Die Niere ist eines der wichtigsten Zielorgane für Toxizität, allerdings stellt die frühzeitige Erkennung einer Nierenschädigung und/oder kanzerogenen Wirkung infolge einer wiederholten Exposition gegenüber toxischen Verbindungen ein großes Problem dar, da traditionelle Marker für Nierenfunktionsstörungen wenig empfindlich sind. Daher ist es notwendig, verbesserte Testmethoden (Alternativmethoden) zur Prüfung auf chronische Nierentoxizität zu entwickeln. Ziel dieser Arbeit war es daher, mögliche Alternativmethoden zur Prüfung auf Nephrotoxizität nach wiederholter Exposition zu untersuchen. Zum einen wurden dazu in einem in vivo-Modell für chronische Nierentoxizität neue Biomarker für Stress und Gewebeschädigung untersucht, deren erhöhte Genexpression in mehreren Modellen für akute Schädigung des Nierengewebes gezeigt wurde, einschließlich kidney injury molecule-1 (KIM-1), Lipocalin-2 (LCN2), Clusterin (CLU), Osteopontin (OPN), tissue inhibitor of metalloproteinases-1 (TIMP-1), Vimentin (VIM) und Hämoxygenase-1 (HO-1). Diese Marker wurden nachfolgend auch in einem zellkulturbasierten in vitro-Modell untersucht. Ein weiterer Teil der Arbeit befasste sich mit Veränderungen der Zellteilung als möglicher Marker für die Früherkennung kanzerogener Effekte. Das in vivo-Modell bestand in einer Studie in männlichen F344/N-Ratten, die 14, 28 oder 90 Tage oral mit 0, 21, 70 oder 210 µg/kg Körpergewicht (KG) Ochratoxin A (OTA) behandelt wurden. OTA ist ein Mykotoxin, das in Ratten bei wiederholter Gabe eine Nierenschädigung und Nierenkrebs verursacht. Die Analyse der mRNA-Expression der neuen Biomarker in Nierengewebe zeigte bei Tieren, die mit 70 oder 210 µg/kg KG behandelt wurden, eine frühzeitige, zeit- und dosisabhängige Induktion von KIM-1, LCN2, TIMP-1, OPN und CLU, die mit histopathologischen Veränderungen in Form von Zelldegeneration und Regeneration einherging und das Fortschreiten der Schädigung gut widerspiegelte. Auch die mRNA-Expression von HO 1 und VIM wurde durch OTA moduliert, allerdings war eine Erhöhung nicht zu allen Zeitpunkten zu messen bzw. trat nicht so früh auf wie bei den anderen Markern. Effekte auf traditionelle Marker für Nephrotoxizität (Serum-Kreatinin, N-Acetyl-β-D-glucosaminidase und γ-Glutamyltransferase im Urin) wurden im Vergleich zu den neuen Markern zu einem späteren Zeitpunkt und zumeist nur in der Hochdosisgruppe festgestellt. Zusätzlich zu den Effekten auf die Genexpression konnte in den Zielzellen von OTA im proximalen Tubulusepithel eine erhöhte Proteinexpression von KIM-1, CLU, OPN und VIM gezeigt werden; nur für KIM-1 wurde allerdings auch im Urin eine erhöhte Konzentration nachgewiesen, die mit den Effekten auf die mRNA- und Proteinkonzentration im Gewebe korrelierte. Damit stellt KIM-1 in dieser Studie hinsichtlich Empfindlichkeit und Messbarkeit den empfindlichsten Biomarker für Nephrotoxizität dar. Die Untersuchung der Zellteilung nach wiederholter Gabe von OTA zeigte einen dramatischen, zeit- und dosisabhängigen Anstieg der Proliferation von proximalen Tubulusepithelzellen in Nieren von Tieren, die mit 70 oder 210 µg/kg KG behandelt wurden. Dagegen wurden nach wiederholter Exposition gegenüber 21 µg/kg KG über 90 Tage keine OTA-abhängigen Effekte auf die renale Zellproliferation festgestellt. Somit korrelieren die Veränderungen der Zellteilung in der Niere in der 90-Tages-Studie sehr gut mit dem Ergebnis der 2-Jahres-Kanzerogenitätsstudie mit OTA, in der Nierentumoren nur nach Behandlung mit 70 oder 210 µg/kg KG auftraten. Ausgehend von den verschiedenen Endpunkten für Toxizität, die in der Studie untersucht wurden, liegt der no-observed-adverse-effect-level (NOAEL) bei 21 µg/kg KG OTA. Dies entspricht dem NOAEL der 2-Jahres-Kanzerogenitätsstudie. In einem weiteren Teil der Arbeit wurden die neuen in vivo-Biomarker für Nephrotoxizität in NRK 52E-Zellen als in vitro-Modell ausgetestet. Allerdings konnte eine erhöhte mRNA-Expression von KIM-1, einem sensitiven Marker in vivo, nach 24 oder 48 Stunden Behandlung mit verschiedenen nephrotoxischen Modellverbindungen (OTA, Kaliumbromat (KBrO3), Cisplatin oder Cadmiumchlorid (CdCl2)) in den Zellen nicht nachgewiesen werden. Die mRNA-Expression anderer Marker (VIM, CLU, TIMP-1, LCN2, OPN) war dagegen in unbehandelten Zellen bereits so hoch, dass die Behandlung mit Nephrotoxinen zu keiner weiteren Induktion führte. Allein die Gen- und Proteinexpression von HO-1 wurde durch CdCl2, KBrO3 und OTA induziert und könnte daher einen potentiellen Marker für screening-Studien in vitro darstellen. Insgesamt war der Nachweis zytotoxischer Wirkungen jedoch der empfindlichste Endpunkt in der Zellkultur. Die Ergebnisse stützen somit die Verwendung der neuen in vivo-Biomarker als gewebespezifische Marker für Nephrotoxizität in vitro nicht. / The