We present the synthesis and characterisation of novel single organic molecules known as phenoxylene borazines and borazatruxenes. Using temperature-dependant and concentration-dependant 1H NMR, we probe the supramolecular aggregation of these molecules in solution. Finally, we synthesise 2D hybrid material comprised of electron delocalised benzene rings and electron localised borazine rings. Using a combination of solid-state 11B and 13C NMR techniques, Raman spectroscopy and XPS, we confirm the presence of benzene and borazine regions in these novel materials.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:42:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarcelaNB_TESE.pdf: 4650032 bytes, checksum: 4b8ec547749f785718e5f099093fa925 (MD5) Previous issue date: 2013-09-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Intensive use of machinery and engines burning fuel dumps into the atmosphere huge amounts of carbon dioxide (CO2), causing the intensification of the greenhouse effect. Climate changes that are occurring in the world are directly related to emissions of greenhouse gases, mainly CO2, gases, mainly due to the excessive use of fossil fuels. The search for new technologies to minimize the environmental impacts of this phenomenon has been investigated. Sequestration of CO2 is one of the alternatives that can help minimize greenhouse gas emissions. The CO2 can be captured by the post-combustion technology, by adsorption using adsorbents selective for this purpose. With this objective, were synthesized by hydrothermal method at 100 ?C, the type mesoporous materials MCM - 41 and SBA-15. After the synthesis, the materials were submitted to a calcination step and subsequently functionalized with different amines (APTES, MEA, DEA and PEI) through reflux method. The samples functionalized with amines were tested for adsorption of CO2 in order to evaluate their adsorption capacities as well, were subjected to various analyzes of characterization in order to assess the efficiency of the method used for functionalization with amines. The physic-chemical techniques were used: X- ray diffraction (XRD), nitrogen adsorption and desorption (BET/BJH), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), CNH Analysis, Thermogravimetry (TG/DTG) and photoelectron spectroscopy X-ray (XPS). The CO2 adsorption experiments were carried out under the following conditions: 100 mg of adsorbent, at 25 ?C under a flow of 100 ml/min of CO2, atmospheric pressure and the adsorption variation in time 10-210 min. The X-ray diffraction with the transmission electron micrographs for the samples synthesized and functionalized, MCM-41 and SBA-15 showed characteristic peaks of hexagonal mesoporous structure formation, showing the structure thereof was obtained. The method used was efficient reflux according to XPS and elemental analysis, which showed the presence of amines in the starting materials. The functionalized SBA -15 samples were those that had potential as best adsorbent for CO2 capture when compared with samples of MCM-41, obtaining the maximum adsorption capacity for SBA-15-P sample / A intensa utiliza??o de m?quinas e motores queimando combust?veis despeja na atmosfera imensas quantidades de di?xido de carbono (CO2), causando a intensifica??o do Efeito Estufa. As mudan?as clim?ticas que v?m ocorrendo no mundo est?o diretamente relacionadas ?s emiss?es de gases de efeito estufa, principalmente CO2, devido, sobretudo, ao uso excessivo de combust?veis f?sseis. A busca por novas tecnologias para minimizar os impactos ambientais decorrentes deste fen?meno vem sendo investigadas. O sequestro de CO2 ? uma das alternativas que pode ajudar a minimizar as emiss?es desses gases. O CO2 pode ser capturado pela tecnologia p?s-combust?o, atrav?s do processo de adsor??o, utilizando adsorventes seletivos para este fim. Com este objetivo, foram sintetizados, pelo m?todo hidrot?rmico a 100?C, materiais mesoporosos do tipo MCM-41 e SBA-15. Ap?s as s?nteses os materiais foram submetidos ? etapa de calcina??o e, posteriormente, funcionalizados com diferentes tipos de aminas (APTES, MEA, DEA e PEI), atrav?s do m?todo de refluxo. As amostras funcionalizadas com as aminas foram testadas nos ensaios de adsor??o de CO2 afim de avaliar suas capacidades de adsor??o, bem como, foram submetidas a diversas an?lises de caracteriza??o no intuito de avaliar a efici?ncia do m?todo utilizado para a funcionaliza??o com as aminas. As t?cnicas f?sico-qu?micas utilizadas foram: Difra??o de Raios-X (DRX), Adsor??o e Dessor??o de nitrog?nio (BET/BJH), Microscopia eletr?nica de varredura (MEV), Microscopia eletr?nica de transmiss?o (MET), An?lise elementar CNH, Termogravimetria (TG/DTG) e Espectroscopia fotoeletr?nica de Raios-X (XPS). Os ensaios de adsor??o de CO2 foram realizados nas seguintes condi??es: 100 mg de adsorvente, temperatura de 25 ?C sob fluxo de 100 mL/min de CO2, press?o atmosf?rica e com varia??o no tempo de adsor??o de 10 a 210 min. Os difratogramas de Raios-X juntamente com as micrografias eletr?nicas de transmiss?o para as amostras sintetizadas e funcionalizadas, MCM-41 e SBA-15, apresentaram os picos caracter?sticos da forma??o de estrutura mesoporosa hexagonal, evidenciando que a estrutura do mesmo foi obtida. O m?todo de refluxo utilizado foi eficiente segundo as an?lises de elementar e XPS, na qual, mostrou a presen?a das aminas nos materiais de partida. As amostras funcionalizadas de SBA-15 foram as que tiveram melhor potencial como adsorvente para captura de CO2 quando comparadas com as amostras de MCM-41, obtendo a m?xima capacidade de adsor??o para a amostra SBA-15-P

