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Kanalrhodopsine (ChRs) sind eine Gruppe von lichtgesteuerten Ionenkanälen, die ursprünglich aus motilen Algen stammen. In ihren nativen Organismus vermitteln sie die Bewegung zu optimalen Lichtbedingungen. In der biologischen Forschung hingegen werden ChRs eingesetzt, um die Erregbarkeit spezifischer Zellen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung optisch zu steuern, ein Forschungsfeld, was als Optogenetik bezeichnet wird. Es wurden zahlreiche ChRs mit unterschiedlichen Eigenschaften charakterisiert und entwickelt, darunter solche, die selektiv für H+, Na+, K+ und Anionen sind. Im Gegensatz dazu sind bisher keine Ca2+-selektiven ChRs bekannt. In Anbetracht der Dominanz der von Kalzium in zellulären Signalwegen in allen Reichen des Lebens, würde ein Ca2+-leitendes ChR präzise Photokontrolle einer Vielzahl von zellulären Prozessen ermöglichen. In dieser Arbeit wurden Chlamydomonas reinhardtii channelrhodopsin 2 (CrChR2) Mutanten, die mit einer Erhöhung der Ca2+-Leitfähigkeit einhergehen, elektrophysiologisch charakterisiert und systematisch verglichen. Von den getesteten Varianten zeigten diejenigen, die eine Erhöhung der negativen Ladung am Selektivitätsfilter des Kanals, dem zentralen Tor, verursachen, erhebliche Auswirkungen auf die Leitfähigkeit für Ca2+ bei negativen Membranspannungen. Daraufhin wurden gezielt homologe Mutationen an mehreren verwandten ChRs eingeführt wodurch erfolgreich zwei Kalzium-durchlässige Kanalrhodopsine (CapChR1 und 2) erzeugt werden konnten. Die erweiterte Charakterisierung der CapChRs ergab eine unterdrückte Na+-Leitfähigkeit und eine erhöhte Ca2+-Durchlässigkeit bei negativen Spannungen. Bei niedrigen extrazellulären Konzentrationen des zweiwertigen Kations zeigten Kalzium-Imaging Experimente die Überlegenheit von CapChR2 bei der Vermittlung des durch Licht ausgelösten Ca2+-Einstroms in kultivierten Zellen. / Channelrhodopsins (ChRs) constitute a group of light-gated ion channels originating from motile algae. In their native organisms, they mediate movement towards optimal light conditions. In biological research, ChRs are employed to optically control excitability of specific cells with a high spatiotemporal resolution in a field commonly referred to as optogenetics. Numerous ChRs with varying properties have been characterized and engineered, including members that are selective for H+, Na+, K+ or anions. In contrast, no Ca2+-selective ChRs have been reported to date. Given the dominance of calcium signaling across the kingdoms of life, a Ca2+-conducting ChRs would enable precise photocontrol of a multitude of cellular processes. In this work, mutants of Chlamydomonas reinhardtii channelrhodopsin 2 (CrChR2) associated with an increase in Ca2+-conductance were characterized via electrophysiology and compared systematically. Out of the tested variants, those increasing the negative electric charge at the selectivity filter of the channel, the central gate, were found to have substantial effects on the conductance for Ca2+ at negative membrane voltages. Subsequently, targeted mutations on several related ChRs were introduced in order to produce two calcium-permeable channelrhodopsins (CapChR1 and 2). Extended characterization of the engineered CapChRs revealed suppressed Na+ conductance and increased Ca2+ permeation at negative voltages. At low extracellular concentrations of the divalent cation, calcium imaging experiments demonstrated the superiority of CapChR2 in mediating light-triggered Ca2+-influx in cultured cells.