kidney is a main target organ of toxicity, but early detection of kidney damage and/or carcinogenic effects following the repeated exposure to toxic substances presents a major problem, since traditional markers of renal malfunction suffer from lack of sensitivity. Therefore, nephrotoxic effects are often detected only in long-term experiments in animals. Ethical reasons as well as the immense time and costs required for these animal studies have prompted the search for alternative methods by which animal numbers and duration of studies can be reduced. A further, albeit challenging, attempt is to replace experiments in animals by studies in vitro. The aim of this work was to test possible alternative methods for the detection of nephrotoxicity after repeated exposure. One the one hand, the expression of new biomarkers of stress and tissue damage was studied in an in vivo-model of chronic nephrotoxicity; enhanced gene expression of these biomarkers, including kidney injury molecule-1 (KIM-1), lipocalin-2 (LCN2), clusterin (CLU), osteopontin (OPN), tissue inhibitor of metalloproteinases-1 (TIMP-1), vimentin (VIM), and heme oxygenase-1 (HO-1), had been demonstrated before in several models of acute kidney damage. In addition to the experiments in vivo, the markers were also studied in a cell culture-based in vitro-model to assess their use as sensitive endpoints of toxicity in vitro. A further part of this work included the determination of cell proliferation as potential early marker of toxin-induced carcinogenic effects. As an in vivo-model, a toxicity study in male F344/N rats was performed. Rats were treated 14, 28 or 90 days with 0, 21, 70 or 210 µg/kg body weight (bw) ochratoxin A (OTA) by oral administration. OTA is a mycotoxin that is known to cause kidney damage and renal tumors in rats after repeated exposure. Analysis of mRNA expression of the new biomarkers showed early, time- and dose-dependent induction of KIM-1, LCN2, TIMP-1, OPN and CLU in kidney tissue of animals treated with 70 or 210 µg/kg bw. The induction of these biomarkers accompanied histopathological changes like cell degeneration and regeneration and mirrored well the progression of tissue damage. mRNA expression of HO-1 and VIM was also modulated by OTA, but overexpression was not evident at all time points or occurred later than for the other markers. Compared with the new biomarkers, effects on traditional markers of nephrotoxicity (serum creatinine, urinary N-acetyl-β-D-glucosaminidase and γ-glutamyltransferase) were restricted to later time points and the high dose group. In addition to the effects on gene expression, enhanced protein expression of KIM-1, CLU, OPN and VIM was observed in target cells of OTA in the proximal tubule epithelium; however, only for KIM-1, increased protein levels were also measured in urine, which correlated with the effects on the gene and protein expression in kidney tissue. Therefore, KIM-1 appeared to be the most sensitive biomarker of nephrotoxicity in this study. The study of the renal cell division after repeated administration of OTA demonstrated a dramatic, time- and dose-dependent increase in the proliferation of proximal tubule epithelial cells in kidneys of rats exposed to 70 or 210 µg/kg bw. In contrast, no OTA-dependent effects on renal cell proliferation were observed after repeated administration of 21 µg/kg bw. Thus, changes of renal cell proliferation in this 90-day-study correlate well with the results of the 2-year-carcinogenicity study with OTA, where renal tumors were only detected at 70 or 210 µg/kg bw. Based upon the different endpoints of toxicity determined in this study, the no-observed-adverse-effect-level (NOAEL) is 21 µg/kg KG OTA. This is consistent with the result of the 2-year-carcinogenicity study. In another part of this work, the new in vivo biomarkers of nephrotoxicity were studied in NRK-52E cells as in vitro-model. However, mRNA expression of KIM-1, one of the best biomarkers in vivo, was not detected in the cells after treatment for 24 or 48 hours with several nephrotoxic model substances (OTA, potassium bromate (KBrO3), cisplatin or cadmium chloride (CdCl2)). In contrast, high basal mRNA expression of other markers (VIM, CLU, TIMP-1, LCN2, OPN) was evident even in untreated cells and treatment with nephrotoxins did not further enhance marker gene expression. Only in the case of HO-1, both gene and protein expression were induced by CdCl2, KBrO3 and OTA, and could therefore represent potential markers in screening studies in vitro. In summary, measurement of cytotoxicity was still the most sensitive endpoint of toxicity in vitro. Thus, results from this study do not support the use of the new in vivo-biomarkers as tissue-specific markers of nephrotoxicity in vitro.

