In dieser Arbeit wurden ungesättigte Vinyl- und Ethynylphosphonothiolate hergestellt und als Linker für Cystein-selektive Proteinmodifikationen verwendet. Zunächst wurde, ausgehend von ungesättigten Phosphoniten und elektrophilen Disulfiden als Startmaterialien, eine Syntheseroute zur Herstellung von ungesättigten Phosphonothiolaten entwickelt. Die hohe Chemoselektivität dieser Reaktion ermöglichte die Einführung von Vinylphosphonothiolaten auf ungeschützten Modellpeptiden und dem Protein Ubiquitin. Es konnte gezeigt werden, dass ungesättigte Phosphonothiolate unter neutralen bis leicht basischen Bedingungen selektiv mit Thiolen reagieren und sich daher als Linker für Cystein-selektive Proteinmodifikationen eignen. Die Vielseitigkeit der hier entwickelten Biokonjugationsmethode wurde in drei Anwendungen demonstriert. Ausgehend von dem Vinylphoshonothiolat-modifizierten Ubiquitin konnten homogene Ubiquitin-Protein-Konjugate erzeugt werden; zum einen ein nicht hydrolysierbares Diubiquitin-Konjugat und zum anderen ein Ubiquitin-α–Synuclein-Konjugat. Des Weiteren wurden ungesättigte Phosphonothiolate als Linker in Antikörper-Wirkstoff-Konjugaten getestet. Hier zeigte sich, dass insbesondere Vinylphosphonothiolat-Linker Potential zur Herstellung von stabilen Antikörper-Konjugaten aufweisen. Schließlich wurden Vinylphosphonothiolate als Linker verwendet, um sowohl Chaperon-bindende Antikörper als auch Deubiquitinasen (DUBs) mit photoreaktiven Crosslinkern auszustatten um damit dynamische Protein-Interaktionen zu untersuchen. Insgesamt ermöglicht das hier entwickelte Verfahren die chemoselektive Umwandlung von elektrophilen Disulfiden in elektrophile Vinyl- und Ethynylphosphonothiolate, wodurch Reaktivität für eine Thioladdition induziert wird. Dadurch können zwei komplexe, thiolhaltige Moleküle selektiv konjugiert werden, was insbesondere für die Herstellung von homogen modifizierten Peptid- und Proteinkonjugaten von Bedeutung ist. / In this work, unsaturated vinyl- and ethynylphosphonothiolates were synthesised and used as linkers for cysteine-selective protein modifications. First, a synthetic route for the generation of unsaturated phosphonothiolates was developed, using unsaturated phosphonites and electrophilic disulfides as starting materials. The high chemoselectivity of this reaction enabled the introduction of vinylphosphonothiolates on unprotected model peptides and the protein ubiquitin. It could then be shown that unsaturated phosphonothiolates react selectively with thiols under neutral to slightly basic conditions and are therefore suitable as linkers for cysteine-selective protein modifications. The versatility of the herein developed bioconjugation method was demonstrated in three applications. First, starting from the vinylphosphonothiolate-modified ubiquitin, homogeneous ubiquitin-protein conjugates could be generated, in particular a non-hydrolyzable diubiquitin conjugate and a ubiquitin-α-synuclein conjugate. Second, the suitability of unsaturated phosphonothiolates as linkers for the generation of stable antibody-drug conjugates was tested. Vinylphosphonothiolate linkers thereby showed potential to produce stable antibody conjugates. Finally, vinylphosphonothiolates were used as linkers to conjugate both chaperone-binding antibodies and deubiquitinases (DUBs) to photo-reactive crosslinkers in order to investigate dynamic protein interactions. Overall, the herein developed methodology enables the chemoselective conversion of electrophilic disulfides into electrophilic vinyl- and ethynylphosphonothiolates, which in turn react selectively with thiols. As a result, two complex, thiol-containing molecules can be selectively conjugated, which is particularly important for the production of homogeneously modified peptide and protein conjugates.