Optische Methoden wie die Erfassung sogenannter instrinsischer Signale am eröffneten Kortex, sowie die nichtinvasive Technik der Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) ermöglichen die direkte, biochemisch spezifische Erfassung von Veränderungen der zerebralen Hämoglobinoxygenierung sowie der Hämoglobinkonzentration. Während die invasive Messung intrinsischer Signale auf tierexperimentelle Untersuchungen sowie intraoperative Messungen beschränkt ist, bietet die nichtinvasive NIRS die bisher einzigartige Perspektive eines Monitorings dieser Parameter am Krankenbett. Die nichtinvasiven NIRS-Messungen waren allerdings bislang zumeist auf einzelne Messorte begrenzt. Daneben ist der Einfluß bestimmter anatomischer Strukturen sowie die Bedeutung der gemessenen NIRS Parameter im Sinne zugrundeliegender physiologischer Vorgänge im Rahmen der neurovaskulären Kopplung bislang nur unzureichend untersucht. Ziel der voliegenden Untersuchung war es das räumlich-zeitliche Muster von Veränderungen der Blutoxygenierung bei funktioneller Aktivierung des Gehirns nichtinvasiv im Menschen zu erfassen und im Zusammenhang mit den zugrundeliegenden topographisch anatomischen Strukturen zu beschreiben. Mithilfe multilokulärer Messungen sollte die Möglichkeit einer räumlich aufgelösten Messung geprüft werden und damit die Grundlage für die bildgebende Darstellung von Veränderungen der Blutoxygenierung geschaffen werden. Die Möglichkeit der räumlichen Diskrimination der Signale sollte anhand der Aktivierung unterschiedlicher motorischer Kortexareale evaluiert werden. Weiterhin sollte durch den Vergleich der mit der NIRS gemessenen Veränderungen der Blutoxygenierung mit Veränderungen der Blutflußgeschwindigkeit in den entsprechenden hirnversorgenden arteriellen Gefäßen der Einfluß hämodynamischer Veränderungen im Rahmen der neurovaskulären Kopplung auf den Zeitverlauf der an der Hirnoberfläche gemessenen Veränderungen der Blutoxygenierung untersucht werden. Der methodische Ansatz dieser Arbeit beinhaltete die multilokuläre Erfassung von Verän-derungen der Blutoxygenierung mittels NIRS bei Durchführung verschiedener motorischer Aktivierungsparadigma und die Integration der dabei gewonnenen Daten mit dreidimensionalen kernspintomographischen Daten an denselben Probanden, um eine anatomische Zuordnung der NIRS-Daten zu ermöglichen. In einem zweiten Versuchsansatz wurden simultan zur NIRS-Messung Veränderumgen der Blutflußgeschwindigkeit in der Arteria cerebri media mithilfe der transkraniellen Dopplersonographie (TCD) erfaßt. Insgesamt wurden 18 Probanden untersucht, davon wurde bei fünf Probanden mithilfe multilokulärer Messungen ein NIRS-Mapping und bei 13 Probanden eine simultane TCD-NIRS Messung bei funktioneller Aktivierung des Gehirns durchgeführt. Mithilfe des NIRS Mapping konnte ein lokalisierter Anstieg der Blutoxygenierung bei moto-rischer Bewegung von Finger, Fuß und Ellbogen dargestellt werden. Als typisches Muster dieser lokalen Veränderungen zeigte sich ein Anstieg der oxy-Hb Konzentration sowie ein Abfall der deoxy-Hb Konzentration. Durch den Vergleich mit den kernspintomographischen Daten konnte gezeigt werden, daß die gemessenen Veränderungen mit den topographisch-anatomischen Lokali-sationen der mutmaßlich aktivierten Hirnareale entsprechend der bekannten somatotopischen Gliederung des motorischen Kortex übereinstimmten. Dabei waren die Veränderungen der deoxy-Hb Konzentration stärker lokalisiert und wiesen einen engeren topographischen Bezug zu den aktivierten Hirnstrukturen auf als die Veränderungen der oxy-Hb Konzentration. In der simultanen TCD-NIRS Messung konnte ein enger Zusammenhang zwischen Ver-änderungen der Blutoxygenierung und den Veränderungen der Blutflußgeschwindigkeit in der dieses Gebiet versorgenden Arteria cerebri media gezeigt werden. Es zeigte sich, daß Veränderungen der deoxy-Hb Konzentration linear, Veränderungen der oxy-Hb Konzentration jedoch nichtlinear mit der Blutflußgeschwindigkeit korrelierten. Die vorliegenden Untersuchungen lassen die Schlußfolgerung zu, daß mithilfe multilokulärer NIRS-Technik die Untersuchung des räumlichen und zeitlichen Verlaufes von Veränderungen der Blutoxygenierung und damit eine nichtinvasive bildgebende Erfassung von Veränderungen der zerebralen Oxygenierung analog des invasiven optischen Imaging am offenen Kortex prinzipiell möglich ist. Außerdem konnte die Kombination von NIRS und TCD als einem neuen Instrument zur gleichzeitigen nichtinvasiven Erfassung von Hämodynamik großer hirnzuführender Arterien und zur Messung der Hämoglobinoxygenierung im davon abhängigen Gefäßterritorium etabliert werden. / Modern neuroimaging techniques like PET and fMRI use signals based on changes in blood flow, blood oxygenation and oxygen metabolism associated with neurovascular coupling to map brain function. Optical techniques provide measurements of changes in blood oxygenation with high biochemical specifity as well as othe important parameters like cytochrome oxidase and light scattering which may be directly related to neuronal activity. Optical imaging of intrinsic signals from exposed brain tissue in animals and intraoperatively in humans permit the assessment