While depressive disorders are, to date, diagnosed based on behavioral symptoms and course of illness, the interest in neurobiological markers of psychiatric disorders has grown substantially in recent years. However, current classification approaches are mainly based on data from a single biomarker, making it difficult to predict diseases such as depression which are characterized by a complex pattern of symptoms. Accordingly, none of the previously investigated single biomarkers has shown sufficient predictive power for practical application. In this work, we therefore propose an algorithm which integrates neuroimaging data associated with multiple, symptom-related neural processes relevant in depression to improve classification accuracy. First, we identified the core-symptoms of depression from standard classification systems. Then, we designed and conducted three experimental paradigms probing psychological processes known to be related to these symptoms using functional Magnetic Resonance Imaging. In order to integrate the resulting 12 high-dimensional biomarkers, we developed a multi-source pattern recognition algorithm based on a combination of Gaussian Process Classifiers and decision trees. Applying this approach to a group of 30 healthy controls and 30 depressive in-patients who were on a variety of medications and displayed varying degrees of symptom-severity allowed for high-accuracy single-subject classification. Specifically, integrating biomarkers yielded an accuracy of 83% while the best of the 12 single biomarkers alone classified a significantly lower number of subjects (72%) correctly. Thus, integrated biomarker-based classification of a heterogeneous, real-life sample resulted in accuracy comparable to the highest ever achieved in previous single biomarker research. Furthermore, investigation of the final prediction model revealed that neural activation during the processing of neutral facial expressions, large rewards, and safety cues is most relevant for over-all classification. We conclude that combining brain activation related to the core-symptoms of depression using the multi-source pattern classification approach developed in this work substantially increases classification accuracy while providing a sparse relational biomarker-model for future prediction. / Während depressive Erkrankungen bislang größtenteils auf der Basis von Symptomen auf der Verhaltensebene und den jeweiligen Krankheitsverläufen diagnostiziert werden, hat das Interesse an der Verwendung neurobiologischer Marker bei psychischen Erkrankungen in den letzten Jahren stark zugenommen. Da jedoch die momentan verfügbaren Klassifikationsansätze zumeist auf Informationen eines einzelnen Biomarkers beruhen, ist die Vorhersage von auf der Symptomebene so komplexen Erkrankungen wie Depressionen in der Praxis deutlich erschwert. Dementsprechend konnte keiner der einzelnen bisher untersuchten Biomarker eine Vorhersagegüte erreichen, die für die praktische Anwendung eines solchen Ansatzes im klinischen Alltag ausreichend wäre. Vor diesem Hintergrund schlagen wir deshalb zur Verbesserung der Klassifikationsgüte einen Algorithmus vor, der Messdaten vielfältiger depressionsrelevanter neuronaler Prozesse integriert. Zunächst wurden hierzu die Kernsymptome depressiver Erkrankungen aus standardisierten Klassifikationssystemen ermittelt. Anschließend entwickelten wir drei experimentelle Paradigmen, welche die Messung neuronaler Korrelate der mit den depressiven Kernsymptomen assoziierten psychologischen Prozesse mittels funktioneller Kernspintomographie ermöglichen. Um die resultierenden 12 hochdimensionalen Biomarker zu integrieren, entwickelten wir basierend auf der Kombination von Gauß-Prozess Klassifikatoren und Entscheidungsbäumen einen zweistufigen Mustererkennungsalgorithmus für multiple, hochdimensionale Datenquellen. Dieser Ansatz wurde an einer Gruppe von 30 gesunden Probanden und 30 unterschiedlich schwer betroffenen und unterschiedlich medizierten stationären depressiven Patienten evaluiert. Insgesamt ermöglicht der Ansatz eine hohe Klassifikationsgüte auf Einzelfallebene. Insbesondere die Integration der verschiedenen Biomarker führte zu einer Klassifikationsgüte von 83%, wohingegen die alleinige Klassifikationsgüte der 12 einzelnen Biomarker mit bestenfalls 72% deutlich geringer ausfiel. Somit konnte der entwickelte Klassifikationsansatz in einer heterogenen, im Alltag aber typisch anzutreffenden depressiven Patientenstichprobe, eine Klassifikationsgüte erreichen, die mit der bislang bestmöglichen durch einzelne Biomarker erreichten Klassifikationsgüte in selektiven Einzelstichproben vergleichbar ist. Darüber hinaus zeigte die Analyse des empirischen Prädiktionsmodells, dass die Kombination der neuronalen Aktivität während der Verarbeitung von neutralen Gesichtern, großen monetären Belohnungen und Sicherheitssignalen zur optimalen Gesamtklassifikation führt. Zusammenfassend lässt sich schlussfolgern, dass der im Rahmen dieser Arbeit entwickelte, zweistufige Mustererkennungsalgorithmus für multiple, hochdimensionale Datenquellen die Klassifikationsgüte substantiell verbessert und erstmals die Konstruktion eines effizienten relationalen Biomarker-Modells für zukünftige Vorhersagen ermöglicht.