Der monoklonale Antikörper SM5-1 wurde in Vorarbeiten mittels eines Immunisierungsprotokolls (Kooperation Prof. Guo, Cleveland, USA) von einer humanen Melanom-Zell-Linie gewonnen. In der vorliegenden Arbeit wurde an nicht-melanozytären benignen Geweben, 16 Nävi, 84 nicht-melanozytären Tumoren sowie 745 Melanomproben das Färbeverhalten von SM5-1 mittels Immunhistochemie charakterisiert. SM5-1 wurde zunächst mit HMB-45 und anti-S100 an 250 primären und 151 metastasierten Melanomen und in einer zweiten Stichprobe mit Antikörpern gegen Melan-A/MART-1 (A103) und Tyrosinase (T311) an 101 primären und 243 metastasierten Melanomen verglichen. Es zeigte sich, dass SM5-1 für normale Zellen negativ ist. SM5-1, anti-S100 und HMB-45 färbten 100% der Nävi und 97 - 99% der 250 primären Melanome. Während SM5-1 und anti-S100 96% der 151 Melanommetastasen korrekt identifizierten, waren für HMB-45 nur 83% der Proben positiv. Alle HMB-45 negativen Metastasen reagierten mit SM5-1. Weder SM5-1 noch HMB-45 färbten nicht-melanozytäre Tumore, wohingegen der unspezifischere Antikörper anti-S100 21 von 84 dieser Tumore färbte. Insgesamt wurde beim primären und metastasierten Melanom für SM5-1 eine Sensitivität von 98%, für HMB-45 von 93% und für anti-S100 von 97% beobachtet. Im Vergleich der Antikörper SM5-1, A103 und T311 färbten SM5-1 92,4%, A103 82,9% und T311 71,2% der insgesamt 344 primären und metastasierten Melanome. SM5-1 zeigte innerhalb einer Tumorzellpopulation ein homogeneres Färbeverhalten und eine höhere Färbeintensität bei den 243 Melanommetastasen als A103 und T311. Der monoklonale Antikörper SM5-1 zeigte gegenüber den gebräuchlichen Antikörpern erhebliche Vorteile bei der immunhistochemischen Beurteilung des Melanoms, insbesondere bei dessen Metastasen. Somit kann er als Marker der ersten Wahl bei der immunhistochemischen Diagnostik von Melanomen empfohlen werden. Um die Rolle des durch SM5-1 erkannten Antigens zu verstehen, sind jedoch noch weitere Untersuchungen notwendig. / Antibodies such as HMB-45 and anti-S100 protein have been widely used as markers of malignant melanoma. Using a subtractive immunization protocol in preliminary works (cooperation Prof. Guo, Cleveland, USA), the monoclonal antibody SM5-1 was generated from a mouse model of human melanoma. The immunhistochemical staining of SM5-1 was studied in paraffin-embedded specimens of normal non-melanocytic tissue, melanocytic nevi of the skin (n = 16), non-melanocytic neoplasms (n = 84) and 745 melanomas. 250 primary melanomas and 151 metastases were compared with HMB-45 and anti-S100 staining. Further 101 primary melanomas and 243 metastases were compared with Melan-A/MART-1 (A103) and tyrosinase (T311). Staining of normal cells for SM5-1 was found to be negative. SM5-1, anti-S100 and HMB-45 reacted with nevi and 97 - 99% of 250 primary melanomas. Whereas SM5-1 and anti-S100 showed a high degree of positive staining in 96% of 151 metastases, only 83% reacted with HMB-45. All HMB-45-negative melanoma metastases were found to be positive for SM5-1. Whereas neither SM5-1 nor HMB-45 stained any of 84 specimens from non-melanocytic neoplasms, anti-S100 was positive in 21/84. Altogether SM5-1 has a sensitivity of 98%, HMB-45 of 93% and anti-S100 of 97% for primary and metastatic melanomas. SM5-1 stained 92,3%, A103 82,9% and T311 71,2% of 344 primary and metastatic melanomas. SM5-1 showed a stronger and more homogeneous reactivity as A103 und T311 in metastases (n = 243). All tested antibodies had a comparable staining intensity for primary melanomas (n = 101). The monoclonal antibody SM5-1 appears to have advantages for the immunhistochemical analysis of melanoma over currently available antibodies, especially for melanoma metastases. Therefore it is useful as a first line reagent in immunohistochemistry of melanoma. Further studies are needed to elucidate the exact nature of the antigen recognized by SM5-1.

In dieser Arbeit ein neues bioanalytisches Konzept untersucht, das nanoskalige Zeolith-Imidazolat-Frameworks (ZIFs) als Marker für antikörperbasierte Analysemethoden einsetzt, einschließlich Enzyme-Linked-Immunosorbent-Assay (ELISA) und Lateral Flow Immunoassay (LFIA). Der Vorteil von ZIFs als Marker gegenüber etablierten Materialien ist ihre vielseitige, einfache und kostengünstige Synthese. Dazu gehört die Möglichkeit, niedermolekulare Substanzen für zusätzliche Sensorzwecke zu verkapseln und für eine hohe Selektivität stabil an Biomakromoleküle zu konjugieren. Als modellhafter Zielanalyt von Relevanz wurden Phthalat-Acylester (PAEs) ausgewählt. Die Relevanz des Nachweises von PAEs ergibt sich aus ihren Eigenschaften als endokrin wirksame Chemikalien (EDCs) und krebserregend. In Kombination mit der Tatsache, dass PAEs aufgrund ihrer Verwendung als Weichmacher in