Die rasanten Fortschritte in der neonatalen Intensivmedizin haben zwar die Ueberlebenschancen von Fruehgeborenen enorm verbessert, aber auch viele Probleme und Fragen aufgeworfen. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob Hyperoxie Einfluss nimmt auf die Expression von apoptotischen Genen, Wachstumsfaktoren und Zytokinen und so ueber verschiedene Mechanismen und Signalwege zu einem Ungleichgewicht der ueber das neuronale Ueberleben entscheidenden Faktoren fuehrt. 6-Tage alte Ratten wurden fuer bestimme Zeitabschnitte (2, 6, 12, 24, 48, 72 Stunden) einer 80%igen Sauerstoffkonzentration ausgesetzt. In dieser Arbeit konnte am unreifen Rattengehirn nachgewiesen werden, dass eine 80%ige Sauerstoffkonzentration in der Atemluft maximal nach 12 bis 24 Stunden zu einer ausgepraegten, diffusen apoptotischen Neurodegeneration im Gehirn fuehrt. Die Exposition mit hoher Sauerstoffkonzentration fuehrte im unreifen Gehirn zu einer deutlich verminderten Expression der Neurotrophinen, wie deren Signalproteine ERK 1/2 und Akt. Als spezifischer Nachweis fuer eine apoptotische Neurodegeneration wurden neben dem histologischen Verfahren auf molekularer Ebene apoptotische Gene untersucht. Unter Hyperoxie kam es zu einer erhoehten Expression des Todesrezeptors Fas und einer gesteigerten Aktivitaet von Caspase-3.Des Weiteren fand sich infolge der Hyperoxieexposition ein drastischer Anstieg der inflammatorischen Zytokine IL-1beta und IL-18. Es zeigt sich also, dass hohe Sauerstoffkonzentrationen in einer sehr vulnerablen Phase der Hirnentwicklung (Phase des rapiden Hirnwachstums) zu massiven Veraenderungen fuehren, welche den bisher ungeklaerten diffusen Neuronenuntergang bei Fruehgeborenen erklaeren koennten. Die vorliegenden Ergebnisse implizieren aeu§erste Vorsicht bei der therapeutischen Anwendung von Sauerstoff bei Fruehgeborenen, fuer die die postnatalen Konditionen, verglichen mit den intrauterinen Bedingungen, immer hyperoxisch sind und die noch ueber ein unreifes Antioxidationssystem verfuegen. / Infants born prematurely may develop neurocognitive deficits without an obvious cause. Oxygen, which is widely used in neonatal medicine, constitutes one possible contributing neurotoxic factor, because it can trigger neuronal apoptosis in the developing brain of rodents. Premature infants are exposed to partial oxygen pressures that are fourfold higher compared to intrauterine conditions, even if no supplemental oxygen is administered. Here is reported that short exposures to nonphysiologic oxygen levels can trigger apoptotic neurodegeneration in the developing brain. Vulnerability to oxygen neurotoxicity is confined to the first 2 weeks of life, a period characterized by rapid growth, which in humans expands from the sixth month of pregnancy to the third year of life. Hyperoxia caused decreased expression of neurotrophins, and inactivation of survival signalling proteins extracellular signal-regulated kinase (ERK1/2), and protein kinase B (Akt). In addition we hypothesized that two caspase-1-processed cytokines, interleukin (IL)-1beta and IL-18, are involved in oxygen-induced neuronal cell death. Six-day-old Wistar rats were exposed to 80% oxygen for various time periods (2, 6, 12, 24, 48, 72 hours). Neuronal cell death in the brain, as assessed by silver staining, peaked at 12 to 24 hours and was preceded by a marked increase in mRNA of IL-1beta, IL-18 and FAS and a decrease in mRNA and protein levels of neurotrophins and ERK1/2 and Akt Our findings reveal mechanisms that could potentially damage the developing brain of human premature neonates.

Als Kapazitation bezeichnet man den im weiblichen Reproduktionstrakt stattfindenden Reifungsschritt, der Spermien das volle Fertilisierungspotential verleiht. Die molekularbiologischen Grundlagen dieses für eine erfolgreiche natürliche oder auch artifizielle Befruchtung essenziellen Prozesses sind bis heute nur unvollständig verstanden. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden die mit der Kapazitation einhergehenden funktionellen und strukturellen spermalen Veränderungen untersucht. Die kapazitative Stimulation führte zu einer gesteigerten Motilität bis hin zur Hyperaktivierung, zu einer vermehrt induzierten Akrosomenreaktion und zu einer deutlich reduzierten Apoptoseaktivität. Anhand von Inhibitionsexperimenten wurde die Rolle der potentiellen Signaltransduktoren Caspase-1, Calpain und Calmodulin analysiert. Dabei wies die Calmodulinantagonisierung auf eine ausgeprägte Calciumabhängigkeit aller untersuchten kapazitationsassoziierten Prozesse hin. Die Hemmung von Caspase-1 und Calpain führte zu einer Beeinträchtigung der Motilität und der Akrosomenreaktion ohne das Ausmaß der Apoptoseinduktion zu beeinflussen. Die vorstehend genannten Erkenntnisse wurden zur Evaluation verschiedener Ejakulataufbereitungsprotokolle genutzt. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Kombination des modernen Verfahrens der immunomagnetische Zellseparation mit der etablierten Methode der Dichtegradientenzentrifugation dem einfachen Standard in Bezug auf die Anreicherung hochmotiler Spermien mit minimaler Apoptoseaktivität aus frischen wie auch aus kryokonservierten Ejakulaten deutlich überlegen war. Bedeutsam im Hinblick auf eine mögliche pratische Anwendung der immunomagnetischen Zellseparation erscheint der Befund, dass die durch das kombinierte Anreicherungsverfahren erhaltene Spermatozoensubpopulation im Hamsteroozytenpenetrationstest ein signifikant höheres Fertilisierungspotential zeigte.