Despite the global effort to discover and improve ways to detect, treat, and monitor cancer, it still remains the second leading cause of death in the United States and poses a major health and economic burden worldwide. While traditional treatments like surgery, chemotherapy, radiation therapy, and hormone therapy have been successful and have decreased cancer mortality, cancer incidence in all sites continues to rise. Consequently, there is an immediate need to find new therapeutics for the treatment of cancer. In recent years, and with the continuing push towards personalized medicine, cancer biomarkers have become crucial to detect, treat, and monitor cancer. Thymidine kinase 1 (TK1) has been identified as a cancer biomarker with diagnostic, prognostic, and therapeutic potential. TK1 is a nucleotide salvage pathway enzyme responsible for maintaining a balance in the cell nucleotide pool and providing the cell with thymidine monophosphate, which upon further phosphorylation is incorporated into DNA during cell replication. TK1 has been found to be upregulated in the serum of cancer patients. Serum TK1 (sTK1) has been used as an early diagnostic and prognostic biomarker in many types of cancer and has been shown to be a better proliferation biomarker than Ki67. In this dissertation, we described the characterization of TK1 as a cancer biomarker that associates with the plasma membrane of hematological malignancies such as Burkitt's lymphoma, acute lymphoblastic leukemia, acute promyelocytic leukemia, acute T cell lymphoma, and solid malignancies such as lung, breast, and colon cancer. We also describe the different oligomeric TK1 forms that are found on the cell membrane and show that membrane TK1 has activity. We assess the clinical relevance of TK1 in all these malignancies, looking at tissue expression as well as gene expression from patients from The Cancer Genome Atlas database. We find that TK1 is not expressed on the surface of normal cells, whether they are proliferating or not, making TK1 a unique cancer biomarker, with the potential to be used in targeted therapy. We also find that TK1 expressed on the surface may be involved in the invasion potential of cancer cells. The knowledge gained from this study will help researchers working in clinical research and cancer immunotherapeutics to potentially use TK1 as a biomarker and cancer target, and thus providing another weapon against cancer. In this dissertation, we described the characterization of TK1 as a cancer biomarker that associates with the plasma membrane of hematological malignancies such as Burkitt's lymphoma, acute lymphoblastic leukemia, acute promyelocytic leukemia, acute T cell lymphoma, and solid malignancies such as lung, breast, and colon cancer. We also describe the different oligomeric TK1 forms that are found on the cell membrane and show that membrane TK1 has activity. We assess the clinical relevance of TK1 in all these malignancies, looking at tissue expression as well as gene expression from patients from The Cancer Genome Atlas database. We find that TK1 is not expressed on the surface of normal cells, whether they are proliferating or not, making TK1 a unique cancer biomarker, with the potential to be used in targeted therapy. We also find that TK1 expressed on the surface may be involved in the invasion potential of cancer cells. The knowledge gained from this study will help researchers working in clinical research and cancer immunotherapeutics to potentially use TK1 as a biomarker and cancer target, and thus providing another weapon against cancer.