O neuropeptídeo urocortina 1 (UCN 1) tem entre os seus principais locais de expressão o núcleo de Edinger-Westphal (EW) e o núcleo lateral superior da oliva. Após sua descoberta, sugeriu-se que o EW e o núcleo paraventricular do hipotálamo (PVH) possuíssem papéis complementares e opostos na resposta ao estresse, porém, não existem trabalhos que relacionam anatomicamente núcleos hipotalâmicos e o EW. A fim de contribuir para esta área foi proposto o mapeamento das aferências hipotalâmicas do EW, através da injeção de Fluoro-Gold neste núcleo e posterior mapeamento de suas aferências. Os resultados encontrados foram: PVH, área hipotalâmica lateral (LHA) e o núcleo posterior do hipotálamo (PH) e outras regiões do sistema nervoso central. Para controle, o traçador anterógrado Amina Dextrana Biotinilada, foi injetado nos núcleos/áreas hipotalâmicas PVH, LHA e PH sendo encontradas fibras próximas as células urocortinérgicas do EW. Nossos dados mostram um possível envolvimento das células UCN 1 do EW com o controle de funções autonômicas e neuroendócrinas. / The neuropeptide urocortin 1 (UCN 1) has its main sites of expression at the Edinger-Westphal nucleus (EW) and the lateral superior olivary nucleus. After its discovery has suggested that EW and paraventricular nucleus of hypothalamus (PVH) have complementary and opposing roles in the stress response. However, there are no works relating anatomically the hypothalamic nuclei and EW. To contribute to this area we proposed mapping the hypothalamic afferents of the EW. We have used the Fluoro-Gold injected in the EW as a result of we have found retrogradely labeled cells in the following nuclei: PVH, lateral hypothalamic area (LHA), posterior hypothalamic nucleus (PH) and other regions of the central nervous system. For control, the anterograde tracer biotinylated dextran amine was injected into the nuclei/areas hypothalamic PVH, LHA, and PH we have found anterogradely labeled fibers in a very close apposition over urocortinergic cells at EW. Based on these data we are suggesting a involvement of cells with UCN 1 EW control of autonomic and neuroendocrine functions.

Une cellule à interface gaz-liquide fixe a été conçue pour la mesure de flux de désorption de dioxyde de carbone à partir de solutions aqueuses d'amines. Les expériences ont été réalisées pour des températures comprises entre 40°C et 110°C, pour des taux de charge en gaz acide compris entre 0,05 et 0,85 molCO2/molamines, à partir de solutions aqueuses de MDEA 25 % et 50 % massiques et de mélanges MDEA-DEA de composition 45-5 et 30-20 % massiques. L'utilisation d'une méthode analytique faisant intervenir des approximations thermodynamiques et cinétiques permet de représenter les flux de désorption expérimentaux obtenus avec les solutions aqueuses de MDEA pour des taux de charge inférieurs à 0,50 molCO2/molMDEA. Il est apparu nécessaire de coupler un modèle de transfert prenant en compte les réactions chimiques avec un modèle thermodynamique représentant les équilibres physiques et chimiques des systèmes CO2-H2O-Amines. Un outil numérique a alors été développé pour représenter les phénomènes de transfert en présence de réactions chimiques. Les profils de concentration de chaque espèce et le flux de transfert de l'espèce transférée à l'interface gaz-liquide sont obtenus à partir de la résolution des équations de bilan de masses. Ce modèle cinétique, combiné avec un jeu de paramètres adéquats, a été appliqué avec succès à la représentation de l'absorption de CO2 par des solutions aqueuses de MDEA et des mélanges aqueux de MDEA-DEA et MDEAMEA. En couplant des paramètres cinétiques et thermodynamiques cohérents, cet outil permet de représenter les flux de désorption mesurés dans la cellule à interface constante.

Les piles à combustible à électrolyte membranaire utilisent actuellement une membrane perfluorée sulfonée commercialisée par Dupont : la membrane Nafion. L'objectif de cette thèse consiste à préparer des membranes fluorées par modification chimique de copolymères poly(VDF-co-HFP) commerciaux. De part leurs remarquables propriétés, ces copolymères greffés par des amines semblent être d'excellents candidats pour cette application. Une première étude a consisté à réticuler par une diamine aliphatique de tels copolymères conduisant à de bonnes propriétés thermiques, chimiques et mécaniques. L'étude du greffage d'amines contenant un cycle aromatique (aniline, benzylamine, phénylpropylamine) a permis d'une part d'identifier les sites de greffage des amines, mais également d'étudier la cinétique de greffage de ces trois amines et d'évaluer l'influence de divers paramètres expérimentaux. Finalement, l'influence du bras espaceur entre le cycle aromatique et le groupe amino, sur la cinétique de greffage a montré l'intérêt d'avoir au moins deux groupements méthylénés. L'étude suivante concernant la déshydrofluoration puis l'addition de phényléthylamine sur une molécule modèle fluorée a permis de mieux comprendre le mécanisme de greffage des amines sur des copolymères poly(VDF-co-HFP). Une amine originale contenant un cycle aromatique sulfoné a été synthétisée par télomérisation du styrène sulfoné avec un mercaptan comme agent de transfert. Après modification, cette amine originale a été greffée sur des copolymères poly(VDF-co-HFP) commerciaux. Les propriétés des membranes obtenues sont convenables pour une application comme électrolyte pour PAC, même si la conductivité protonique reste faible. Finalement, nous avons étudié le greffage d'un phénol sulfoné sur des copolymères poly(VDF-co-HFP) commerciaux et avons montré des propriétés équivalentes à celles de copolymères greffé par l ‘amine, avec des taux de gonflements à l'eau plus faibles et plus proches de ceux de la membrane Nafion.