Kindergeschirr, Spielzeug, Trinkflaschen und anderen Produkten auf Polyvinylchlorid-Basis in der Umwelt reichlich vorhanden sind, zeigt, wie wichtig der routinemäßige Nachweis von PAEs in Trinkwasser oder Lebensmitteln ist. / This work explores a new bioanalytical concept that employs nanosized Zeolite Imidazolate Frameworks (ZIFs) particles as labels for antibody-based analytical methods, including enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and lateral flow immunoassay (LFIA). The advantage of ZIFs as labels over established materials is their versatile, facile, and cheap synthesis. This includes the ability to encapsulate low molecular weight substances for additional sensing purposes and for stable conjugation to biomacromolecules for high selectivity. As a model target analyte of relevance Phthalate acyl esters (PAEs) have been selected. The relevance of the detection of PAEs is due to their properties as endocrine disrupting chemicals (EDCs) and carcinogenic. Combined with PAEs being abundant on the environment because of their use as plasticizers in plastic-made tableware for children, toys, drinking bottles and other polyvinylchloride-based products, shows the importance or their routine detection of drinking water or foods being so critical.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Möglichkeit untersucht, eine bestimmte Klasse von Pestiziden mit einem Lateral-Flow-Test als Plattform und einem Smartphone-Setup für die Signalerkennung nachzuweisen. Konkret handelt es sich bei Typ-I-Pyrethroiden um Insektizide, die zur Bekämpfung von Stechmücken eingesetzt werden, die z.B. Überträger von Viruserkrankungen sein können. Permethrin und Phenothrin, die bekanntesten Pyrethroid-Verbindungen, werden seit einiger Zeit zur Desinfektion von Flugzeugen auf Flügen aus und in tropischen Gebieten verwendet, um die Ausbreitung gefährlicher Krankheiten wie Malaria, Zika oder Dengue zu verhindern. Da es immer noch keine Kontrolle über die Menge der an Bord versprühten Insektizide gibt, wird eine neue effektive und schnelle Methode zur Analyse von Pyrethroiden direkt im Flugzeug benötigt. Zu diesem Zweck wurde ein tragbarer Test im Lateral-Flow-Assay- (LFA-) Format realisiert, bei dem gegatterte Antikörper-Indikator-Freisetzungssysteme zum Nachweis eingesetzt werden. In der ersten Phase der Arbeit wurden verschiedene Träger aus mesoporösem Siliziumdioxid (von Nano- und Mikropartikeln in Form von Plättchen und kurzen Fasern), unterschiedliche Funktionalisierungswege sowie Beladungssequenzen untersucht und bewertet. Da sich diese Materialien gut für LFAs eignen, wurde die Leistungsfähigkeit nicht nur mit herkömmlichen Assays in Suspension, sondern auch im Teststreifenformat untersucht. Die Kombination von Farbstoffen als Indikatoren und Smartphones zum Auslesen konnten einfache analytische Tests entwickelt werden, die in Zukunft von ungeschultem Personal direkt am Ort des Geschehens, z. B. in einer Flugzeugkabine, eingesetzt werden können und Ergebnisse in weniger als 5 Minuten erforderlichen Selektivität liefern. / Across this work, it was investigated the possibility of detecting a specific class of pesticides with a lateral flow test as a platform and a smartphone set-up for signal detection. Specifically, type-I pyrethroids are insecticides employed eventually to kill mosquitos that can be vectors for e.g., viral diseases. Permethrin and phenothrin, the most well-known pyrethroid compounds, are recently used for disinfection purposes on airplanes from and to tropical areas to avoid the spread of dangerous illnesses as malaria, zika or dengue. As there is still no control on the amount of insecticide sprayed onboard, a new effective and rapid method for pyrethroids analysis directly in the plane is needed. For this purpose, a portable test in lateral flow assay format was realized involving gated antibody indicator delivery systems for sensing. In the first stage of the work, different mesoporous silica supports (from nano and microparticles to platelets and short fibers), different functionalisation routes, and different loading sequences were assessed. Then, the materials’ performances were evaluated by studying their temporal response behaviour and detection sensitivity, including the tightness of pore closure (through the amount of blank release in the absence of an analyte) and the release kinetics. Finally, because such materials are well-suited for LFAs, performance assessment included a test-strip format besides conventional assays in suspension. The combination of dyes as indicators and smartphones for read-out, simple analytical tests for use by untrained personnel directly at a point-of-need such as an airplane cabin, can be devised, allowing for results in less than 5 min with the-required selectivity.