of brain activity with high spatial and temporal resolution. In recent years using the transcranial approach of near infrared spectrscopy noninvasive assessment of brain activity through the intact skull in humans has become possible. However due to technical difficulties and the complex photon migration pattern of light in the tissue the measurements have a low spatial resolution and have only be used for spectroscopic measurements from single measurement sites. The purpose of the present study was to investigate whether the conventional noninvasive technique of Near infrared spectroscopy can be used to map the spatiao-temporal pattern of functional active areas in the human brain. Using a multilocal measurement approach was measured and characterized the spatio-temporal pattern of changes in [oxy-Hb] and [deoxy-Hb] during functional activation of the motor cortex in five subjects. The signals were used to recontruct maps and images and the spatial pattern of changes in oxy-Hb and deoxy-Hb concetration was described in relation to the underlying brain structures in combination with 3D MRI in the same subject. The somatotopic organisation of the motor cortex was used to evaluate the possibility to discriminate between the spatial localization of distinct cortical areas activated along the motor cortex during finger, ellbow and foot movement. It was furthermore tested whether transcranial measurements of changes in blood oxygenation measured with NIRS reflect a specific functional response due to neurovascular coupling and the relationship between changes in hemoglobin oxygenation over the activated cortical area and changes in blood flow velocity in the supplying artery was described was described in 13 additional subjects during performance of a ipsi- and contralateral finger movement task. Using multilocal NIRS mapping is was found that functional activation is associated with a localised increase in hemoglobin oxygenation. The typical response was an increase in [oxy-Hb] and a decrease in [deoxy-Hb]. These changes colocalise topographically with the underlying activated cortical region and follow the somatotpoic organisation of the motor cortex. However changes in [deoxy-Hb] seem to be more localised and demonstrate a closer topographical relationship to the respective activated area than changes in [oxy-Hb]. Simultanous TCD-NIRS measurements demonstrated a similar time course for changes in hemoglobinoxygenation and changes in blood flow velocity. A close correlation was found between the increase in blood flow velocity and the increase in [oxy-Hb] and [total-Hb] and the decrease in [deoxy-Hb]. Changes in [deoxy-Hb] showed a linear and changes in [oxy-Hb] a nonlinear relationship with changes in CBFV. The present study demonstrates that multilocal NIRS measurements can be used to map the spatio-temporal pattern of functional active areas in the human brain. Similar to the invasive optical imaging on the exposed cortex functional imaging with NIRS seems to be potentially possible however with low spatial resolution. Changes in hemoglobinoxygenation reflect a specific functional response associated with hemodynamic mechanism of neurovascular coupling. Simultaneous TCD-NIRS measurements provide a noninvasive intruments for multimodal assessment of hemodynamic changes and changes in hemoglobinoxygenation during functional activation of the human brain. With further technical development of the technique of near infrared spectroscopy has the potentail of a new and noninvasive and flexible functional imaging technique at the bedside and can shed further light on the physiological basisi of functional imaging signals based on blood oxygenation.

Die in den letzten Jahren erfolgte Entwicklung im hämatologisch / onkologischen Grundlagenwissen hat neue therapeutische Strategien eröffnet. Die Übertragung von molekularbiologischer und tumorimmunologischer Grundlagenforschung in die klinische Anwendung und die Entwicklung verschiedener neuer Immun- und Gentherapieverfahren unter Verwendung von DNA des Tumorantigens Muzin sind der Schwerpunkt der Arbeit. Dargestellt werden Forschungsergebnisse von der Testung eines Impfstoffs in Schimpansen bis hin zur klinischen Anwendung einer Vakzine an Patienten: Das humane Tumorantigen Muzin, kodiert durch das Gen MUC1, ist ein großes Glykoprotein welches auf Pankreas-, Mamma- und Ovarialkarzinomen weniger glykosyliert ist und von zytotoxischen T-Zellen und monoklonalen Antikörpern erkannt werden kann. Schimpansen wurden mit Muzin-cDNA-transfizierten Epstein-Barr-Virus (EBV)-immortalisierten autologen B-Zellen immunisiert und dadurch konnte eine Induktion einer zellulären Immunantwort erreicht werden. Darüber hinaus wurden humane virusfreie "Mini"-EBV-B-Zelllinien etabliert, die das Tumorantigen Muzin exprimieren und eine unbegrenzte und sichere Quelle für Antigen präsentierende Zellen, mit denen ex vivo T-Zellen antigenspezifisch stimuliert und expandiert werden können, liefern. Als eine weitere Strategie wurde ein immortalisierter humaner CD4+ T-Zellklon, der das Tumorwachstum in Mäusen hemmt, generiert. Der Rezeptors dieses Muzin-erkennenden T-Zell-Klons wurde sequenziert und