Die Zahl der Kolonkarzinome in den westlichen Industrieländern steigt in den letzten Jahren stetig an. Zu den Verbindungen, die mit der Zubereitung der Nahrung entstehen, mit ihr aufgenommen werden und die Kolonkanzerogenese möglicherweise begünstigen, gehört das heterozyklische aromatische PhIP, das bei der Erhitzung proteinreicher Nahrungsmittel entsteht. Neben zahlreichen Fütterungsversuchen an Nagern existieren auch Zellkulturmodelle zur Untersuchung der molekularen Mechanismen der PhIP-induzierten Kolonkanzerogenese. Die chemische Transformation von Zellen sollte durch wiederholte Exposition gegenüber dem hydroxylierten Metaboliten des Kanzerogens (N2-OH-PhIP) erzielt werden. Es wurden IEC-18-Zellen der Ratte und HCEC-Zellen des Menschen zur Untersuchung verwendet. Die Behandlung der IEC-18-Zellen führt nach 25 Behandlungszyklen mit Konzentrationen von 5 bis 20 µM nicht zur Transformation der Zellen. Die Anwesenheit von N2-OH-PhIP führt zu einer zehnfach erhöhten Induktion der GST-Aktivität, insbesondere der Untereinheiten GST-A1, -A3, -Pi und -T2, die für die effiziente Detoxifizierung des N-Acetoxy-Metaboliten vom N2-OH-PhIP verantwortlich sind. Bereits nach drei Behandlungen mit 1,5 µM N2-OH-PhIP konnte eine maligne Transformation der HCEC-Zellen erzielt werden. Die Zellen zeigten die charakteristischen Zeichen der Transformation: veränderte Wachstumseigenschaften wie klonales dreidimensionales Zellwachstum („pilling up“), Hemmung der Zell-Zell-Kontaktinhibierung, verkürzte Populationsverdopplungszeiten und tumorigene und metastasierende Eigenschaften. Außerdem exprimierten die N2-OH-PhIP-exponierten humanen Kolonzellen mit steigender Anzahl der Behandlungen größere Mengen des trunkierten APC-Proteins. Die bekannten PhIP-spezifischen Mutationen im APC-Gen resultieren in der Expression eines trunkierten Proteinproduktes und werden als frühe Ereignisse in der Kolonkanzerogenese betrachtet. Die zusammenfassende Betrachtung aller Ergebnisse zeigt, dass die IEC-18-Zelllinie zur chemischen Transformation durch N2-OH-PhIP ungeeignet ist. Dagegen wurde erstmalig eine vollständige chemische Transformation von Humandickdarmepithelzellen in vitro durch Exposition der humanen Kolonepithelzelllinie HCEC gegenüber dem Kolonkarzinogen N2-OH-PhIP erzielt. / In the last few years a strong increase in the incidence of colorectal cancer has been observed. As to the specific components in processed food responsible for the induction of colon cancerogenesis / it has been suggested that heterocyclic aromatic amines (HAA), e.g. the most abundant HAA 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine (PhIP), which is formed in protein rich food, when it is cooked at high temperatures or over an open flame, might be involved in this process. Whereas a number of in vivo-models to study PhIP-mediated colon carcinogenesis are known, only a limited number of cell culture systems to study the HAA-mediated transformation of intestinal epithelial cells do in fact exist. In the present study IEC-18 cells (rat intestinal epithelial cells) and HCEC cells (human colon epithelial cells) were incubated with N2-OH-PhIP, the N-hydroxylated metabolite of PhIP. The IEC-18 cells could not be transformed despite 25 treatment cycles with 5 to 20 µM N2-OH-PhIP. This might be due to the fact that GST activity as well as the expression of the GST -A1, -A3, -Pi and -T2 units, which are responsible for the detoxication of the N-acetoxy derivative of PhIP were strongly induced by N2-OH-PhIP. In contrast, HCEC cells were malignantly transformed when exposed three times to 1.5 µM N2-OH-PhIP. The chemically-treated cells showed a reduced population doubling time, they lost cell-cell contact inhibition and started pilling up. Furthermore, if HCEC cells were injected subcutaneously into SCID mice tumors developed at the site of injection in all animals tested. The transformed HCEC cells also express high amounts of truncated APC protein, which in vivo appears at an early stage of colon cancerogenesis. Taken together, it has been shown that IEC-18 cells are not suitable for chemical transformation studies with the HAA metabolite N2-OH-PhIP. For the first time it has been shown that the HAA metabolite N2-OH-PhIP is indeed able to malignantly transform human colon epithelial cells in vitro.