Influenza Viren stellen eine große Bedrohung der öffentlichen Gesundheit dar. Die saisonale Grippeschutzimpfung induziert Antikörper gegen den Kopfbereich des viralen Oberflächenproteins Hämagglutinin (HA), in dem verstärkt Antigendrift auftritt. Dadurch wird die Effektivität der saisonalen Grippeimpfung auf den Impfstamm beschränkt und es besteht kein ausreichender Schutz gegen virale Driftvarianten. Eine universellere Grippeimpfung wird dringend benötigt. Die Entdeckung breit reaktiver Antikörper gegen den konservierten HA-Stammbereich hat die Erforschung neuartiger Impfstrategien vorangetrieben. Mit Chimären oder Headless HA kann eine Fokussierung der Immunantwort auf immunsubdominante Bereiche im HA-Stammbereich erzielt werden. Auch innovative Impfstoffplattformen wie Adeno-assoziierte Virus (AAV)-Vektoren bergen ein immenses Potenzial, da sie zum einen für die Verwendung im Menschen zugelassen sind und zum anderen die Immunogenität des Antigens positiv beeinflusst. Die Immunisierung mit AAV-Vektoren, die wildtypisches HA, Chimäre HA oder Nukleoprotein exprimieren, führte in dieser Arbeit in Mäusen zur Induktion breit reaktiver Antikörper, nicht aber die Immunisierung mit AAV-Headless HA oder inaktiviertem Grippeimpfstoff. Die AAV-Vektor Impfstoffe führten zur robusten Induktion Fc-Gamma-Rezeptor-aktivierender Antikörper, die beispielsweise Antikörper-vermittelte zelluläre Zytotoxizität auslösen können. Nicht nur die Impfung mit AAV-Chimären HA, sondern auch mit AAV-wildtypischem HA induzierte Antikörper gegen den HA-Stammbereich. Somit kann anscheinend allein durch eine AAV-Vektor vermittelte Expression des Antigens die Immundominanz des HA-Kopfbereiches abgemildert werden. Abschließend konnte zum ersten Mal die Schutzwirkung einer AAV-Vektor Immunisierung gegen HA im Frettchen demonstriert werden. Die in dieser Arbeit beschriebenen Ergebnisse zeigen somit das große Potenzial von AAV-Vektoren als Impfvehikel für eine breit reaktive Grippeschutzimpfung auf. / Influenza viruses represent a severe threat to public health. A seasonal vaccine is available, which readily leads to the induction of antibodies against the head domain of the viral surface protein hemagglutinin (HA), which is prone to antigenic drift. Thus, seasonal vaccination induces only strain specific protection, while it is not effective against drifted virus strains. Hence, there is an urgent need for a universal influenza vaccine. The discovery of broadly reactive antibodies against the highly conserved HA-stalk domain has prompted great interest into research on vaccination strategies to induce broadly protective HA antibodies. Chimeric and headless HA have shown promising results with respect to re-focusing immunity towards immunosubdominant epitopes in the HA-stalk to induce protective HA-stalk antibodies. Also, innovative vaccine delivery platforms such as Adeno-associated virus (AAV)-vectors offer an attractive developmental perspective. AAV-vectors are licensed for use in humans and the AAV-vectored antigen expression positively influences its immunogenicity. In this thesis, immunization with AAV-vectors expressing wildtype HA, chimeric HA or nucleoprotein induced broad protection in mice, but not vaccination with AAV-vectors expressing headless HA or an inactivated influenza vaccine. Protection was associated with the ability of the AAV-vectored vaccines to induce Fc-gamma-receptor-activating antibodies, which might activate antibody-dependent cellular cytotoxicity. Not only chimeric HA but also wildtype HA induced antibodies against the HA-stalk, suggesting that AAV-vectored antigen expression can mitigate the immunodominance of virus strain-specific epitopes in the HA-head. Importantly, for the first time a protective effect AAV-vectored immunization towards HA could be shown in ferrets. Thus, results described in this thesis suggest a large potential for the development of AAV-vectors as carriers for a broadly protective influenza vaccine.

Multi-Antigen-Komplexe wurden in der Vakzinologie als effizientes Modell genutzt, um eine breite Impfstoffabdeckung gegen mehrere Stämme desselben Pathogens zu erzielen. Hier werden die Ergebnisse zur menschlichen B-Zell-Reaktion auf einen Multi-Antigen-Komplex (Bexsero) in drei Impfstoffen (Vax1, Vax2 und Vax3) dargestellt. Bexsero ist ein Impfstoff, der aus vier Antigenen (fHbp-GNA2091, NHBA-GNA1030, NadA und OMV (NZ98-254)) für Neisseria meningitidis (Nm) B besteht. Bei allen drei Impfstoffen konnten außerordentlich diverse Immunglobuline (Ig) beobachtet werden, die als Reaktion auf Bexsero mit einzigartigen Ig-Genselektionsmustern erzeugt wurden. Die Daten zeigen auch Igs, die eine Reihe von Spezifitäten aufweisen (Bexsero-spezifisch-reaktive Igs (nur Vax3) oder polyreaktive Igs (Vax2, Vax3 und Vax4)) und Affinitäten (hochbindende, mäßig bindende, schwach bindende und nicht reaktive Igs). Es wurde keine eindeutige Korrelation zwischen spezifischen Ig-Genmerkmalen und Ig-Reaktivitätseigenschaften beobachtet, obwohl Igs von allen Impfstoffen kollektiv unterschiedliche Affinitäten innerhalb/zwischen Cluster-Igs und zwischen Nicht-Clustern von Bexsero aufweisen, was potenzielle Vorteile für einen breiten Schutz mit sich bringt. Ig-Gen-Merkmale und Antigen-Reaktivitätseigenschaften von Igs, die gegen NHBA (22 Igs), fHbp (2 Igs) und NadA (2 Igs) erzeugt wurden, sind ebenfalls gezeigt. Diese Ig zeigten schwache Bindungsaffinitäten, wenn sie an endogen exprimierten Antigenen auf Nm mc58 getestet wurden, möglicherweise aufgrund eines ungeordneten N-Terminus von NHBA. Es wurde