Using viruses to treat cancer is a novel approach to an age-old disease. Oncolytic viruses are native or recombinant viruses that have the innate or enhanced capability to infect tumour cells, replicate within the tumour microenvironment and subsequently lyse those cells. One representative, the vaccinia virus (VACV), belongs to the orthopoxvirus genus of the Poxviridae family. GLV-1h68, a recombinant and attenuated vaccinia virus devel- oped by the Genelux Corporation, is a member of this family currently being tested in various phase I/II clinical trials under the name GL-ONC1. It has been shown to specif- ically replicate in tumour cells while sparing healthy tissue and to metabolise prodrug at or transport immunological payloads to the site of affliction. Since imaging modalities offer little insight into viral replication deep within the body, and because oncolytic virotherapy is dependent on replication within the target tissue, the need for a monitoring system is evident. Pharmacokinetic analysis of this oncolytic agent was to give insight into the dynamics present in tumours during treatment. This, in turn, would give clinicians the opportunity to monitor the efficacy as early as possible after the onset of treatment, to observe treatment progression and possibly to gauge prognosis, without resorting to invasive procedures, e.g. biopsies. A criteria for viable biomarkers was that it had to be directly dependent on viral replica- tion. Ideally, a marker for treatment efficacy would be specific to the treatment modality, not necessarily the treatment type. Such a marker would be highly detectable (high sen- sitivity), specific for the treatment (high specificity), and present in an easily obtained specimen (blood). Taking this into consideration, the biomarkers were chosen for their potential to be indicators of viral replication. Thus, the biomarkers analysed in this thesis are: the native proteins expressed by the viral genes A27L and B5R, the virally encoded recombinant proteins β-galactosidase, β-glucuronidase, green fluorescent protein (GFP), carboxypeptidase G2 (CPG2) and carcinoembryonic antigen (CEA). Each marker is under the control of one of five different promoters present. All recombinant viruses used in this thesis express A27L, B5R, GFP and β-glucuronidase and all are derived from the parental virus GLV-1h68. In addition to these markers, GLV-1h68 expresses β-galactosidase; GLV-1h181 expresses CPG2. [...] / Onkolytische Viren sind natu ̈rliche oder rekombinante Viren, die die angeborene oder erworbene F ̈ahigkeit besitzen, Tumorzellen zu infizieren, sich in ihnen zu replizieren und anschließend diese Zellen zu lysieren. Ein Vertreter dieser Viren, das Vaccinia-Virus (VACV) geho ̈rt zu der Gattung der Orthopoxviren der Familie der Poxviridae. GLV- 1h68 ist ein von der Fa. Genelux entwickelter, rekombinant attenuierter Vaccinia-Virus Stamm (rVACV). Er hat die nachgewiesene Fa ̈higkeit, ausschließlich in Tumorzellen zu replizieren und dabei gesundes Gewebe zu verschonen. Viren dieses Stamms k ̈onnen auch sogenannte Prodrugs lokal am Tumor metabolisieren und/oder immunologische Payloads in die Tumorzellen einschleusen. Die Effizienz von GLV-1h68 (auch bezeichnet als GL- ONC1) wird zurzeit in mehreren klinischen Studien der Phase I/II getestet. Da die derzeitigen bildgebenden Verfahren wenig Aufschluss u ̈ber die virale Replikation und damit den therapeutischen Effekt des Virus geben, ist es dringend notwendig, eine Methode zu entwickeln, die Virusreplikation anhand von Blutproben und nicht-invasiver Untersuchungsmethoden nachzuweisen. Eine pharmakokinetische Analyse des Virus sollte Informationen u ̈ber die Dynamik geben, die sich w ̈ahrend der Therapie im Tumorinneren manifestiert. Dies gibt wiederum den behandelnden A ̈rzten die Mo ̈glichkeit, sowohl den Fortschritt also auch den Erfolg der Therapie im Patienten zu verfolgen. Daher wurden in dieser Arbeit verschiedene biologische Merkmale des Virus auf ihr Potenzial als Indikator fu ̈r die Virusreplikation getestet. Ein biologisches Merkmal kann als ein sogenannter Biomarker der Virustherapie ange- sehen werden, wenn dessen Expression in direkter Abha ̈ngigkeit zur viralen Replikation steht. Zusammen mit der Voraussetzung, im Blut einfach und spezifisch nachweisbar zu sein, kommen folglich bei der onkolytischen Virotherapie nur Proteine in Frage, die viral kodiert sind. Die Biomarker, die im Rahmen der oben genannten Problematik in dieser Arbeit diskutiert wurden, sind das exprimierte Protein des A27L-Gens, das B5R- exprimierte Glykoprotein, β-Galaktosidase (β-Gal), β-Glukuronidase (β-Glc), das gru ̈n- fluoreszierende Protein (GFP), Carboxypeptidase G2 (CPG2) und das carcinoembryonale Antigen (CEA). [...]