Die Enzyme der Sulfotransferase-Gensuperfamilie (SULT) konjugieren nukleophile Gruppen von kleinen endogenen Verbindungen und Fremdstoffen mit der negativ geladenen Sulfo-Gruppe. Dadurch wird die Polarität dieser Verbindungen erhöht, ihre passive Permeation von Zellmembranen verhindert und somit ihre Ausscheidung erleichtert. Jedoch stellt die Sulfo-Gruppe in bestimmten chemischen Verbindungen eine gute Abgangsgruppen dar. Aus der Spaltung resultierende Carbenium- oder Nitreniumionen können mit DNA oder anderen zellulären Nukleophilen reagieren. In Testsystemen für Mutagenität wurden zahlreiche Verbindungen, darunter Nahrungsinhaltsstoffe und Umweltkontaminanten, durch SULT zu Mutagenen aktiviert. Dabei zeigten sich zum einen eine ausgeprägte Substratspezifität selbst orthologer SULT-Formen unterschiedlicher Spezies und zum anderen Interspezies-Unterschiede in der SULT-Gewebeverteilung. Daher könnten sich die Zielgewebe einer SULT-induzierten Krebsentstehung bei Mensch und Nager unterscheiden. Um die Beteiligung von humanen SULT an der Bioaktivierung von Fremdstoffen im Tiermodell untersuchen zu können, wurden transgene Mauslinien für den Cluster der humanen SULT1A1- und -1A2-Gene sowie für die humane SULT1B1 generiert. Zur Herstellung der transgenen Linien wurden große genomische Konstrukte verwendet, die die SULT-Gene sowie – zum Erreichen einer der Humansituation entsprechenden Gewebeverteilung der Proteinexpression – deren potentielle regulatorische Sequenzen enthielten. Es wurden je drei transgene Linien für hSULT1A1/hSULT1A2 und drei transgene Linien für hSULT1B1 etabliert. Die Expression der humanen Proteine konnte in allen Linien gezeigt werden und fünf der sechs Linien konnten zur Homozygotie bezüglich der Transgene gezüchtet werden. In der molekularbiologischen Charakterisierung der transgenen Linien wurde der chromosomale Integrationsort der Konstrukte bestimmt und die Kopienzahl pro Genom untersucht. Mit Ausnahme einer hSULT1A1/hSULT1A2-transgenen Linie, bei der Kopien des Konstrukts in zwei unterschiedliche Chromosomen integriert vorliegen, wiesen alle Linien nur einen Transgen-Integrationsort auf. Die Untersuchung der Transgen-Kopienzahl ergab, dass die Mauslinien zwischen einer und etwa 20 Kopien des Transgen-Konstrukts pro Genom trugen. In der proteinbiochemischen Charakterisierung wurde gezeigt, dass die transgenen Linien die humanen Proteine mit einer weitgehend der des Menschen entsprechenden Gewebeverteilung exprimieren. Die Intensität der im Immunblot nachgewiesenen Expression korrelierte mit der Kopienzahl der Transgene. Die zelluläre und subzelluläre Verteilung der Transgen-Expression wurden bei einer der hSULT1A1/hSULT1A2-transgenen Linien in Leber, Niere, Lunge, Pankreas, Dünndarm und Kolon und bei einer der hSULT1B1-transgenen Linien im Kolon untersucht. Sie stimmte ebenfalls mit der Verteilung der entsprechenden SULT-Formen im Menschen überein. Da sich die erzeugten transgenen Linien aufgrund ihrer mit dem Menschen vergleichbaren Gewebeverteilung der SULT-Expression als Modellsystem zur Untersuchung der menschlichen SULT-vermittelten metabolischen Aktivierung eigneten, wurde eine der hSULT1A1/hSULT1A2-transgenen Linien für zwei erste toxikologische Untersuchungen eingesetzt. Den Mäusen wurden chemische Verbindungen verabreicht, für die in in-vitro-Versuchen eine hSULT1A1/hSULT1A2-vermittelte Bioaktivierung zu Mutagenen gezeigt worden war. In beiden Untersuchungen wurde die Gewebeverteilung der entstandenen DNA-Addukte als Endpunkt einer gewebespezifischen genotoxischen Wirkung ermittelt. In der ersten Untersuchung wurden 90 mg/kg Körpergewicht 2-Amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridin – ein in gebratenem Fleisch gebildetes heterozyklisches aromatisches Amin – transgenen sowie Wildtyp-Mäusen oral verabreicht. Acht Stunden nach Applikation wiesen die transgenen Mäuse signifikant höhere Adduktniveaus als die Wildtyp-Mäuse in Leber, Lunge, Niere, Milz und Kolon auf. In der Leber der transgen Mäuse war das Adduktniveau 17fach höher als in der Leber der Wildtyp-Mäuse. Die Leber war bei den transgenen Tieren das Organ mit dem höchsten, bei den Wildtyp-Tieren hingegen mit dem niedrigsten DNA-Adduktniveau. In der zweiten Untersuchung (Pilotstudie mit geringer Tierzahl) wurde transgenen und Wildtyp-Mäusen 19 mg/kg Körpergewicht des polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffs 1-Hydroxymethylpyren – ein Metabolit der Nahrungs- und Umweltkontaminante 1-Methylpyren – intraperitoneal verabreicht. Nach 30 Minuten wurden, verglichen mit den Wildtyp-Mäusen, bis zu 25fach erhöhte Adduktniveaus bei den transgenen Mäusen in Leber, Niere, Lunge und Jejunum nachgewiesen. Somit konnte anhand einer in dieser Arbeit generierten transgenen Mauslinie erstmals gezeigt werden, dass die Expression der humanen SULT1A1/hSULT1A2 tatsächlich sowohl auf die Stärke als auch die Zielgewebe der DNA-Adduktbildung in vivo eine Auswirkung hat. / The enzymes of the sulfotransferase gene superfamily (SULT) conjugate nucleophilic groups of small endogenous compounds and xenobiotics with the negatively charged sulfo group. Thus, the polarity of the compounds is increased, their passive permeation of cell membranes is hindered and their excretion facilitated. The sulfate groups, however, form a good leaving group in certain chemical linkages due to their electron-withdrawing characteristics. Carbenium or nitrenium ions resulting from a spontaneous cleavage may react with DNA and other cellular nucleophiles. In test systems for mutagenicity, a large amount of compounds including ingredients of nutrition and environmental contaminants were activated to mutagens by SULT. A pronounced substrate specificity even of orthologous SULT forms of different species was evidenced. Also, the tissue distribution of SULT exhibited pronounced interspecies differences. The target tissues of a SULT induced carcinogenesis might