Die molekulare Chimärismusdiagnostik stellt einen essenziellen Teil der Therapieüberwachung nach allogener HSZT dar. In der Uniklinik Würzburg wird hierbei mittels qPCR eines Panels von 21 Allelen eine Informativität von 95 % und eine Sensitivität von 0,1-0,01 % erreicht. Ziel der Arbeit war eine Optimierung dieser in unserem Labor angewandten Methode zur Chimärismusanalyse in puncto Sensitivität und Informativität. Es wurde untersucht, ob durch Steigerung des DNA-Inputs in die qPCR eine Sensitivitätserhöhung erzielt werden kann, ohne dass PCR-Inhibition auftritt. Dabei erwies sich ein DNA-Input von 250 ng als ideal für eine verlässlichere Detektion von 0,01 % Empfängerzellen. PCR-Inhibition trat nicht auf. Zur Deckung des damit einhergehendem erhöhten DNA-Bedarf wurden verschiedene Elutionsmethoden der DNA-Extraktion verglichen, wobei durch Extraktion mit dem QIAamp DNA Blood Midi-Kit und Elution mit 2 x 200 μl AE-Puffer der höchste DNA-Ertrag gewonnen wurde. Zur Erhöhung der Informativität wurde die Anwendbarkeit eines Primersets für qPCR des SNP rs713753 evaluiert. Hierbei zeigte sich eine mäßige Eignung: Beide Allele des SNP gemeinsam ergaben eine gute Informativität für Empfängerdiskriminierung von 37,5 %. Die qPCR-Effizienzen der lokusspezifischen Referenz und des Allels C waren nahezu optimal, die des Allels T lag lediglich bei 0,87. Die Sensitivität der spezifischen Allele lag bei max. 0,1 %. Sofern auch hier eine Sensitivitätssteigerung durch Erhöhung des DNA-Inputs in die qPCR ohne Auftreten unspezifischer Amplifikation möglich ist, wäre eine Integration der qPCR des SNP rs713753 in die Routinediagnostik denkbar. Zusammenfassend ist eine Optimierung der in unserem Labor angewandten Methode zur Chimärismusdiagnostik hinsichtlich Sensitivität und Informativität durchaus möglich. Eine Erhöhung des DNA-Inputs ist dabei am simpelsten umsetzbar; zur Etablierung weiterer Allele bedarf es zusätzlicher Experimente. / The monitoring of molecular chimerism is an essential part of the follow-up after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. At the University Hospital of Würzburg, a qPCR panel consisting of 21 alleles achieves an informativity of 95 % and a sensitivity of 0.1-0.01 %. The aim of this study was the optimization of the chimerism analysis method used in our laboratory in terms of sensitivity and informativity. It was investigated whether an increase in sensitivity could be achieved by increasing the DNA input to qPCR without causing PCR inhibition. A DNA input of 250 ng was found to be ideal for a more reliable detection of 0.01 % recipient cells. No PCR inhibition occurred. In order to meet the increased demand for DNA, different elution methods for DNA extraction were compared, with the highest DNA yield achieved by extraction using the QIAamp DNA Blood Midi Kit and elution with 2 x 200 µl AE buffer. To increase informativity, the practicality of a qPCR primer set for the SNP “rs713753” was evaluated. This was found to be moderately suitable: both alleles of the SNP taken together resulted in a good informativity of 37.5 % for recipient discrimination. The qPCR efficiencies of the locus-specific reference and the C allele were close to optimal values, while that of the T allele was only 0.87. The sensitivity of the specific alleles was max. 0.1 %. If it is possible to increase the sensitivity by increasing the DNA input into the qPCR without the occurrence of non-specific amplification, the integration of qPCR of the SNP rs713753 into daily diagnostics would be conceivable. In conclusion, it is possible to optimize the sensitivity and informativity of the chimerism analysis method used in our laboratory. Increasing the DNA input is the easiest to implement, whereas additional experiments are needed to establish additional alleles.