eine Anreicherung von hochmutierten polyreaktiven Ig beobachtet. Es werden unterschiedliche Immunoselektivitätsgrade für die verschiedenen Antigene beobachtet, was auf eine Antigenimmunodominanz sowie auf Hinweise auf eine Epitopmaskierung hindeutet. Mit einem kontrollierbaren System von 4 Antigenen eröffnen die Daten die Möglichkeit die menschliche B-Zell-Reaktion auf Multi-Antigen-Komplexe zu verstehen und zeigen, dass ein umfassendes Verständnis über die feinen zellulären und humoralen Einzelheiten der Immunantworten des Impfstoffs während klinischer Studien erforderlich ist. / Multi-antigen complexes have been exploited in vaccinology as an efficient model, to achieve broad vaccine coverage against multiple strains of the same pathogen. Here, the findings on the human B cell response to a multi-antigen complex (Bexsero) in three vaccinees (Vax1, Vax2 and Vax3) are shown. Bexsero is a vaccine comprising of four antigens (fHbp-GNA2091, NHBA-GNA1030, NadA and OMV (NZ98-254)) for Neisseria meningitidis (Nm) B. Immensely diverse (isotype distribution, IgVH and IgJH gene usage, CDR3 length distribution and clonal selection) immunoglobulins (Igs) generated in response to Bexsero with unique Ig gene selection patterns in all three vaccinees was observed. The data also shows Igs that exhibit a range of specificities {Bexsero-specific-reactive Igs (Vax3 Only) or polyreactive Igs (Vax2, Vax3 and Vax4)} and affinities (highly binding, moderately binding, weakly binding and unreactive Igs). No unique correlation between specific Ig gene features and Ig reactivity properties was observed, albeit Igs from all vaccinees collectively exhibit varied affinities within/between cluster Igs, and amongst non-clusters to Bexsero, with potential advantages for broad protection. Ig gene features and antigen-reactivity properties of Igs generated against NHBA (22 Igs), fHbp (2 Igs) and NadA (2 Igs) are also shown. These Igs exhibited weak binding affinities when tested on endogenously expressed antigens on Nm mc58, potentially due to disordered N-terminal of NHBA. Enrichment of highly mutated polyreactive Igs was observed. Varying degrees of immunoselectivity to the different antigens, suggesting antigen immunodominance as well as evidence of epitope masking are observed. With a controllable system of 4 antigens, the data opens a potential window to understanding the human B cell response to multi-antigen complexes and evinces the need for expansive understanding of the fine cellular and humoral details of vaccine immune responses during clinical trials.

Anti-IgA Antikörper werden häufig als Ursache nicht-hämolytischer Transfusionsreaktionen angesehen. Die Inzidenz solcher Reaktionen schwankt zwischen 1:17.000 bis 1:770.000 und beruht größtenteils auf Fallberichten. Die Bedeutung dieser Antikörper, obwohl mit einer Prävalenz von 1: 18 bis 1:1.250 relativ häufig vorkommend, konnte in den circa vierzig Jahren seit ihrer Entdeckung nicht eindeutig geklärt werden; verschiedene Spezifitäten der Antikörper mit unterschiedlichen Reaktionen erschweren die Diagnose und eine klare Schematisierung. Ein Nachteil war bisher das Fehlen einer schnellen und unkomplizierten Nachweismethode, die in vielen Laboratorien angewandt werden kann. Die Ende der sechziger Jahre entwickelte Die Ende der 1960’er Jahre entwickelte Passive Hämagglutination (PHA) ist oft ungenau und unterliegt starken Schwankungen, kann aber relativ einfach durchgeführt werden und ist deshalb die Hauptmethode in der Diagnose von anti-IgA gewesen. Neuere und genauere Methoden wie Radio Immuno Assay (RIA) und Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA) sind weder schnell durchzuführen noch in vielen Laboratorien verfügbar. In dieser Arbeit wird eine neue Agglutinationsmethode, Particle Gel Immuno Assay (PaGIA) evaluiert und mit der PHA verglichen. Im ersten Teil wurden die Seren 105 gesunder Spender untersucht: 70 führten zu Reaktionen im PHA mit Titern bis 1:80 während keines im PaGIA reagierte, was die Spezifität des PaGIA unterlegt. Anschließend wurden elf Seren von Patienten mit selektivem IgA Mangel (sDIgA) und 23 Seren von Patienten mit variablem Immundefektsyndrom (CVID) auf das Vorliegen eines anti-IgA Antikörpers untersucht. Fünf Seren beider Patientengruppen führten in beiden Tests zu Agglutinationen und ein Serum (sDIgA) reagierte mit einem Titer von 1:1 in der PHA aber nicht im PaGIA. Die hier gefundenen Prävalenz (22% sDIgA, 45% CVID) und Größe der Titer (sDIgA>CVID) von anti-IgA stimmt mit den bisherigen Erkenntnissen überein. Weitere Untersuchungen konnten die Stabilität des PaGIA bzw. dessen Beads und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse über mehrere Monate als auch die Möglichkeit subklassenspezifisches anti-IgA nachzuweisen darlegen. Der PaGIA stellt einen schnell und einfach durchzuführenden Test dar, mit dem anti-IgA Antikörper verschiedener Spezifität verläßlich bestimmt werden können, um Untersuchungen im großen Rahmen durchzuführen, die die Bedeutung der anti-IgA Antikörpern erhellen. / Anti-IgA antibodies are thought to be responsible for non-hemolytic transfusion reactions in one in 17,000 to one in 770,000 number of cases. This incidence is mainly supported by case reports. Despite their relative frequency of one in 18 to one in 1,250, since their discovery approximately forty years ago, the true significance of these antibodies has not yet been determined. Several specificities of these antibodies resulting in different reaction patterns make diagnosis and categorization difficult. Until recently, the