liefert die Grundlage für eine mögliche adoptive Immuntherapie unter Transfer dieses Rezeptors in Effektorzellen für ein antigenspezifisches Targeting. Weiterhin wurde eine "nackte" Muzin-DNA-Vakzine verwendet. Diese führte in einem Maustumor-Modell zu einer Langzeit-Hemmung des Tumorwachstums. Schließlich wurden dendritische Zellen für eine Vakzinierung genutzt. Als Voraussetzungen für eine klinische Anwendung wurden eine liposomale Gentransfermethode und eine effiziente Kryokonservierungsmethode für humane dendritische Zellen etabliert. Eine Vakzine, bestehend aus liposomal Muzingen (MUC1)-transfizierten autologen dendritischen Zellen, wurde in eine klinische Phase I / II umgesetzt. Es konnte demonstriert werden, dass diese Art von Vakzinierung durchführbar und sicher ist, und dass Immunantworten auch bei Patienten mit weit fortgeschrittener Erkrankung erzielt werden konnten. Die Ergebnisse dieser Arbeit leisten einen Beitrag zu neuen therapeutischen Strategien in der Onkologie und Hämatologie. DNA-basierte Vakzinen und Immuntherapien stellen vielversprechende Methoden für künftige onkologische Behandlungsmöglichkeiten dar. / The recent development in oncological and hematological basic sciences has opened new therapeutic strategies. The transfer of molecular biology- and tumorimmunological research into clinical application and the development of different new immuno- and gene-therapeutical methods using DNA of the human tumor antigen mucin are the main focus of the work. Presented are results reaching from vaccination of chimpanzees to a clinical phase I / II study in patients: The human tumor antigen mucin, encoded by the gene MUC1, is a large glycoprotein which is underglycosylated on pancreatic-, breast- and ovarian cancer cells and can be recognized by cytotoxic T cells and monoclonal antibodies. Chimpanzees were immunized with mucin-cDNA-transfected Epstein-Barr-Virus (EBV)-immortalized autologous B cells as a vaccine inducing a cellular immune response in these animals. Moreover, human virus-free "mini-EBV-B-cell lines" expressing the tumor antigen mucin were generated providing an unlimited and safe source for antigen presenting cells to specifically stimulate and expand T cells ex vivo. As another strategy an immortalized human CD4+ T cell clone inhibiting tumor growth in mice was grown. The receptor of this mucin recognizing T cell clone was sequenced and provides the basis for a possible adoptive immunotherapy by transferring this receptor into effector cells for specific targeting. A further approach was to use a "naked" mucin-DNA-vaccine. This vaccine was able to suppress long-term tumor growth in a mouse tumor model. Finally, dendritic cells were used for vaccination. As prerequisites for a clinical application, liposomal gene transfer- and efficient cryopreservation- methods of human dendritic cells were established. A vaccine consisting of liposomal mucin gene (MUC1)-transfected autologous dendritic cells was evaluated in a clinical phase I / II trial. It could be demonstrated that this dendritic cell vaccine is feasible and safe and that immune responses can be induced even in patients with advanced diseases. The results of these studies contribute to new therapeutical strategies in oncology and hematology. DNA-based vaccines and immunotherapies could be promising tools for future oncological treatments.

Antikörper gegen Circumsporozoite protein (CSP), ein Oberflächenantigen von Plasmodium falciparum (Pf), können sterile Immunität hervorrufen und dadurch die Entwicklung von Malaria im Tierversuch verhindern. Im Menschen werden protektive B-Zell Gedächtnisantworten gegen CSP durch natürliche Malariaerkrankung bzw. Vakzinierung jedoch nur unzureichend erzeugt. - Für die Entwicklung von Gedächtnis-B-Zellen stellt die Affinitätsreifung, welche durch somatische Immungobulin Hypermutation sowie der nachfolgenden Selektion von B-Zellen mit verbesserter Antigenaffinität charakterisiert ist, eine Schlüsselfunktion in der Generierung von protektiven Immunantworten dar. Wie Affinitätsreifung gegen CSP im Menschen stattfindet ist jedoch nicht bekannt. In dieser Arbeit wird die Affinitätsreifung von CSP Gedächtnis B-Zellen auf Einzelzellebene im Menschen über drei kontrollierte Infektionen mit Pf Sporozoiten unter Chemoprophylaxe untersucht. Durch Hochdurchsatz-Einzelzell-Sequenzierung der Immunoglobulin (Ig) gene loci und der Produktion von rekombinanten monoklonalen Antikörpern gewährt diese Arbeit Einsicht in die Selektion und Affinitätsreifung von humanen Gedächtnis-B-Zell Antworten gegen komplexe Proteinantigene und identifiziert Keimbahn kodierte Immunglobulin Charakteristika, die mit hoher CSP-Affinität und Pf-Inhibition einhergehen. Überraschenderweise zeigen die Daten, dass initiale klonale Selektion von hochaffinen B Zellen eine weitaus wichtigere Rolle als Affinitätsreifung in dieser Infektion spielt. Diese Arbeit zeigt fundamentale Eigenschaften von humanen Gedächtnisantworten in einer komplexen Parasiteninfektion und liefert die Grundlage für ein mögliches Design von neuartigen Immunogenen um hoch-affine B-Zellen gegen CSP effizienter zu induzieren. / Antibodies against the major Plasmodium