thus be different in humans and rodents. To investigate the involvement of human SULT in the bioactivation of xenobiotics in an animal model, transgenic mouse lines for the human SULT1A1- and -1A2 gene cluster as well as for human SULT1B1 were generated. For the construction of the transgenic lines, large genomic constructs were used, containing the SULT genes plus their potential regulatory sequences to cause a tissue distribution of protein expression corresponding to the situation in humans. Three transgenic lines for hSULT1A1/hSULT1A2 and three transgenic lines for hSULT1B1 were established. The expression of the human proteins could be shown for all lines and except for one line, all could be bred to transgene homozygosity. By molecular biological characterization of the transgenic lines, the chromosomal integration locus of the constructs was identified and the copy number per genome was investigated. With the exception of one hSULT1A1/hSULT1A2 transgenic line, where the construct had integrated into two different chromosomes, all lines exhibited just one transgene integration locus. By investigating the transgene copy number it was deduced that the mouse lines carry between one and 20 copies of the transgene construct per genome. The protein biochemical characterization showed that the transgenic mouse lines express the human proteins with a tissue distribution largely similar to the distribution in humans. The intensity of the proteins detected by immunoblotting correlated with the copy number of the transgenes. The cellular and subcellular distribution of the transgene expression was investigated for one of the hSULT1A1/1A2 transgenic lines in liver, kidney, lung, pancreas, small intestine and colon and for one of the hSULT1B1 transgenic lines in colon. It also accorded with the distribution of the respective SULT in humans. Owing to the similarity of transgene expression to the corresponding human tissue distribution, the transgenic lines were considered suitable as model systems for the investigation of the human SULT-mediated metabolic activation. One of the hSULT1A1/hSULT1A2 transgenic lines was used in two first toxicological investigations with chemical compounds for which in vitro experiments had demonstrated a hSULT1A1/hSULT1A2 mediated bioactivation. In both investigations, the tissue distribution of the resulting DNA adducts was determined as an end point for a tissue-specific genotoxic effect. For the first investigation, 90 mg/kg bodyweight of 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine – a heterocyclic amine formed in cooked meat – were orally administered to transgenic and wild type mice. Eight hours after application, the transgenic mice exhibited significantly higher adduct levels than the wild type controls in liver, lung, kidney, spleen and colon. The adduct level in the liver of the transgenic mice exceeded that in the wild type liver by a factor of 17. Furthermore, the liver was the organ with the highest adduct level in the transgenic mice and with the lowest adduct level in the wild type mice. For the second investigation (a pilot study with few animals), 19 mg/kg bodyweight of the polycyclic aromatic hydrocarbon 1-hydroxymethylpyrene – a metabolite of the nutritional and environmental contaminant 1-methylpyrene – were administered intraperitoneally to transgenic and wild type mice. After 30 minutes, up to 25 fold higher adduct levels compared to the wild type were detected in liver, kidney, lung and jejunum of the transgenic mice. Thus, by means of one of the transgenic mouse line generated in this thesis, it could be shown for the first time that the expression of human SULT1A1/SULT1A2 has in fact an impact on the strength as well as on the target tissue of DNA-adduct generation in vivo.

Die Aktivierung der Speichelsekretion erfolgt in der innervierten Speicheldrüse der Schabe <i>Periplaneta americana</i> durch die biogenen Amine Dopamin (DA) und Serotonin (5-HT). Die Acini der Speicheldrüse sezernieren einen Primärspeichel, der in den Ausführgängen modifiziert wird. Die durch DA und 5-HT aktivierten Signalwege sowie die an der Elektrolyt- und Flüssigkeitssekretion bzw. Speichel-modifikation beteiligten Transportmechanismen sind weitgehend unbekannt.<br> Mikrofluorometrische Ca²⁺-, Na⁺- und pH-Messungen in Kombination mit pharmakologischen Experimenten, biochemische Messungen der Aktivitäten von Ionentransport-ATPasen sowie videomikroskopische Analysen zu transepithelialen Wasserbewegungen wurden in dieser Arbeit durchgeführt. Sie sollten Informationen über die an der Speichelbildung und -modifikation beteiligten Transportmechanismen und die Signalwege liefern, welche durch DA und/oder 5-HT aktiviert werden. <br><br> Wesentliche Ergebnisse dieser Arbeit waren:<br><br> <ul> <li>Messungen des intrazellulären pH (pH_i) in Gangzellen zeigten, dass isolierte Ausführgänge mit Acini bei Stimulierung mit DA und 5-HT stark ansäuerten. In isolierten Ausführgängen ohne Acini verursachte nur DA eine schwache Ansäuerung. Da nur die Ausführgänge dopaminerg innerviert sind, die Acini jedoch dopaminerg und serotonerg, zeigt dieses Ergebnis, dass die DA- und/oder 5-HT-induzierte Primärspeichelbildung die Ursache für die pHi-Änderungen in den Gangzellen ist. pH_i-Messungen in den Gangzellen geben also auch Hinweise auf Transportvorgänge in den Acini.</li> <li> Der Na⁺-K⁺-2Cl^--Symporter und der Cl^--HCO₃^--Antiporter, gekoppelt mit dem Na⁺ H⁺-Antiporter (NHE) waren an der NaCl-Aufnahme in die peripheren Zellen der Acini zur Bildung des NaCl-reichen Primärspeichels beteiligt. Die Aktivität dieser Transporter hing von der CO₂/HCO₃^--Verfügbarkeit ab und war Ca²⁺-abhängig.</li> <li>Die starke Ansäuerung in den Gangzellen hing nicht von der Aktivität der apikalen vakuolären Protonen-ATPase (V-H⁺-ATPase), aber von der Aktivität der basolateralen Na⁺-K⁺-ATPase ab, die anscheinend in den Ausführgängen die Speichelmodifikation energetisiert.