In der vorliegenden Arbeit wurden die molekularen Grundlagen für die Agonistspezifität des G-Protein-gekoppelten Rezeptors GPR34 untersucht. Mittels verschiedener funktioneller Versuche konnte an ausgewählten Orthologen des Rezeptors gezeigt werden, dass, im Gegensatz zu publizierten Daten, Lysophosphatidylserin (Lyso-PS) nicht der natürliche Agonist des GPR34 ist. Lediglich an einigen cyprinoiden Subtypen des GPR34 hat Lyso-PS surrogat-agonistische Effekte. Anhand eines detaillierten evolutionären Vergleichs von Orthologen konnten Bereiche des Rezeptors ermittelt werden, welche an der Ligandenbindung, und damit an der Agonistspezifität des GPR34 beteiligt sind. Durch Übertragung dieser Bereiche vom Karpfen-GPR34-Subtyp 2a auf den humanen GPR34 konnte dieser zu einem Lyso-PS-sensitiven Rezeptor modelliert werden. Weiterhin wurde Aminoethyl-Carbamoyl-ATP (EDA-ATP) als inverser Agonist an cyprinoiden Orthologen des GPR34 identifiziert. Die Erweiterung des möglichen Ligandenspektrums von Lipiden zu Nukleotidderivaten gibt Hinweise auf die Promiskuität der Bindungsstelle des GPR34. Die Ergebnisse zeigen, dass Lyso-PS nur eine zufällige Aktivität an einigen Orthologen des GPR34 hat. Mit Identifizierung eines Nichtlipides als invers-agonistischen Liganden ist die Suche nach dem natürlichen Liganden des GPR34 noch nicht abgeschlossen und sollte auf weitere chemische Entitäten ausgeweitet werden. / Lyso-PS (lyso-phosphatidylserine) has been shown to activate the G(i/o)-protein-coupled receptor GPR34. Since in vitro and in vivo studies provided controversial results in assigning lyso-PS as the endogenous agonist for GPR34, we investigated the evolutionary conservation of agonist specificity in more detail. Except for some fish GPR34 subtypes, lyso-PS has no or very weak agonistic activity at most vertebrate GPR34 orthologues investigated. Using chimaeras we identified single positions in the second extracellular loop and the transmembrane helix 5 of carp subtype 2a that, if transferred to the human orthologue, enabled lyso-PS to activate the human GPR34. Significant improvement of agonist efficacy by changing only a few positions strongly argues against the hypothesis that nature optimized GPR34 as the receptor for lyso-PS. Phylogenetic analysis revealed several positions in some fish GPR34 orthologues which are under positive selection. These structural changes may indicate functional specification of these orthologues which can explain the species- and subtype-specific pharmacology of lyso-PS. Furthermore, we identified aminoethyl-carbamoyl ATP as an antagonist of carp GPR34, indicating ligand promiscuity with non-lipid compounds. The results of the present study suggest that lyso-PS has only a random agonistic activity at some GPR34 orthologues and the search for the endogenous agonist should consider additional chemical entities.

In der vorliegenden Arbeit wurden die molekularen Grundlagen für die Agonistspezifität des G-Protein-gekoppelten Rezeptors GPR34 untersucht. Mittels verschiedener funktioneller Versuche konnte an ausgewählten Orthologen des Rezeptors gezeigt werden, dass, im Gegensatz zu publizierten Daten, Lysophosphatidylserin (Lyso-PS) nicht der natürliche Agonist des GPR34 ist. Lediglich an einigen cyprinoiden Subtypen des GPR34 hat Lyso-PS surrogat-agonistische Effekte. Anhand eines detaillierten evolutionären Vergleichs von Orthologen konnten Bereiche des Rezeptors ermittelt werden, welche an der Ligandenbindung, und damit an der Agonistspezifität des GPR34 beteiligt sind. Durch Übertragung dieser Bereiche vom Karpfen-GPR34-Subtyp 2a auf den humanen GPR34 konnte dieser zu einem Lyso-PS-sensitiven Rezeptor modelliert werden. Weiterhin wurde Aminoethyl-Carbamoyl-ATP (EDA-ATP) als inverser Agonist an cyprinoiden Orthologen des GPR34 identifiziert. Die Erweiterung des möglichen Ligandenspektrums von Lipiden zu Nukleotidderivaten gibt Hinweise auf die Promiskuität der Bindungsstelle des GPR34. Die Ergebnisse zeigen, dass Lyso-PS nur eine zufällige Aktivität an einigen Orthologen des GPR34 hat. Mit Identifizierung eines Nichtlipides als invers-agonistischen Liganden ist die Suche nach dem natürlichen Liganden des GPR34 noch nicht abgeschlossen und sollte auf weitere chemische Entitäten ausgeweitet werden. / Lyso-PS (lyso-phosphatidylserine) has been shown to activate the G(i/o)-protein-coupled receptor GPR34. Since in vitro and in vivo studies provided controversial results in assigning lyso-PS as the endogenous agonist for GPR34, we investigated the evolutionary conservation of agonist specificity in more detail. Except for some fish GPR34 subtypes, lyso-PS has no or very weak agonistic activity at most vertebrate GPR34 orthologues investigated. Using chimaeras we identified single positions in the second extracellular loop and the transmembrane helix 5 of carp subtype 2a that, if transferred to the human orthologue, enabled lyso-PS to activate the human GPR34. Significant improvement of agonist efficacy by changing only a few positions strongly argues against the hypothesis that nature optimized GPR34 as the receptor for lyso-PS. Phylogenetic analysis revealed several positions in some fish GPR34 orthologues which are under positive selection. These structural changes may indicate functional specification of these orthologues which can explain the species- and subtype-specific pharmacology of lyso-PS. Furthermore, we identified aminoethyl-carbamoyl ATP as an antagonist of carp GPR34, indicating ligand promiscuity with non-lipid compounds. The results of the present study suggest that lyso-PS has only a random agonistic activity at some GPR34 orthologues and the search for the endogenous agonist should consider additional chemical entities.