falciparum (Pf) sporozoite surface protein, circumsporozoite protein (CSP), can mediate sterile immunity thereby preventing malaria disease symptoms as shown by passive transfer in animal models. However, protective anti- CSP memory antibody responses are not efficiently induced by natural Pf exposure or vaccination. Affinity maturation, i.e. the diversification of antigen-activated naïve precursor B cells by a somatic immunoglobulin (Ig) gene mutation process and the subsequent selection of B cells expressing antigen receptors with improved antigen affinity in germinal center reactions is considered key to the formation of protective memory B cell responses. However, how the anti-PfCSP memory B cell response matures in humans is not known. To address this question, the clonal evolution of the human anti-Pf CSP memory B cell response over three successive controlled Pf infections under chemoprophylaxis was assessed at single cell level by high throughput paired full-length Ig gene sequencing and recombinant monoclonal antibody production. The work provides basic insights in the longitudinal development of human memory B cell responses and identified germline-encoded Ig gene features that were associated with high anti-CSP affinity and Pf inhibitory antibody activity. The clonal selection of germline B cells expressing such antibodies, rather than affinity maturation, was associated with high quality anti-PfCSP memory B cell responses. The data provide insights into the evolution of antibody response to a complex protein antigen during infection and a strong rational for the design of novel CSP immunogens to target naïve B cell precursors expressing potent anti-CSP antibodies for the induction of protective memory B cell responses by vaccination.

Der DNA-Verpackungsmechanismus des humanen Cytomegalievirus (HCMV) ist charakteristisch für große DNA-Viren wie Herpesviren und ds-Bakteriophagen. Er beruht auf der Spaltung der konkatemeren DNA durch einen viralen, hetero-oligomeren Proteinkomplex, der Terminase. In der vorliegenden Arbeit konnten die funktionellen Domänen der Terminase-Untereinheit pUL89 in vitro identifiziert und charakterisiert werden. Neben einer Nuklease-Aktivität besitzt pUL89 auch die Fähigkeit dsDNA sequenz-unabhängig zu binden. Durch Nuklease-Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass pUL89 sowohl dsDNA, als auch lineare DNA spaltet. PUL89 weist dabei eine größere Spezifität zu dsDNA auf. Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, dass die Aminosäure D463 eine zentrale Funktion innerhalb der Nuklease-Aktivität besitzt. Durch kolorimetrische DNA-Bindungsuntersuchungen konnte die Aminosäure R544 als essenziell für die dsDNA-Bindungsfähigkeit von pUL89 identifiziert werden. Basierend auf den in vitro Ergebnissen wurden rekombinanten TB40/E-Virusmutanten mit Mutationen im ORF UL89 durch die En Passant Mutagenese generiert. Mit Hilfe dieser Viren sollte der Einfluss der Mutationen auf die Replikation des Virus charakterisiert werden. Es war möglich nachzuweisen, dass die Aminosäuren E534 und R544 eine essenzielle Aufgabe innerhalb von HCMV erfüllen, da die Mutation einer dieser Aminosäure zu nicht wachstums-fähigen BAC-Mutanten führte. Zur Charakterisierung dieser Konstrukte wurden die Zelllinien HELF Fi301-UL89 und HELF Fi301-vProm-UL89 verwendet. Durch Untersuchungen hinsichtlich der Wachstumseigenschaften, Proteinexpression, DNA-Spaltung, DNA-Bindung sowie elektronenmikroskopischen Aufnahmen, konnte gezeigt werden, dass die wachstums-kompetenten BAC-Mutanten keinen signifikanten Unterschied zum Wildtyp-Virus TB40/E zeigten. Sodass nachgewiesen werden konnte, dass die basischen Aminosäuren H565 und H571 keine essenzielle Funktion in pUL89 erfüllen. / The human cytomegalovirus DNA packaging mechanism is characteristic for large DNA viruses like Herpes viruses and ds bacteriophages. This mechanism is based on the cleavage of concatemeric DNA by the viral heterooligomeric protein complex terminase. This dissertation includes the identification and characterization of functional domains of the HCMV terminase subunit pUL89. PUL89 contain a nuclease activity and the ability to bind dsDNA. This protein shows the property to cut as well dsDNA as linear DNA. The amino acid D463 shows a significant role in this cleavage event. Colorimetric DNA binding experiments show the central role of R544 in DNA binding by pUL89. Based of the in vitro results recombinant TB40/E viruses with mutations in the ORF UL89 were generated. These viruses allow a characterization of the impact of virus replication. It was possible to show that the amino acids E534 and R544 have a functional role in HCMV. The mutation of one of these amino acids was enough to generate a growth deficient mutant. The stable cell lines HELF Fi301-UL89 and HELF Fi301-vProm UL89 were used for the characterization of the growth deficient mutants. The growth competent mutants H656A and H571A show no significant differences in comparison with the wild type TB40/E virus. This was verified by growth kinetics, protein expression characterizations, pulse field gel electrophoresis, DNA binding assays and electron microscopy.