</li> <li>In isolierten Ausführgängen mit Acini waren die V-H⁺-ATPase und Na⁺-abhängige Transporter (u. a. NHE) an der Erholung von einer DA-induzierten oder einer NH₄Cl-Vorpuls-induzierten Ansäuerung in den Gangzellen beteiligt. Bei der Regulation des pH_i in unstimulierten Gangzellen spielten diese Transporter keine Rolle.</li> <li>In isolierten Ausführgängen mit Acini induzierte DA in den Gangzellen einen Anstieg der [Na⁺]_i und, zeitlich verzögert, auch der [Ca²⁺]_i. Der [Na⁺]_i-Anstieg war von der Aktivität der Acini abhängig und erfolgte möglicherweise über apikale Na+-Kanäle. Der [Ca²⁺]_i-Anstieg war graduiert und tonisch. Der DA-induzierte [Na⁺]_i-Anstieg in den Gangzellen und deren Depolarisation führten dazu, dass der basolaterale Na⁺-Ca²⁺-Antiporter in den Ca²⁺-Influx-Modus umkehrte. Die daraus resultierende tonische [Ca²⁺]_i-Erhöhung könnte an der Regulation der Na⁺-Rückresorption beteiligt sein.</li> <li>Zum Nachweis transepithelialer Flüssigkeitsbewegungen in isolierten Ausführgängen wurde eine videomikroskopische Methode entwickelt. Isolierte Ausführgänge ohne Acini resorbierten im unstimulierten Zustand Flüssigkeit aus dem Ausführganglumen. Möglicherweise sezernieren die Acini auch im unstimulierten Zustand mit geringerer Rate einen Primärspeichel, der in den Ausführgängen resorbiert wird. Die Resorption war ATP-abhängig. Der ATP-verbrauchende Transportmechanismus konnte nicht identifiziert werden. Weder die Na⁺-K⁺-ATPase noch die V-H⁺-ATPase waren an der Resorption beteiligt.</li> </ul> <br> Diese Arbeit trug zur Kenntnis der komplexen Funktionsweise von Speicheldrüsen in Insekten bei und erweiterte das lückenhafte Wissen über die zellulären Wirkungen biogener Amine in Insekten. Zudem wurden in dieser Arbeit viele Parallelen zu Funktionsweisen der Speicheldrüsen in Vertebraten deutlich. / The acinar salivary glands in the cockroach <i>Periplaneta americana</i> are innervated by dopaminergic and serotonergic fibers and secrete a NaCl-rich primary saliva upon stimulation with the biogenic amines dopamine (DA) or serotonin (5-HT). The ducts downstream of the acini are thought to modify the primary saliva by Na⁺reabsorption and K⁺ secretion. The electrolyte and fluid transport processes activated by DA and 5-HT as well as the second messenger pathways mediating between the biogenic amine receptors and the effector transport mechanisms are poorly understood.In this sudy, microfluorometrical Ca²⁺, Na⁺ and pH measurements were performed in combination with pharmacological experiments. Furthermore, ATPase activity assays and microscopical analyses of transepithelial fluid transport were done. The aim of this work has been the characterisation of the DA-induced transport mechanisms in the cockroach salivary glands in order to improve our understanding of the cellular actions of biogenic amines in insects. <br><br> Intracellular pH measurements in duct cells of isolated small lobes of salivary glands consiting of several acini and ducts showed a strong intracellular acidification upon DA or 5-HT stimulation. On the other hand, only a small intracellular acidification could be recognised in isolated ducts without acini. The acini are innervated by dopaminergic and serotonergic fibers, whereas the ducts are innervated only by dopaminergic fibers. Thus, this result demonstrates, that the DA- or 5-HT-induced production of primary saliva in the acini causes the intracellular pH changes in the ducts. Consequently, intracellular pH measurements in ducts are also useful to characterise transport processes in the acini.<br><br> The Na⁺-K⁺-2Cl^- cotransport and/or the Cl^--HCO₃^- exchange combined with the Na⁺ H⁺ exchange (NHE) were responsible for the NaCl uptake at the basolateral membrane in the peripheral cells of the acini during production of primary saliva. The activity of these transporters was regulated by the CO₂/HCO₃^--availability and was Ca²⁺-dependent. The activity of the basolateral Na⁺-K⁺-ATPase, but not of the apical vacuolar-type proton pump (V-H⁺-ATPase) in the duct cells was necessary for the strong intracellular acidification in the ducts with acini. Thus, the Na⁺-K⁺-ATPase seems to energise the saliva modification in the ducts. In ducts with acini, the V-H⁺-ATPase and Na⁺-dependent transporters (e.g. NHE) were responsible for the pH-recovery after a DA- or NH₄Cl-induced intracellular acidification in the duct cells. In the regulation of the intracellular resting pH these transporters played a minor role. In addition, DA induced an increase in the intracellular Na⁺ concentration, followed by an increase in the intracellular Ca²⁺ concentration in duct cells with acini, but never in duct cells without acini. The Na⁺ elevation was probably the result of the activity of apical Na⁺ channels. The DA-induced Na⁺ elevation and a depolarisation of the basolateral membrane of the duct cells reversed a Na⁺-Ca²⁺ exchange activity into the reverse mode causing a graded Ca²⁺ elevation in duct cells. The Ca²⁺ elevation is probably involved in the regulation of the Na⁺ reabsorption during saliva modification. Transepithelial fluid transport in isolated ducts was detected with a fluorescent microscopical method. Already unstimulated isolated ducts reabsorbed fluid from the duct lumen to the bath side. Perhaps unstimulated acini possess a basic secretion rate and this primary saliva is than reabsorbed in the ducts. The fluid reabsorption was ATP-dependent, but the ATP-consuming transport mechanism could not be identified. Neither the basolateral Na⁺-K⁺-ATPase, nor the apical V-H⁺-ATPase were involved in fluid reabsorption. This work extends our knowledge about the complex function of insect salivary glands and about the cellular action of biogenic amines in insects. Additionally, it indicates lots of similarities between the functions of salivary glands in vertebrates and invertebrates.