Durch Messung der Progranulinspiegel im Blutplasma mittels ELISA konnte in vorliegender Arbeit ein signifikanter Unterschied zwischen bipolaren Patienten und Kontrollen nachgewiesen werden. Dabei wies das Patientenkollektiv durchschnittlich niedrigere Konzentrationen auf. Befunde vorausgegangener Studien deuten darauf hin, dass ein peripherer Progranulinmangel auch mit zentralnervösen Veränderungen einhergehen kann und somit einen Anteil an der Pathophysiologie der bipolaren Störung haben könnte. Insbesondere eine immunologisch-entzündliche Dysregulation sowie fehlende neurotrophe Impulse könnten dabei eine wesentliche Rolle spielen. Überdies fiel bei der Auswertung der Daten eine hochsignifikante Korrelation zwischen Progranulinspiegel und Lebensalter der Probanden auf. Dabei nahm mit steigendem Alter auch die periphere Progranulinkonzentration zu, was im Zuge des physiologischen Alterungsprozesses oder aber auch als Folge von neurodegenerativen bzw. - inflammatorischen Vorgängen auftreten könnte. Bei der molekulargenetischen Untersuchung der Polymorphismen rs2879096, rs4792938 und rs5848 konnten keine signifikanten Unterschiede in der Genotypen- und Haplotypenverteilung zwischen Patienten und Kontrollen gefunden werden, was sich möglicherweise auf die relativ kleine Stichprobe von 181 Probanden zurückführen lässt. Zumindest existieren Hinweise auf eine Rolle der jeweiligen Polymorphismen bei verschiedenen neuropsychiatrischen Erkrankungen, möglicherweise auch bei der bipolaren Störung. Außerdem fand sich bei den im Progranulingen liegenden SNPs rs2879096 und rs4792938 keine Assoziation einer Risikogenvariante zu veränderten Progranulinspiegeln, das heißt keiner der beiden Polymorphismen scheint funktionelle Bedeutung zu haben. Somit ließe sich kein Effekt des Genotyps auf die periphere Progranulinkonzentration nachweisen, wobei wiederum die verhältnismäßig niedrigen Fallzahlen beachtet werden müssen. Der in der 3’UTR liegende SNP rs5848 scheint hingegen im Patientenkollektiv zu deutlich erniedrigten Proteinspiegeln zu führen. Dieser Befund steht auch im Einklang 47 mit einer Vielzahl von Studien, die rs5848 eine Bedeutung bei verschiedenen neuropsychiatrischen Erkrankungen beimessen und unterstreicht die Rolle niedriger Progranulinkonzentrationen in der bipolaren Störung. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass bei bipolaren Patienten signifikant niedrigere Progranulinkonzentrationen als in der Kontrollgruppe gemessen wurden. Weitere Studien, welche die zu Grunde liegenden biochemischen Vorgänge und Pathomechanismen erforschen, wären nun von Interesse, um ein besseres Verständnis der Erkrankung zu erlangen. Langfristig wäre die Nutzung des Progranulinspiegels als diagnostisches Werkzeug erstrebenswert, wobei sich dies auf Grund des großen Overlaps zwischen Patienten- und Kontrollgruppe wohl eher schwierig gestalten wird. Die relativ unkomplizierte Progranulinbestimmung im Blutplasma könnte möglicherweise im Rahmen einer Messung vieler verschiedener Parameter als Baustein eines diagnostischen Apparates zur Erkennung der bipolaren affektiven Störung dienen. Somit wären weiterführende Untersuchungen anhand größerer Fallzahlen und funktionelle Studien der pathomechanistischen Zusammenhänge des Progranulins ein interessantes Feld, um einige der zahlreichen ungeklärten Fragen rund um die bipolare Störung weiter aufzuklären. / Subject: Progranulin plasma levels and genotypes in bipolar disorder patients Methods: ELISA of progranulin and genotyping of 3 SNPs in patients and healthy controls Results: Progranulin plasma levels werde significantly reduced in bipolar patients. Progranulin levels were significantly higher with increased age in patients and healthy controls. Conclusions: Progranulin as an inflammatory biomarker could be involved in the pathogenesis of bipolar disorder, at least in a subgroup of patients

In der vorliegenden Arbeit wurde geprüft, ob Gb3 in Hautstanzbiopsien von Patienten mit M. Fabry nachweisbar ist, die Ablagerungen quantifizierbar sind, mit der Krankheitsschwere korrelieren, und ob eine Unterscheidung von Patienten und gesunden Kontrollen anhand der dermalen Gb3-Ablagerungen möglich ist. Es wurden 84 Patienten mit M. Fabry über das FAZiT sowie 27 gesunde Kontrollen zwischen 2008 und 2013 prospektiv rekrutiert und jeweils eine proximale und eine distale Hautbiopsie entnommen. Zusätzlich erfolgten eine Anamnese, eine klinische Untersuchung, eine QST, das Ausfüllen von Fragebögen mit der Fragestellung nach Schmerz und Depression sowie eine Blutentnahme und kardiale Diagnostik. Die Immunfluoreszenz erfolgte mit Antikörpern gegen CD77, einem Marker für Gb3. Es erfolgte die verblindete, semiautomatische Quantifizierung der Gb3 Ablagerungen. Hierzu wurden pro Biopsie drei ROI ausgewählt und die Fläche der ROIs mit Gb3-Ablagerungen in Relation zu der Gesamtfläche der ROIs gesetzt. Für die Auswertung wurden die Patienten sowohl nach Geschlecht als auch nach Krankheitsschwere und einzelnen Symptomen stratifiziert Die Gb3 Ablagerungen ließen sich bevorzugt in Schweißdrüsen und Endothel