Das Hauptanliegen meines Forschungsprojektes war die erneute Untersuchung der aus dem späten 3. bis 7. Jahrhundert n. Chr. stammenden griechischen medizinischen Papyri, die zwischen 1913 und 1914 hauptsächlich an einem Ort in der ägyptischen Stätte von Antinoopolis gefunden wurden. Antinoopolis bietet die Gelegenheit, diesen Dokumenten einen archäologischen Kontext zu geben, zumal die vorliegende geographische und chronologische Kontinuität einen detaillierten Vergleich der durch diese Quellen konservierten Daten begünstigt. Das Interesse an Antinoopolis aus medizinhistorischer Perspektive ist durch die diversen Heilpraktiken begründet, die von den dokumentarischen, literarischen und archäologischen Beweisstücken bezeugt werden, und deren Quantität und Bandbreite für ein ägyptisches Dorf außergewöhnlich sind. Das Ziel meiner Forschung an den Papyri ist sowohl philologischer als auch kulturhistorischer Natur. Erstens habe ich versucht, die Manuskripte wissenschaftlich zu präsentieren und ihre Eigentümlichkeiten, Charakteristika und Funktionen zu diskutieren. Ich wollte unser Verständnis dieser Fragmente durch die Identifizierung neuer Textabschnitte, die Integrierung von Textzusätzen und eine genauere Untersuchung ihrer formellen Struktur verbessern, was zu einer überarbeiteten Edition einiger ausgewählter Papyri führte. Darüber hinaus habe ich versucht, zum besseren Verständnis des allgemeinen Umfeldes dieser ägyptischen Gemeinschaft, besonders in Bezug auf religiöse Heilpraktiken im Zusammenhang mit der heiligen Stätte des Collouthus beizutragen, und die historischen und kulturellen Gegebenheiten zu untersuchen, in denen diese Texte genutzt wurden. Schlussendlich untersucht meine Forschung die Entwicklung des Kodex im Allgemeinen über den Zeitraum der späten Antike, die an verschiedenen Aspekten beobachtet werden kann. Eine der interessantesten Fragen dabei ist, wie die Texte gesammelt und präsentiert wurden, d.h. der Zusammenhang von Aufbewahrung der Papyri und ihrem Textinhalt. / The main aim of my research project was to re-examine the Greek medical papyri from the Egyptian site of Antinoopolis dating between late 3rd up to 7th century AD, discovered mostly in a single area between 1913 and 1914. Antinoopolis offers the potential for putting documents into an archaeological context, and this geographical and chronological consistency facilitates a close comparison between the data preserved in these sources. The interest in Antinoopolis, as far as the medical tradition is concerned, lies in the diverse healing practices attested by documentary, literary and archaeological evidence whose quantity and range is altogether exceptional among Egyptian villages. The objective of my research is both papyrological-philological and cultural-historical. Firstly, I have tried to present the manuscripts and discuss their peculiarities, characteristics and functions. I have sought to improve our understanding of these fragments through the identification of new portions of text, the integration of supplements and a better assessment of their formal arrangement, which resulted in the revised edition of a few outstanding papyri. In addition to this, I have tried to contribute to the evaluation of the general context of this Egyptian community, particularly as regards religious healing practices connected to the sanctuary of Collouthus, and to explore the historical and cultural circumstances in which these texts were used. Finally, my research investigates the development of the codex throughout late Antiquity, which can be observed in a number of respects. One of the most significant concerns how the texts were assembled and presented, namely the interplay between container and content.