Eine besondere Rolle im Fremdstoffmetabolismus hat die SULT1A1 beim Menschen aufgrund der hohen Expression und breiten Gewebeverteilung. Während die humane SULT1A1 in sehr vielen Geweben exprimiert wird, wurde die murine SULT1A1 vor allem in der Leber, Lunge und Colon gefunden. Neben der Gewebeverteilung spielt auch der Polymorphismus im humanen SULT1A1-Gen eine bedeutende Rolle. Der häufigste Polymorphismus in diesem Gen führt zu einer Aminosäuresubstitution von Arginin zu Histidin an Position 213. Die Genvariante mit Histidin (auch als SULT1A1*2 bezeichnet) codiert für ein Protein mit einer geringen Enzymaktivität und einer reduzierten Enzymmenge in Thrombocyten. Über den Einfluss dieser allelischen Varianten in anderen Geweben ist bislang wenig bekannt. In vorausgegangenen epidemiologischen Studien wurden mögliche Korrelationen zwischen den Genvarianten und der Krebsentstehung in verschiedenen Geweben untersucht. Diese Daten liefern jedoch widersprüchliche Ergebnisse zum Krebsrisiko. Aufgrund der strittigen epidemiologischen Daten sollten Tiermodelle generiert werden, um die häufigsten SULT1A1-Allele hinsichtlich der Empfindlichkeit gegenüber Nahrungs- und Umweltkanzerogenen zu untersuchen. Zur Erzeugung transgener (tg) Mauslinien wurde mittels Mikroinjektion der codierenden Genbereich und große flankierende Humansequenzen stromaufwärts und stromabwärts in das Mausgenom integriert. Es wurden mehrere Mauslinien hergestellt. Zwei davon, die Mauslinie 31 mit dem SULT1A1*1-Allel und die Mauslinie 28 mit dem SULT1A1*2-Allel, wurden eingehend analysiert. In beiden Linien wurde eine identische Kopienzahl des Transgens ermittelt. Proteinbiochemische Charakterisierungen zeigten eine weitgehend dem Menschen entsprechende Gewebeverteilung und zelluläre und subzelluläre Lokalisation der humanen SULT1A1 in der Linie (Li) 28. In Li 31 wurden Unterschiede zu Li 28 sowohl in der Gewebeverteilung als auch in der zellulären Lokalisation des exprimierten humanen Proteins ermittelt. Dabei war die Expression auf Proteinebene in der SULT1A1*2-tg Linie generell stärker als in der SULT1A1*1-Linie. Dieses Ergebnis war überraschend, denn in humanen Thrombocyten führt das SULT1A1*1-Allel zu einem höheren Gehalt an SULT1A1-Protein als das SULT1A1*2-Allel. Zur Analyse der unterschiedlichen Proteinexpressionen in den tg Mauslinien wurde die cDNA und der 5´-flankierende Bereich des SULT1A1-Gens sequenziert. In beiden tg Linien entsprach die Sequenz der cDNA der Referenzsequenz aus der Gendatenbank (Pubmed). In der 5´-flankierenden Region wurden bekannte Polymorphismen analysiert und unterschiedliche Haplotypen in den tg Linien an den Positionen -624 und -396 ermittelt. Dabei wurde in der Li 31 der Haplotyp detektiert, der in der Literatur mit einer höheren SULT1A1-Enzymaktivität beschrieben wird. Der mögliche Zusammenhang zwischen Transkriptionsrate und Proteinexpression wurde in RNA-Expressionsanalysen im codierenden und 5´-nicht codierenden Bereich (mit den alternativen Exons 1B und 1A) untersucht. Im codierenden Bereich und im Exon 1B konnte in den untersuchten Organen eine höhere RNA-Expression in der Li 28 im Vergleich zur Li 31 ermittelt werden. Außer in der Lunge wurde für Exon 1B eine identische RNA-Expression detektiert. RNA, die Exon 1A enthielt, wurde in allen untersuchten Organen der Li 28, aber nur in der Lunge bei der Li 31 gefunden. In beiden tg Linien konnten mit den Exon 1A-Primern jedoch auch größere PCR-Produkte ermittelt werden. Dieser Unterschied im Exon 1A und mögliche Spleißvarianten könnten damit für die unterschiedliche Proteinexpression des humanen SULT1A1-Proteins in den beiden tg Mauslinien sein. Die in dieser Arbeit generierten und charakterisierten tg Mausmodelle wurden in einer toxikologischen Studie eingesetzt. Es wurde das heterozyklische aromatische Amin 2-Amino-1-methyl-6-phenylimidazo-[4,5-b]pyridin (PhIP) verwendet. PhIP wird beim Erhitzen und Braten von Fleisch und Fisch gebildet und könnte mit der erhöhten Krebsentstehung im Colon in der westlichen Welt im Zusammenhang stehen. Mittels 32P-Postlabelling sollte der Einfluss der zusätzlichen Expression der humanen SULT-Proteine auf die PhIP-DNA-Adduktbildung analysiert werden. Dabei wurden mehr DNA-Addukte in den tg Tieren als in den Wildtyp-Mäusen ermittelt. Die Konzentration der gebildeten DNA-Addukte korrelierte mit der Expressionsstärke des humanen SULT1A1-Proteins in den tg Mäusen. An den in dieser Arbeit generierten tg Mauslinien mit den häufigsten allelischen Varianten des SULT1A1-Gens konnten Unterschiede auf RNA- und Protein-Ebene ermittelt werden. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Expression der humanen SULT1A1 eine Auswirkung sowohl auf die Stärke als auch das Zielgewebe der DNA-Adduktbildung in vivo hat. / In humans, SULT1A1 and its polymorphic variants play an important role in xenobiotic metabolism and display a broad tissue distribution and high expression level. This enzyme is expressed in almost every human organ whereas in mice SULT1A1 can only be detected in liver, lung and colon. The most common polymorphism of this gene leads to an amino acid substitution from arginine to histidine at the position 213. In platelets, the allele encoding histidine (also designated as SULT1A1*2) is associated with both low activity and low thermal stability of the SULT protein. However, so far only little is known about the significance of these allelic variants in the other tissues with hSULT1A1 expression. Previous epidemiological studies have made attempts to correlate SULT1A1 allelic variants and cancer development, their data, however, have been contradictory for an appropriate cancer risk assessment. In this thesis, we addressed the effect of the hSULT1A1 genetic variability on the susceptibility to nutritional and environmental carcinogens using transgenic (tg) mouse models. We generated tg mice carrying the most common allelic variants of the human SULT1A1 gene. The coding region and large flanking human sequences upstream and downstream of the hSULT1A1 gene were integrated randomly into the mouse genome by microinjection. Several tg mouse lines were