nachweisen. Es fanden sich jedoch auch größere Mengen an Gb3-Ablagerungen ohne ersichtliches anatomischer Korrelat. Die Gb3-Ablagerungen wurden semiautomatisch quantifiziert. Es konnte nachgewiesen werden, dass männliche Fabry-Patienten eine deutlich größere Menge an Gb3 in den distalen Hautbiopsien zeigen als gesunde Kontrollen, Patienten mit einer eingeschränkten Nierenfunktion hatten eine größere Menge an Gb3-Ablagerungen in der Haut als Patienten mit einer uneingeschränkten Nierenfunktion. Bei Patienten mit einer SFN waren erhöhte dermale Gb3 Mengen vorhanden im Vergleich zu gesunden Kontrollen, bei Patienten ohne eine SFN fand sich dieser Unterschied nicht. Patienten mit einem niedrigen SNAP zeigten im Vergleich zu gesunden Kontrollen eine größere Menge an Gb3 in ihrer distalen Haut, bei Patienten mit einem höheren SNAP fand sich dies nicht. Aus diesen Ergebnissen ergeben sich ein mögliches weiteres Werkzeug sowohl für die Diagnosestellung als auch für das Monitoring der Erkrankung, sowie weiterführend auch ein möglicher Indikator für den Therapieerfolg der ERT. / Fabry disease (FD) is an X-chromosomally linked disease which leads to deposits of globotriaosylceramide 3 (Gb3) in several tissues. The aim of this study was to prove, that these deposits can be shown in the skin of patients with FD via immunofluorescence, that Gb3 deposits can be quantified, that patients with FD have more Gb3-deposits in their skin than healthy controls and that the amount of Gb3 deposits in skin correlates with disease severity. 84 patients were prospectively recruited in the Würzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy as well as 27 healthy controls. Every patient received a skin biopsy from a proximal and a distal location, a physical examination as well as a thorough anamnesis, filled out questionnaires regarding pain and symptoms hinting for depression and underwent cardiac diagnostics. Immunofluorescence double stains were done for Gb3 and protein-gene-product 9.5 as well as for Gb3 and von Willebrand factor. We quantified the amount of Gb3 semi-automatically in three predetermined regions of interest. We could show, that Gb3 can be visualized and quantified in the skin of patients with FD using immunofluorescence. Furthermore, male patients with FD had a higher Gb3 load in their distal skin than healthy controls (p<0.05). Male patients with FD and an impaired renal function had a higher Gb3 load in their distal skin (p<0.05). Similarly, it was shown, that male patients with a small fiber neuropathy had a higher load of Gb3 in their distal skin than male patients without a small-fiber neuropathy (p<0.05). In conclusion it can be stated, that the quantification of Gb3 via immunofluorescence could be used in the diagnostics of FD and might be of value as a biomarker in the course of the disease.

A suite of samples consisting of twenty-two crude oils and eight sedimentary rocks has been analysed for biological marker compounds by GC-MS. The sedimentary rocks are rich in carbonate minerals and the crude oils were reported to have been derived from carbonate source rocks. These samples are from a variety of geographical origins, geological ages and depositional environments. They consistently contain a homologous series of 30-nor-17 [alpha] (H)-hopanes. Seven homologues (C28 - C34) of the 30-nor-17 [alpha](H)-hopane series have been identified. These compounds appear to be useful biological markers for samples having carbonate associations.A series of 25,30-bisnor-17 [alpha] (H)-hopanes has been observed in a severely biodegraded crude oil of probable carbonate origin. This observation, together with the well-established enrichment of normal hopanes demethylated at position 25 in severely biodegraded crude oils, suggests that the presence of this series of hopanes indicates severe biodegradation of crude oils originating from carbonate-rich source rocks.Another series of hopanes which was previously unreported, the 2-methyl-30-nor-1 [alpha] (H)-hopanes, has also been observed in the carbonate samples. Seven members (C29-C35) of this homologous series have been identified in this study. This series appears to be associated with carbonate rocks deposited under extreme reducing conditions.The biological marker compounds in another sample suite comprising twelve sediments and three crude oils from the North Sumatra Basin, Indonesia, have also been analysed by GC-MS as part of a correlation study. Sediment samples classified as shales, carbonaceous shales and calcareous shales have been shown to contain very different biomarkers. These distinctive biomarkers have enabled the source characteristics of the crude oils to be inferred. Two crude oils have been recognised ++ / with similar biomarker characteristics to the shales and one crude oil has the characteristics of the calcareous shale. The distinctive features of the carbonaceous shale were not observed in the crude oils. This study therefore provides an excellent example of how the 30-nor-17 [alpha] (H)-hopane compounds can be useful in oil-source rock correlation studies.