Malaria Impfstoffkandidaten, welche Sicherheit und Wirksamkeit gegen prä-erythrozytische Stadien bieten, sind nach wie vor in der Entwicklung. Experimentelle Immunisierungsstudien mit genetisch attenuierten Parasiten (GAP), welche die Entwicklung über das klinisch asymptomatische Leberstadium hinaus verhindern, erwiesen sich als sicher und effizient. ΔSLARP GAP-Sporozoiten arretieren vollständig in der Leber, bieten jedoch keinen langanhaltenden Schutz. Hingegen zeigen Immunisierungen mit ΔP36p/P36 Sporozoiten einen langanhaltenden Schutz, führen jedoch während der Immunisierung gelegentlich zu Blutstadieninfektionen. Diese Studie liefert eine systematische vorklinische Bewertung eines dreifachen KO GAP-Parasiten, durch die Kombination von ΔSLARP und ΔP36p/P36. KO Parasiten arretierten vollständig in vitro und in vivo, aber der zeitnahe Blutinfektionsbeginn nach einer Sporozoiteninfektion in Mäusen zeigte eine verminderte Wirksamkeit des Impfstoffs. Während ein besserer Schutz durch einen späten Leberstadien Entwicklungsstillstand erreicht werden kann, bleiben die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen unklar. Eine Vorrausetzung für die Leberzellen Antigenpräsentation ist die Präsenz von parasitären Antigenen im hepatozyten Zytoplasma. Der Proteinexportkomplex PTEX ist in Leberstadien nicht vollständig funktionstüchtig, da das essentielle Hitzeschockprotein 101 (HSP101) nicht exprimiert wird. Um die Rolle von HSP101 für den Leberproteinexport zu klären, wurden transgene HSP101 exprimierende Parasiten erzeugt. Transgene Parasiten weisen in vitro und in vivo schwere Wachstumsstörungen im Leberstadium auf und bieten keinen Impfschutz. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Expression von HSP101 streng kontrolliert wird und der Export im frühen Leberstadien nicht wiederhergestellt werden kann. Insgesamt können prä-klinische Studien und die Weiterentwicklung von GAP-basierten Impfstoffkandidaten die laufenden humanen Impfstoffstudien beeinflussen und vorantreiben. / Malaria vaccine candidates providing both safety and efficacy against pre-erythrocytic stages remain largely elusive. Experimental immunizations with live genetically attenuated parasites (GAPs) preventing the development beyond the clinically silent liver stage have proven safe and efficacious. GAP vaccine candidate ΔSLARP, provides the most robust life cycle arrest, however, immunizations do not elicit long-lasting immunity. In contrast, ΔP36p/P36 sporozoites elicit long-lasting immunity, but lead to breakthrough infections during immunizations. This study gives a systematic pre-clinical evaluation of a triple knockout (tKO) GAP by combining ΔSLARP and ΔP36p/P36. Complete arrest of tKO parasites in cultured hepatoma cells and sporozoite-infected mice was confirmed, but time to blood infection after a sporozoite challenge revealed reduced efficacy of the tKO vaccine. While superior immunity can be achieved by a late developmental arrest at liver-to-blood stage conversion, the underlying molecular mechanisms remain elusive. An important question is whether parasite antigens are exposed to the hepatocyte cytoplasm. Protein translocation into the host cell cytoplasm mediated by PTEX, a protein translocon, is absent during liver stage maturation as a core component of PTEX, Heat-shock-protein 101 (HSP101), is not expressed. To clarify the role of HSP101 in liver stage protein export transgenic HSP101 expressing Plasmodium berghei parasites were generated. Parasites expressing elevated levels of HSP101 show severe liver stage growth defects in vitro and in vivo, lack early liver stage export and inferior protection in immunized animals. Our results suggest that HSP101 expression is tightly controlled and PTEX dependent early liver stage export cannot be restored solely by HSP101 overexpression. Overall, pre-clinical analysis and improvement of GAP-based vaccine candidates can inform on-going human vaccine trials and boost malaria vaccine development.