Als Kapazitation bezeichnet man den im weiblichen Reproduktionstrakt stattfindenden Reifungsschritt, der Spermien das volle Fertilisierungspotential verleiht. Die molekularbiologischen Grundlagen dieses für eine erfolgreiche natürliche oder auch artifizielle Befruchtung essenziellen Prozesses sind bis heute nur unvollständig verstanden. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden die mit der Kapazitation einhergehenden funktionellen und strukturellen spermalen Veränderungen untersucht. Die kapazitative Stimulation führte zu einer gesteigerten Motilität bis hin zur Hyperaktivierung, zu einer vermehrt induzierten Akrosomenreaktion und zu einer deutlich reduzierten Apoptoseaktivität. Anhand von Inhibitionsexperimenten wurde die Rolle der potentiellen Signaltransduktoren Caspase-1, Calpain und Calmodulin analysiert. Dabei wies die Calmodulinantagonisierung auf eine ausgeprägte Calciumabhängigkeit aller untersuchten kapazitationsassoziierten Prozesse hin. Die Hemmung von Caspase-1 und Calpain führte zu einer Beeinträchtigung der Motilität und der Akrosomenreaktion ohne das Ausmaß der Apoptoseinduktion zu beeinflussen. Die vorstehend genannten Erkenntnisse wurden zur Evaluation verschiedener Ejakulataufbereitungsprotokolle genutzt. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Kombination des modernen Verfahrens der immunomagnetische Zellseparation mit der etablierten Methode der Dichtegradientenzentrifugation dem einfachen Standard in Bezug auf die Anreicherung hochmotiler Spermien mit minimaler Apoptoseaktivität aus frischen wie auch aus kryokonservierten Ejakulaten deutlich überlegen war. Bedeutsam im Hinblick auf eine mögliche pratische Anwendung der immunomagnetischen Zellseparation erscheint der Befund, dass die durch das kombinierte Anreicherungsverfahren erhaltene Spermatozoensubpopulation im Hamsteroozytenpenetrationstest ein signifikant höheres Fertilisierungspotential zeigte.

Nlrp1b is a NOD-like receptor of the innate immune system that upon sensing of anthrax lethal toxin oliogmerizes and forms a protein scaffold that binds to and activates pro-caspase-1; this complex is called an inflammasome. Nlrp1b is highly polymorphic and different alleles display an all or none ability to sense lethal toxin. Here I show that Nlrp1b is cleaved in the FIIND domain, and that the cleaved fragments remain associated even after activation by lethal toxin. The inflammasome activity of an inactive allele was restored by three mutations, one of which also restored cleavage. A heterologous cleavage site was inserted into an uncleaved mutant of Nlrp1b; induced proteolysis of the cleavage site rescued inflammasome activity. An uncleaved mutant of Nlrp1b showed no deficiency in FIIND self-association, but did have reduced recruitment of pro-caspase-1. These data provide evidence that cleavage of Nlrp1b is required for proper recruitment and activation of caspase-1.

Nlrp1b is a NOD-like receptor of the innate immune system that upon sensing of anthrax lethal toxin oliogmerizes and forms a protein scaffold that binds to and activates pro-caspase-1; this complex is called an inflammasome. Nlrp1b is highly polymorphic and different alleles display an all or none ability to sense lethal toxin. Here I show that Nlrp1b is cleaved in the FIIND domain, and that the cleaved fragments remain associated even after activation by lethal toxin. The inflammasome activity of an inactive allele was restored by three mutations, one of which also restored cleavage. A heterologous cleavage site was inserted into an uncleaved mutant of Nlrp1b; induced proteolysis of the cleavage site rescued inflammasome activity. An uncleaved mutant of Nlrp1b showed no deficiency in FIIND self-association, but did have reduced recruitment of pro-caspase-1. These data provide evidence that cleavage of Nlrp1b is required for proper recruitment and activation of caspase-1.

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