La galectine-3 (Gal-3), protéine de type lectine, de 29-35 kDa, étudiée comme marqueur d’aggressivité dans les gliomes, présente des caractéristiques biologiques importantes justifiant son étude dans le domaine du mélanome. En effet, la Gal-3 est une protéine qui peut se lier à la laminine, tout comme l’intégrine α6/β1 dont l’expression est réduite dans le mélanome. L’expression de cette intégrine peut d’ailleurs être modulée par la Gal-3 comme récemment montré dans des lignées cellulaires de cancer du sein (BT-549) et de glioblastome (U373). Le mélanome, véritable problème de santé publique qui est susceptible d’atteindre 1 individu sur 75 dans nos contrées, reste un tumeur mal comprise avec des évolutions parfois incertaines, et des traitements dont l’efficacité est limitée. Le diagnostic histologique du mélanome lui-même peut parfois représenter une difficulté pour le clinicien et l’expert pathologiste ou dermatopathologiste. La couleur (hyperpigmentation d’un lésion pigmentée), dont l’évaluation d’ailleurs reste subjective à défaut de standardisation, ne peut à elle seule signer la malignité d’une lésion pigmentée. Globalement l’évolution d’un patient est prédite par l’indice de Breslow qui traduit en mm l’épaisseur de la tumeur. Si cet indice dépasse 1mm, le risque métastatique augmente, justifiant la réalisation de bilans extensifs de suivi. Ceci dit, certains mélanomes épais peuvent ne pas présenter de caractéristiques d’aggressivité, alors que des mélanomes fins sont parfois mortels. L’identification de marqueurs moléculaires est donc impérative, tant pour développer des stratégies thérapeutiques ciblées, que pour affiner le diagnostic et le pronostic d’un patient. Après avoir mis en évidence par immunohistochimie une expression de Gal-3 par les mélanocytes, nous avons démontré une surexpression de cette protéine par les mélanocytes tumoraux. Nous avons démontré également sur des lésions primitives qu’à l’aggressivité mesurée selon l’indice de Breslow correspondait une diminution de cette surexpression. Cette observation a pu être confirmée par un modèle de greffe orthotopique chez la souris nude. Nous nous somme intéressés par la suite à la détection de la protéine dans le sérum, et nous avons constaté, un taux élevé de Gal-3 dans le sérum de patients en stade métastatique avancé, ce taux élevé pouvant s’expliquer tant par la charge tumorale que par la présence d’une inflammation, d’ailleurs bien connue chez le patient cancéreux en stade avancé. Le rôle antiapoptotique de la Gal-3 nous a alors amené à préciser la valeur prédictive et pronostique de cette protéine. L’hypothèse d’une potentielle action bénéfique sur la réponse immunitaire des patients atteints de mélanome qui ont été vaccinés a été rejetée. La Gal-3 sérique s’est révélée comme facteur de mauvais pronostic chez les patients métastatiques, et une analyse multivariée avec la définition d’une valeur « cut-off » de 10 ng/ml a permis de montrer une valeur pronostique indépendante, supérieure à la S100B et à la CRP.

Humans are believed to have ~20,500 protein-coding genes andmuch effort has over the last years been put into the characterizationand localization of the encoded proteins in order to understand theirfunctions. One such effort is the Human Proteome Resource (HPR)project, started in Sweden 2003 with the aim to generate specificantibodies to each human protein and to use those antibodies toanalyze the human proteome by screening human tissues and cells.The work reported in this thesis deals with structuring of data fromantibody-based proteomics assays, with focus on the importance ofaggregating and presenting data in a way that is easy to apprehend.The goals were to model and build databases for collecting, searchingand analyzing data coming out of the large-scale HPR project and tomake all collected data publicly available. A public website, theHuman Protein Atlas, was developed giving all end-users in thescientific community access to the HPR database with proteinexpression data. In 2008, the Human Protein Atlas was released in its4th version containing more than 6000 antibodies, covering more than25% of the human proteins. All the collected protein expression datais searchable on the public website. End-users can query for proteinsthat show high expression in one tissue and no expression in anotherand possibly find tissue specific biomarkers. Queries can also beconstructed to find proteins with different expression levels in normalvs. cancer tissues. The proteins found by such a query could identifypotential biomarkers for cancer that could be used as diagnosticmarkers and maybe even be involved in cancer therapy in the future.Validation of antibodies is important in order to get reliable resultsfrom different assays. It has been noted that some antibodies arereliable in certain assays but not in others and therefore anotherpublicly available database, the Antibodypedia, has been createdwhere any antibody producer can submit their binders together withthe validation data in order for end users to purchase the bestantibody for their protein target and their intended assay. / QC 20100708

Ionizing radiation induces specific proteins involved in DNA repair, cell death, inflammation and tissue injury. The radiation response of proteins within a uniform prostate cancer (PCa) radiotherapy (RT) population has been studied to a limited extent. In this thesis, the proteomic responses of patients undergoing curative RT for intermediate-risk PCa were determined for a panel of pro-inflammatory cytokines from pre-RT baseline to last treatment (39 vs. 33 fractions depending on whether the cohort received primary or post-prostatectomy RT respectively). Longitudinal proteomic research is feasible at our institution based on the study design presented herein. Interferon (IFN)-g and interleukin (IL)-6 were significantly increased during RT and these changes followed consistent patterns modeled by linear and quadratic functions respectively. Furthermore, acute gastrointestinal (GI) and genitourinary (GU) toxicities were significantly associated with IL-2 and IL-1 levels respectively during RT. Taken together this research supports cytokines as potential biomarkers of normal tissue radiation response.