In den letzten Jahrzehnten ist die Zahl der Erwachsenen und Jugendlichen, die an nicht organisierten oder wettbewerbsorientierten Sportarten teilnehmen, gestiegen. In der Pubertät beeinflussen sowohl hormonelle Veränderungen als auch mechanische Belastungen die Entwicklung von Muskeln und Sehnen. Derzeit gibt es keine Informationen über die Interaktion dieser beiden Stimuli, aber es besteht die Vermutung, dass im Zuge der Pubertät bei Athleten und Nicht-Athleten im Vergleich zu Muskelkraft und Sehnensteifigkeit ungleiche Verhältnisse auftreten können. Die Folge dieses Ungleichgewichts könnte eine höhere mechanische Belastung für die Sehnen sein, was weiter zu Verletzungen führen kann. Angesichts der unzureichenden Beweise für die Entwicklung des muskulotendinösen Gewebes während der Pubertät und des Mangels an Kenntnissen darüber, wie die Reifung die Muskel-Sehnen-Einheit, insbesondere die Interaktion mit überlagerten mechanischen Belastungen, beeinflusst, untersucht diese Arbeit die morphologische und mechanische Entwicklung von Knieextensoren und Patellasehne, indem Nicht-Athleten und Athleten aus drei Altersgruppen verglichen werden (frühe Pubertät: 12–14 Jahre, engl.:EA; späte Pubertät: 16–18 Jahre, engl.: LA; Erwachsene: 20–35 Jahre, engl.: YA). Athleten erreichten häufiger Dehnungsgrößen von mehr als 9% Dehnung im Vergleich zu Nicht-Athleten, was auf einen erhöhten mechanischen Bedarf an der Sehne hinweist. Obwohl das Training die Eigenschaften der M. quadriceps femoris-Sehnen-Einheit verbessert, bleibt ihre Entwicklung von früher Pubertät bis zum Erwachsenenalter bei Athleten und Nicht-Athleten ähnlich, mit dem Hauptunterschied zwischen früher Pubertät und später Pubertät. Alter und sportliches Training waren jedoch mit einer höheren Prävalenz von Ungleichgewichten innerhalb der Muskel-Sehnen-Einheit und einer damit einhergehenden erhöhten mechanischen Belastung oder Beanspruchung für die Patellasehne verbunden. / In recent decades, the number of adults and especially adolescents who participate in some kind of non-organized or competitive sports has been increasing. During adolescence, the development of muscle and tendons is affected both by maturation, due to hormonal changes, and by mechanical loading. However, there is no information currently on the interaction of this double fold stimulus although there is reason to believe that during adolescence in athletes and non-athletes there may be imbalances developing between muscle strength capacity and tendon stiffness. The result of this imbalance could be the tendon exposure to high mechanical demand by the associated working muscles, which might further lead to tendon injury. Considering the not satisfactory evidence of the musculotendinous tissue development during adolescence, and the lack of knowledge about how maturation affects the muscle-tendon unity, especially in interaction with superimposed mechanical loading, this thesis investigates the morphological and mechanical development of the knee extensors and patellar tendon, by comparing non-athletes and athletes in three different age groups (i.e., early adolescents: EA 12–14 years; late adolescents: LA 16–18 years, and young adults: YA 20–35 years). Athletes were more likely to reach strain magnitudes higher than 9% strain compared to non-athlete controls indicating an increased mechanical demand for the tendon. Although athletic training enhances the properties of the quadriceps femoris muscle-tendon unit, their development from early-adolescence to adulthood remains similar in athletes and non-athletes with the major alterations between early and LA. However, both age and athletic training were associated with a higher prevalence of imbalances within the muscle-tendon unit and a resultant increased mechanical demand for the patellar tendon.

Das Jahr 2000 wird oft als Meilenstein der Entwicklung der Humangenetik bezeichnet. Eine Relevanz für die praktische Medizin erlangt das Humangenom-Projekt jedoch erst, wenn die Funktion der einzelnen Gene in komplexen physiologischen Systemen und die genetische Variabilität aufgeklärt sind. Die hier vorgelegten Studien beruhen auf der Annahme, dass der Einfluss genetischer Variabilität nicht nur im Vergleich kranker und gesunder Menschen sichtbar wird, sondern auch in der Variabilität physiologischer Parameter in der Allgemeinbevölkerung nachweisbar ist. Grundlage aller Studien war eine medizinische Untersuchung von gesunden eineiigen und zweieiigen Zwillingspaaren. Es wurde für Kennwerte des Herz-Kreislauf-Systems die Stärke genetischer Einflüsse (Heritabilität) bestimmt. Weiterhin erfolgten Kopplungs- und Assoziationsanalysen mit ausgewählten Kandidatengenen. Der Einfluss spezifischer Gene auf die Blutdruckregulation, die Herzgröße, EKG-Parameter sowie Blutfette konnte nachgewiesen werden. Weiterhin wurde der prinzipielle Nachweis erbracht, dass die funktionelle Untersuchung einzelner Gene in unausgelesenen Stichproben realisierbar ist. / The year 2000 is often called a milestone in the history of human genetics. The knowledge of the sequence of the human genome will only become relevant for clinical medicine when the function of genes within complex physiological systems as well as the genetic variability will be revealed. The studies reported here are based on the assumption that the influence of genetic variability does not only become obvious by comparison of affected and unaffected subjects but is as well detectable in the variability of physiological parameters in the general population. All studies are based on testing healthy mono- and dizygotic twins. We determined the heritability of various cardiovascular parameters. Furthermore selected candidate genes were tested by linkage and association analyses. We could demonstrate the influence of specific genes on blood pressure regulation, heart size, ECG and lipids. These studies are a proof of principle for the functional analysis of single genes in unselected random samples.