria monocytogenes Stamm (LmOVA) infiziert, OVA-spezifische CD8 T-Zellen aus der Milz und dem intestinalem Epithel isoliert, und die mRNA-Expressionsprofile dieser Zellen mittels einer Mikroarray-Analyse verglichen. Eine Gruppe von NK-Rezeptoren zeigte auf OVA-spezifischen CD8 T-Zellen aus der intestinalen Mukosa eine geringere Expression. Dieser Unterschied war nach einer oralen Infektion wesentlich stärker ausgeprägt, als nach einer intravenösen Infektion. Die Präsenz der natürlichen Darmflora hatte nur einen sehr geringen Einfluss auf diese organspezifisch unterschiedliche NK-Rezeptor-Expression. Untersuchungen in transgenen CD4dnTGFbetaRII Mäusen wiesen auf TGFbeta als ein entscheidendes Element für die niedrigere NK-Rezeptor-Expression auf T-Zellen in der Darmmukosa hin. Die zweite Fragestellung war die, ob nach einer Lm-Infektion die primäre Aktivierung naiver CD8 T-Zellen und die Re-Aktivierung von Gedächtnis-T-Zellen auch außerhalb sekundärer lymphoider Organe stattfinden kann. Hierfür wurden Mäuse mit der immunmodulatorischen Substanz FTY720 behandelt und splenektomiert. Eine FTY720-Behandlung beeinträchtigte nach iv und nach ig Infektion weder die Ausbreitung der Lm, noch die Fähigkeit der Mäuse zu einer Elimination der Bakterien. Orale Infektionen sowie höher dosierte iv Infektionen führten auch in FTY720-behandelten und zusätzlich splenektomierten Mäusen zu einer T-Zell-Akkumulation und Proliferation in nicht-lymphoiden Organen. Nach einer niedrig dosierten iv Lm-Infektion wurden dagegen in FTY720-behandelten und splenektomierten Mäusen keine OVA-spezifischen T-Zell-Antworten ausgelöst. Insbesondere die Milz schien hier für die T-Zell Aktivierung und Proliferation erforderlich zu sein. Auch für eine Sekundärantwort nach einer iv Infektion mit LmOVA waren lymphoide Gewebe für die Ausbildung einer effektiven T-Zell-Antwort essentiell. / Conventional CD8 T cells in the intestinal epithelium differ from T cells with identical antigen specificity in other organs. One aim of this study was, to identify mechanisms, which determine gut-tropism of these T cells or which influence the functional adaptation of these cells to the mucosal environment. For this purpose, mice were infected with a recombinant Listeria monocytogenes strain (LmOVA). OVA-specific CD8 T cells were isolated from spleen and intestinal epithelium and the mRNA-expression profiles of these cells were compared in a microarray-analysis. One group of NK-receptors were substantially less expressed on Lm-specific CD8 T cells from the intestinal mucosa than on corresponding cells from the spleen. This difference was much more pronounced following oral infection than following iv infection. The presence of the natural gut-flora only slightly influenced the organ-specific NK-receptor expression in CD8 T cells. Experiments with transgenic CD4dnTGFbetaRII mice point to TGFbeta as a decisive factor for the low NK-receptor expression on T cells from the gut mucosa. In the second part of this study it was investigated, whether, following Lm infection, priming of naive CD8 T cells and re-activation of memory T cells could occur outside of secondary lymphoid organs. Mice were treated with the immunomodulatory drug FTY720 and splenectomized. Treatment with FTY720 did neither diminish bacterial dissemination into spleen, liver and MLN, nor impaired the ability of the mice to control the bacteria and to eradicate them from these organs. Oral infection and high dose iv infection led to T cell accumulation and proliferation in nonlymphoid organs of FTY720-treated and additionally splenectomized mice. Following low dose iv infection with LmOVA, no OVA-specific T cell responses were induced in FTY720-treated and additionally splenectomized mice. Especially the spleen seemed to be important for T cell activation and proliferation under these conditions. Also following a secondary iv infection with LmOVA, lymphoid tissues were essential for the generation of an effective T cell response.