lack of a fast and reliable laboratory test was a drawback. This test needed to be easily performed, fast, accurate, reproducible and accessible to many practitioners in many laboratories. The Passive Hemagglutination Assay (PHA), developed in the late 1960’s, is neither precise nor reliable but easy to perform and therefore has been the mainstay in diagnosis of anti-IgA. While newer methods, such as Radio Immuno Assay (RIA) and Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA), are neither fast nor easily performed but very precise. This thesis studies and evaluates a new agglutination assay, the Particle Gel Immuno Assay (PaGIA), and compares it to the PHA. In the first part of our study we established the specificity of PaGIA. Sera of 105 healthy blood donors were tested: 70 led to positive reactions with the PHA with titers up to 1:80 while none reacted with the PaGIA. Subsequently, eleven sera of patients with selective deficiency of IgA (sDIgA) and 23 sera of those with Common Variable Immunodeficiency (CVID) were tested for the presence of anti-IgA antibodies. Five sera in each group led to agglutinations in both assays and one serum reacted with a titer of 1:1 in the PHA but not in the PaGIA. The prevalence (22% sDIgA, 45% CVID) and strength of the titers (sDIgA>CVID) of anti-IgA corresponds with current knowledge. Further tests demonstrated the PaGIA’s and its beads stability and reproducibility over several months as well as the possibility for detection of subclass-specific anti-IgA. The PaGIA is a fast and easily performed assay which reliably detects anti-IgA antibodies of different specificities, thereby providing a tool for large scale studies to shed more light on the significance of anti-IgA antibodies.

In dieser Arbeit wurde eine neue Templat-gesteuerte fluorogene Peptidverknüpfung vorgestellt. Speziell modifizierte Peptidfragmente wurden durch die Bindung an ein Templatmolekül zu einer chemischen Reaktion befähigt, wodurch ein Fluoreszenzsignal erzeugt werden konnte. Das erlaubte eine Reaktionskontrolle in Echtzeit. Die fluorogene Peptidverknüpfung konnte erfolgreich mit einem Coiled-coil Peptid-Model etabliert werden. Dabei wurden Peptidthioester derart modifiziert, dass in räumlicher Nähe zur Thioestergruppe ein Fluorophor platziert wurde und die acetylierte Mercaptogruppe als Fluoreszenzlöscher agierte. Die modifizierten Thioester können nach dem Reaktionsmechanismus der nativen chemischen Peptidverknüpfung (NCL) unter der Bildung einer Amidbindung mit N-terminalen Cysteinylpeptiden reagieren. Die fluoreszenzlöschende Mercaptogruppe verlässt dabei den Peptidthioester als Nukleofug, wodurch ein fluoreszierendes Reaktionsprodukt entsteht. Die Templat-gesteuerte Durchführung dieser fluorogenen nativen chemischen Peptidverknüpfung (fNCL) erlaubte die Reaktionsdurchführung bei sehr geringen Peptidkonzentrationen. Die Synthese der benötigten fluorogenen Thioester gelang zum einem durch die Anwendung der selbstreinigenden Thioestersynthese mit einer Tandem-Entschützungs-Kupplungs-Strategie und zum Anderen mit Hilfe eines synthetisierten fluorogenen Azid-Thioesterbausteins, welches mit einem Alkin-modifizierten Peptid zur Reaktion gebracht wurde. Neben Coiled-coil Peptiden, wurden auch doppelsträngige DNA und Antikörper als Template für die fNCL eingesetzt. Die fNCL konnte zur Durchführung eines Abstandsscreenings angewendet werden. Es wurde eine Abhängigkeit zwischen der Reaktionsgeschwindigkeit und dem Abstand der Bindungsstellen im Templat für zwei reaktive Peptidbindungspartner gezeigt. Durch diese Untersuchung konnte die räumliche Abstandsgrenze zwischen zwei Bindungsstellen in einem Templatmolekül bestimmt werden, die keinen Templat-Effekt mehr beobachten lässt. / In this thesis a new template-controlled fluorogenic peptide linkage was presented. Specially modified peptide fragments were enabled to undergo a chemical reaction by binding to a template molecule, which resulted in a fluorescent signal. This allowed a reaction control in real time. The fluorogenic peptide linkage was successfully established using a coiled coil peptide model. Peptide thioesters were modified in such a way that a fluorophore was placed in close proximity to the thioester group and the acetylated mercapto group acted as fluorescence quencher. These modified thioesters can react with N-terminal cysteinyl peptides according to the reaction mechanism of the native chemical ligation (NCL) under the formation of an petide bond. The fluorescence-quenching mercapto group leaves the peptide thioester as a leaving group, resulting in a fluorescent reaction product. Template-controlled execution of this fluorogenic native chemical ligation (fNCL) allowed the reaction to be performed at very low peptide concentrations. The synthesis of the required fluorogenic thioesters was achieved on the one hand by applying a self-purifying thioester synthesis with a tandem-protective coupling strategy and on the other hand by using a synthesized fluorogenic azide thioester building block which was reacted with an alkine-modified peptide. In addition to the coiled coil peptides, double-stranded DNA and antibodies were used as templates for fNCL. Finally, the fNCL could be used to perform a distance screening. A dependence between the reaction rate and the distance between the binding sites in the template for two reactive peptide binding partners was shown. By this investigation a distance between two binding sites in a template molecule could be determined, which does not show a template effect anymore.