generated. Two of them, line (li) 31 with the SULT1A1*1 allele and li 28 with the SULT1A1*2 allele, were analysed in detail. At first, an identical transgene copy number was detected in both lines. Furthermore, biochemical characterization of li 28 showed that the tissue distribution, the cellular and subcellular localisation of the protein were very similar to those in humans. In contrast, li 31 exhibited differences in tissue distribution and cellular localisation of the human protein compared to li 28. The protein expression level in the tg line with SULT1A1*2 (li 28) was generally higher than in SULT1A1*1 (li 31) mice. These results were surprising since the SULT1A1*1 allele in human platelets usually leads to a higher amount of SULT1A1 protein compared to the SULT1A1*2 allele. To investigate these differences, we sequenced the cDNA and 5´-flanking region of the SULT1A1 gene. In both tg mouse lines, the cDNA sequence was identical to the reference sequence from the gene databank (Pubmed). We subsequently analysed the common polymorphisms of the 5´-flanking region, and determined different haplotypes at position -624 and -396 in the tg mouse lines. According to the literature, the haplotype associated with a higher SULT1A1 enzyme activity, we detected in li 31. We analyzed the possible correlation between gene transcription and protein expression by measuring RNA expression levels of the coding and the non-coding region (with alternative exons 1B and 1A). We detected a higher RNA expression level of the coding region and exon 1B in li 28 compared to li 31, whereas RNA for exon 1A was only found in li 28 in all investigated tissues, but only in lung in li 31. Furthermore we detected with exon 1A-primers larger RNA in both lines. These differences in exon 1A expression accompanied by potential splicing variants could be responsible for the different expression and activity of the human SULT1A1 protein in both tg mouse lines. In order to validate our generated and characterized tg mouse models as toxicological in vivo models, we used them for the evaluation of the heterocyclic aromatic amine 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo-[4,5-b]pyridine (PhIP). PhIP is typically generated during heating and roasting of meat and fish and is suggested to be associated with an increased colon cancer incidence in the western world. We measured the impact of the additionally expressed human SULT proteins on the PhIP-DNA adduct level by 32P-postlabelling. We detected significantly higher DNA adduct levels in tg compared to wildtype mice, which correlated positively with the expression pattern of the human SULT1A1 protein in the tg mice. In conclusion, in this thesis, we have successfully generated and validated the transgenic mouse lines carrying the most common allelic variants of the human SULT1A1 gene. Interestingly, these lines exhibited differences in both the SULT1A1 RNA and protein levels. Using these transgenic mouse models as in vivo toxicological tools we have shown that the expression of human SULT1A1 in mice has a decisive impact on the strength and the target tissue of DNA adducts.

Adsorption on solid surfaces from solution is a fundamental property of a surfactant. It might even be the most important aspect of surfactant behavior, since it influences many applications, such as cleaning, detergency, dispersion, separation, flotation, and lubrication. Consequently, fundamental investigations of surfactant adsorption are relevant to many areas. The main aim of this thesis has been to elucidate the adsorption properties, primarily on the solid/water interface, of a particular class of polyhydroxyl based surfactants: the alkyl glucosides. By the use of ellipsometry, the equilibrium and kinetic aspects of adsorption on titanium dioxide with respect to structural effects has been studied. Furthermore, the effects of small amounts of cationic surfactant additives on the adsorption on silica have been investigated. The results have been compared with similar studies for other nonionic surfactants. We have found that the surfactant structure has a strong effect on the adsorption properties. An increase in the surfactant chain length increases the cooperativity of the system. An increase in the head group polymerization decreases the cooperativity and the plateau adsorbed amount at equilibrium. The effect of surfactant structure on the adsorption kinetics depends on the concentration relative to the cmc, while the there is a decrease in the rate of desorption with increasing hydrophobic chain length independent of the concentration. The adsorption/desorption process is concluded to be diffusion driven, as suggested by the model used. When comparing these results with studies on ethylene oxide based surfactants, we conclude that the two types of surfactants exhibit similar trends on surfaces onto which they adsorb. Adsorption from binary surfactant solutions is even more interesting than adsorption from single surfactant solutions, since it brings us one step closer to the systems used in applications. In addition, adsorption from a mixture can be very different from adsorption from any of the single surfactants in the mixture. Alkyl glucosides alone do not adsorb on silica, but addition of small amounts of a cationic surfactant to the alkyl glucoside solution allows for adsorption on silica. A comparison between the adsorption and bulk properties has shown that mixed micellization explains most, but not all, effects of the coadsorption properties. Changing the pH in the mixed systems reveals that a surfactant with a pH-dependent charge and the ability to adapt its charge to the environment, e.g. a surface, enhances the adsorbed amount over a wider range of pH values than a purely cationic surfactant. It is well known that alkyl glucosides and ethylene oxides adsorb differently on different types of hydrophilic surfaces. As a consequence, replacing ethylene oxides with alkyl glucosides might not be all straight-forward; however, we have shown that the effect of the surface can be eliminated by the use of a cosurfactant. / <p>QC 20101018</p>