Die Schwangerschaft ist ein komplexer Vorgang, bei dem es zu einer Interaktion zwischen dem mütterlichen Immunsystem und dem Fetus kommt. Der allogene Fetus kann als natürlich auftretendes Allotransplantat angesehen werden. Man nimmt daher an, dass die Toleranzmechanismen, die im Rahmen einer erfolgreichen Schwangerschaft auftreten, den Mechanismen zur Akzeptanz eines Transplantates ähnlich sind. HO-1 wurde als ein gewebe-schützendes und anti-apoptotisches Molekül beschrieben, welches eine wichtige Rolle bei der Akzeptanz von Transplantaten spielt. Verschiedene Studien konnten zeigen, dass HO-1 in der Plazenta verschiedener Spezies exprimiert wird und dass die Expression von HO-1 bei Schwangerschaftskomplikationen, wie dem spontanen Abort, vermindert ist. Dies lässt vermuten, dass HO im Laufe der Schwangerschaft eine Rolle spielt. In diesem Kontext sollte die vorliegende Arbeit das Verständnis über die Funktion von HO-1 bei den beiden Schwangerschaftskomplikationen spontaner Abort und Präeklampsie (Schwangerschaftshypertonie) erweitern. Mit Hilfe des Mausmodells für einen spontanen Abort, bei dem weibliche CBA/J Mäuse mit männlichen DAB/2J Mäusen verpaart werden, wurde der Einfluss der HO-1 Expression auf die Abortrate untersucht und mit BALB/c-verpaarten CBA/J Weibchen, welche eine normale Schwangerschaft aufweisen, verglichen. In Mäusen mit spontanem Abort zeigte sich eine Reduktion der HO-1 und HO-2 Expression. Die Induktion von HO-1 mittels Co-PP war in der Lage, die Abortrate zu senken, wohingegen eine Reduktion der HO-1 mittels Zn-PP die Abortrate erhöhte. Es zeigte sich, dass es neben der Induktion von HO-1 auch zu einer erhöhten Expression des anti-apoptotischen Moleküls Bag-1 kam. Im Mausmodell für Präeklampsie wurde ebenfalls die Expression von HO-1 und möglicher Interaktionspartner untersucht. Des Weiteren wurde der Einfluss einer erhöhten bzw. verminderten HO-1 Expression auf die Präeklampsie-ähnlichen Symptome in diesem Mausmodell analysiert. Im Laufe der Arbeit zeigte sich jedoch, dass HO-1 Veränderungen keinen Einfluss auf die Präeklampsie-ähnlichen Symptome hat. Die Daten dieser Arbeit lassen vermuten, dass eine erhöhte Expression von HO-1 zum Zeitpunkt der Implantation den Fetus vor einem spontanen Abort schützt und dass die protektive Funktion von HO-1 durch eine Interaktion mit anti-apoptotischen Molekülen wird. Bei der Präeklampsie hingegen scheint HO-1 keine bzw. nur eine untergeordnete Rolle zu spielen. / Pregnancy maintenance is a very complex phenomenon, involving interactions between the maternal immune system and the semiallogenic foetus, which does not lead to immune rejection but to tolerance. Thus it is thought that the tolerance mechanisms involved in a successful pregnancy are closely related to those allowing graft acceptances. Heme Oxygenases (HO) were described to be tissue-protective and to have anti-apoptotic properties. Up-regulation of HO, particularly of HO-1, allows tissue tolerance after transplantation. The presence of HO-1 had been reported in the placenta of different species during normally progressing pregnancies; in pregnancy complications like spontaneous abortion the levels of HO-1 were reduced. This led to the proposal that HO-1 may play a protective role. The aim of this work was to analyze the influence of HO-1 changes in the outcome of pregnancy, using two different murine models for pregnancy complications, namely of spontaneous abortion and pre-eclampsia. The influence of HO-1 expression on the abortion rate was analysed in DBA/2J-mated CBA/J females, which spontaneously show high abortion rates compared to BALB/c-mated CBA/J females, having fully normal pregnancy. The induction of HO-1 by Co-PP led to diminished abortion rates, while the blocking of HO-1 and HO-2 by Zn-PP boosted abortion. In mice with reduced abortion rates after HO-1 induction, up-regulated levels of the anti-apoptotic molecule Bag-1 could be observed. In mice showing signs for preeclampsia after transfer of Th1 activated cells, the expression of HO-1, Th1/Th2 and eNOS was analysed. Furthermore HO-1 was of up- or down-regulated by using Co-PP or Zn-PP respectively. HO-1 changes did not influence the outcome of the disease, as we could not observe a diminution in the blood pressure levels. In summary, the results of this study indicate that high levels of HO-1 during implantation are able to prevent foetal rejection and that the beneficial effects of the HO-1 induction are related to the up-regulation of tissue protective molecules as Bag-1. No relationship could be observed between HO-1 levels and preeclampsia outcome.