Die vorliegende Arbeit beinhaltet umfangreiche histologische Untersuchungen an verschiedenen Tumoren bezüglich ihrer Infiltration durch Makrophagen-Subpopulationen, Granulozyten und Lymphozyten. Hierfür wurden 18 Gewebe-Mikroarrays mit jeweils 200 - 300 Tumorstanzen aus insgesamt 27 Organen des Gastrointestinaltraktes, des Urogenitaltraktes, des Respirationssystems und des endokrinen Systems angefertigt. Da alle Proben mit derselben Technik (Gewebe-Mikroarrays, Immunhiostochemie) ausgewertet wurden, bestand nun erstmalig die Möglichkeit eines direkten Vergleiches zwischen den verschiedenen Tumoren unterschiedlicher Organe. Für die immunhistochemischen Untersuchungen wurden fünf verschiedene Antikörper (anti-KP1, anti-PG-M1, anti-MRP8, anti-MRP14, anti-MRP8/14) eingesetzt. Die Antikörper gegen die Epitope PG-M1 und KP1 gelten als Pan-Makrophagen-Marker. Die Antikörper anti-MRP8, anti-MRP14 und anti-MRP8/14 gelten als Marker für entzündlich aktivierte Makrophagen. Diese Makrophagen wurden in einen aktiven inflammatorischen Typ (MRP14+, MRP8/14+), der proinflammatorische Zytokine wie TNF-a und Sauerstoffradikale bildet, und in einen chronisch inflammatorischen Typ (MRP8+) eingeteilt. Die Formation des MRP8/14-Heterodimers korreliert mit der zellulären Aktivierung wie z. B. mit der Aktivierung der NADPH-Oxidase. Es wurde beschrieben, dass diese Makrophagen auf Grund ihrer Eigenschaften eventuell die Tumorzellproliferation inhibieren und zytotoxische Wirkungen auf Tumorzellen ausüben können. Für die verschiedenen Tumorgewebe wurden höhere Makrophagendichten im Vergleich zum Normalgewebe und eine vergleichsweise geringe Dichte an MRP+ Makrophagen sowie signifikante Korrelationen zwischen den verschiedenen Makrophagen-Subpopulationen festgestellt. Die Dichte der Lymphozyten korrelierte negativ mit steigendem Tumorzellanteil und mit fortgeschrittenem Tumorstadium. Die Abnahme der Lymphozyten (Gastrointestinal- und Respirationstrakt) im Tumorgewebe im Vergleich zum tumorfreien Gewebe sowie die geringe Anzahl der potenziell tumoriziden MRP8/14+ Makrophagen lässt vermuten, dass die Immunantwort gegen den Tumor unterdrückt wird. Die positive Assoziation zwischen Makrophagen und Lymphozyten weist jedoch darauf hin, dass Makrophagen nicht am Rückgang der Lymphozyten beteiligt sind . Eine Korrelation der Makrophagen mit klinisch relevanten Parametern (pT-Stadium, UICC-Stadium, Lymphknotenmetastasen) zeigten ein voneinander abweichendes Infiltrationsmuster der CD68+ und MRP+ Makrophagen, was auf unterschiedliche Funktionen hinweist. Ferner liegen zahlreichen funktionelle Untersuchungsergebnisse anderer Arbeitsgruppen vor, welche darauf hinweisen, dass Makrophagen durch Hypoxie angezogen werden und im hypoxischen Tumorgewebe schließlich an der Neubildung von Blut- und Lymphgefäßen beteiligt sind. Um einen möglichen Zusammenhang zu zeigen, wurde mit den Antikörpern anti-CD31 und anti-CD34 die Gefäßdichte in Tumoren untersucht. Es zeigten sich zahlreiche positive Korrelationen zwischen Gefäßen und Makrophagen, jedoch konnte in den tumorfreien Geweben kein Zusammenhang zwischen beiden Größen gefunden werden. Das Vorkommen größerer Makrophagendichten in Tumoren mit wenig Nekrose als in Tumoren ohne Nekrose, die positive Korrelation zwischen der Anzahl der Gefäße und der Zahl der Makrophagen in Tumoren und die Unabhängigkeit von Makrophagen und Gefäßen im tumorfreien Gewebe legt die Vermutung nahe, dass TAM die Angiogenese begünstigen. Trotz vieler ähnlicher Charakteristika zwischen den Tumoren unterschiedlichen Ursprungsgewebes wurden auch Unterschiede festgestellt, die besonders die Anzahl der Makrophagen-Subpopulationen betreffen. Weitere Studien zur Aufklärung der Funktion unterschiedlicher Makrophagen-Subpopulationen (z. B. Immunsuppression, Neoangiogenese) sind notwendig, um deren Relevanz für das Tumorwachstum und die Tumorprogression aufzuklären.

Grund der Studie: Landwirte tragen eines der höchsten Risiken an berufsbedingtem Asthma zu erkranken, wobei die Allergene vom Rind eine entscheidende Rolle spielen. Das Wissen bezüglich Risikoprofile und Prävention ist sehr gering. Es herrscht aber eine Diskrepanz zwischen klinischer und Labordiagnostik, d.h. eindeutige klinische Reaktionen finden keine Bestätigung durch Allergietestung mit kommerziellen Extrakten. Patienten berichten auch, unterschiedliche Reaktionen auf unterschiedliche Rassen zu zeigen. Noch gibt es aber keine Studien zu rassespezifischen Unterschieden.Ziel der vorliegenden Arbeit: Vergleich verschiedener Extrakte (kommerzielle und eigene) mittels SDS-Page und dem Vergleich der erhaltenen Proteinmuster. Die eigenen Extrakte berücksichtigen die verschiedenen Rinderrassen der betroffenen Landwirte in Süd- und Norddeutschland. Und Nachweis eines möglichen individuellen Sensibilisierungsmusters der betroffenen Landwirte unter Berücksichtigung dieser beschwerdeauslösenden Rinderrassen.Klinische Aspekte: Untersuchung mit den Seren von 42 symptomatischen Landwirten (16 weibliche und 26 männliche Landwirte im Alter zwischen 25 und 74 Jahren), aus dem norddeutschen (Niedersachsen) sowie dem süddeutschen (Bayern und Baden-Württemberg) Raum kommend. Alle hatten eindeutigen klinischen Symptomen der Rinderhaarallergie.Material und Methoden: Die verwendeten Rinderhaare für diese Untersuchungen stammen von eigenen Tieren der erkrankten Landwirte oder, wenn die Rinderhaltung bereits aufgegeben war, von Haaren reinrassiger Rinder aus Zuchthöfen verwendet. Insgesamt wurden Haare von 8 Rinderrassen verwendet.Durchführung: In durchgeführten Voruntersuchungen wurde die Spezifität dieser Immunblotexperimente durch Negativkontrollen nachgewiesen (Probanden mit RAST-Klasse 0, ohne keine klinische Allergiesymptomatik, immer in der Stadt gelebt, keine Tierhaltung) Die Proteine wurden von Rinderhaaren extrahiert, der Proteingehalt der Lösung bestimmt und anschließend erfolgte die Durchführung von SDS-Page und Immunblot. Die Reaktivität zwischen kommerziellen Extrakten und den selbst hergestellten Extrakten konnte so verglichen und mit auch dem Proteinangebot verglichen werden. Dieses Procedere für jeden Landwirt durchgeführt.Ergebnisse: Die Auswertung der SDS-Polyacrylamid-Gele ergab keine relevanten Unterschiede innerhalb der kommerziellen Extrakte und nur geringe Differenzen zwischen den einzelnen Extrakten I bis IV. Die Färbungen fanden sich eher im Nierdermolekularbereich und bei 20 kDa (Bos d2). Es konnten auch keine relevanten Unterschiede innerhalb der selbst hergestellten Extrakte dargestellt werden, aber zum Teil deutliche Differenzen zwischen den unterschiedlichen Rassen. Die am intensivsten gefärbten Banden für alle Extrakte waren auch bei 20 kDa (Bos d 2). Ebenfalls intensive Färbungen für alle Extrakte lagen im Molekulargewichtsbereich von 20 bis 28 kDa. Deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Rassen konnte im Molekulargewichtsbereich von << 14 und < 14 kDa und zwischen 30 und 67 kDa (also im niedrigen und mittleren MW) dargestellt werden. Ein wichtiges Ergebnis dieser Studie ist der Nachweis, dass 32 % der Landwirte mit eindeutigen Symptomen einer Rinderhaarallergie, aber negativer klinischer Diagnostik mittels kommerzieller Extrakte im Immunblot Reaktionen ihres Serums mit den selbst hergestellten Extrakten zeigen. Des Weiteren bestätigen die erlangten Ergebnisse auch die hohe allergologische Relevanz der in der Literatur beschriebenen Proteine bei 20 und 22 kDa, zeigen aber auch für die selbst hergestellten Extrakte eine immunologische Reaktion in anderen Molekulargewichtsbereichen. Die eingangs aufgestellte Hypothese eines möglicherweise rassespezifischen Sensibilisierungsmusters lässt sich dagegen nicht aufrechterhalten. Rassespezifische Unterschiede konnten sich keiner bestimmten Systematik zuordnen lassen, eher individuelle Sensibilisiereungsmuster ohne Bezug zur Rasse. Hypothese: In den kommerziellen Extrakten sind nicht mehr alle für eine Sensibilisierung relevanten Proteine repräsentiert oder haben durch eine mögliche Procezierung bei der Herstellung ihre immunologische Reagibilität eingebüßt.