L'infection des baies de raisin par le champignon Botrytis cinerea, responsable de la pourriture grise, est fréquente et occasionne des dégâts importants. Pourtant, il semble que la baie dispose de moyens de défense parmi lesquels des protéines PR "Pathogenesis-Related". Chez le Pinot Noir, une chitinase (CHI4D) et une thaumatin-like (TL3) s'accumulent naturellement en grande quantité à partir de la véraison et présentent une activité antifongique contre B. cinerea in vitro. L'objectif de ce travail est de comprendre comment B. cinerea peut se développer sur des baies censées disposer de défenses suffisantes. Pour cela, l'expression spatio-temporelle des ARNm et des protéines CHI4D et TL3 a été suivie respectivement par hybridation in situ et immunohistolocalisation dans les baies, au cours de la maturation, à la suite d'un stress abiotique (UV-C) ou d'un stress biotique (B. cinerea). Dans des baies avant véraison (vertes), n'exprimant naturellement que très faiblement CHI4D et TL3, les ARNm et les protéines s'accumulent en grande quantité après application d'un stress abiotique (UV-C) ou biotique (infection artificielle par B. cinerea). Les protéines CHI4D et TL3 sont localisées au niveau des faisceaux conducteurs ainsi qu'au niveau des tissus proches des sites d'exposition aux UV-C (exocarpe) ou au niveau des sites d'inoculation de B. cinerea, suggérant qu'elles sont impliquées dans la défense de la baie avant véraison. Après véraison, les ARNm et les protéines sont naturellement accumulés au niveau de l'exocarpe et des faisceaux conducteurs qui correspondent à des sites potentiels d'entrée ou de propagation des agents pathogènes. Alors que l'application d'un stress UV-C sur ces baies ne provoque qu'un effet mineur sur l'expression de CHI4D et de TL3, au cours de l'infection par B. cinerea, les quantités de transcrits et de protéines diminuent. A un stade précoce d'infection, la diminution de la quantité des deux protéines est observée en avant du front de propagation du champignon, suggérant une dégradation par des protéases sécrétées par B. cinerea. A un stade d'infection plus avancé, cette diminution s'étend à l'ensemble de la baie. La production hétérologue des protéines CHI4D et TL3 nous a permis de confirmer que CHI4D pouvait être dégradée par des protéases aspartiques sécrétées par B. cinerea. La dégradation de TL3 n'a pas pu être reproduite in vitro. Des tests antigerminatifs effectués in vitro avec les protéines hétérologues n'ont pas permis de mettre en évidence d'effet antifongique malgré la présence d'une activité chitinase pour CHI4D et β-1,3,-glucanase pour TL3. Il est donc possible que ces protéines possèdent des fonctions autres que celles impliquées dans la défense. / Grape berries infection by the phytopathogenic fungus Botrytis cinerea, the causal agent of gray mold, is quite common and causes significant damage. However, it seems that berries have a mechanism of defense, among which are pathogenesis related proteins. In Pinot Noir grape berries, a chitinase (CHI4D) and a thaumatin-like (TL3) protein naturally accrue in large amounts from véraison and show in vitro an antifungal effect against B. cinerea. The aim of this work was to understand how B. cinerea can develop on grape berries that seem to have sufficient defense mechanisms. To do so, the spatio-temporal expression of CHI4D and TL3 mRNAs and proteins in berries was studied respectively by in situ hybridization and immunohistolocalization during maturation, after an abiotic stress (UV-C) or a biotic stress (B. cinerea). Before véraison (green berries) while the expression of CHI4D and TL3 is naturally low, mRNAs and proteins have accumulated in large amounts in berries after UV-C exposition or artificial infection with B. cinerea. CHI4D and TL3 proteins have accumulated around vascular bundles as well as near the sites of UV-C exposition (exocarp) or B. cinerea inoculation, suggesting that before véraison these proteins could be involved in the berry defense. After veraison, mRNAs and proteins naturally accumulate in the exocarp and around vascular bundles that correspond to potential sites of penetration or propagation of pathogenic agents. While the application of UV-C stress on these berries causes only a minor effect on the expression of CHI4D and TL3, during infection by B. cinerea, the amounts of mRNA and proteins decreased. At an early stage of infection, the less amounts of both proteins were observed around the fungus propagation area, suggesting that these proteins could be degraded by B. cinerea secreted proteases. At a more advanced stage of infection, the decrease extended to the entire berry.Production of heterologous CHI4D and TL3 proteins allowed us to confirm that CHI4D could be degraded by aspartic proteases secreted by B. cinerea whereas no degradation of TL3 could be observed in vitro. Both heterologous proteins showed no antifungal effect while a chitinase and a β-1,3-glucanase activities were observed respectively for CHI4D and TL3. It is therefore possible that these proteins have other functions than those involved in the defense.

Les oligosaccharides de chitine (COs) jouent des rôles majeurs chez les plantes. Alors que les COs longs (6-8 unités saccharidiques) sont des éliciteurs c’est-à-dire qu’ils activent leurs mécanismes de défenses vis-à-vis de microorganismes pathogènes, les COs courts (4-5 unités saccharidiques) participeraient à l’établissement de symbioses avec des microorganismes bénéfiques permettant une meilleure assimilation des nutriments du sol. Afin de mieux comprendre comment les plantes discriminent ces signaux moléculaires, il est nécessaire de disposer de molécules pures aux structures chimiques parfaitement contrôlées pour caractériser les récepteurs protéiques mis en jeu. Dans le cadre de cette thèse nous nous sommes intéressés à la synthèse de COs de degré de polymérisation contrôlé et leur modification pour obtenir de nouvelles sondes d’affinité. Pour cela un plan d’expérience a été développé afin d’optimiser la production de COs et plus particulièrement d’oligosaccharides longs par hydrolyse enzymatique de chitine avec une enzyme commerciale, le lysozyme du blanc d’œuf. Par la suite, un nouveau type de sonde d’affinité permettant le marquage spécifique de protéines affines des COs a été mis au point. Nous avons en effet montré pour la première fois que des glycosides de triazinyle peuvent être efficacement utilisés pour introduire un groupe fluorescent sur une protéine interagissant avec l’oligosaccharide sans aucune activation chimique ou physique extérieure. Après avoir démontré la preuve de concept avec des lectines, une sonde d’activité permettant de mesurer l’activité de chitinases par fluorescence et de réaliser leur marquage dans le même temps a été synthétisée. Ces nouveaux outils devraient permettre de progresser dans la caractérisation des récepteurs de COs chez les plantes mais également permettre à terme de découvrir de nouvelles protéines lectines ou enzymes qui interagissent avec les sucres. / Chitinoligosaccharides (COs) play major roles in plants. While long COs (6-8 saccharide units) are elicitors activating plant defense mechanisms against pathogenic microorganisms, short COs (4-5 saccharide units) would participate in the establishment of symbioses with beneficial microorganisms allowing better assimilation of soil nutrients. Identifying the receptors involved in these processes to understand how plants discriminate these signal molecules requires having access to pure molecules with well-defined degrees of polymerization. In this thesis, we focused on the synthesis of well-defined COs and their modification to obtain new affinity probes. For this purpose, a design of experiments was developed in order to optimize the production of COs and more particularly of long ones by enzymatic hydrolysis of chitin with a commercial enzyme, hen egg-white lysozyme. Subsequently, a new type of affinity-based probe allowing the specific labeling of CO-binding proteins has been developed. We have shown for the first time that triazinyl glycosides can be effectively used to introduce a fluorescent group on an oligosaccharide-binding protein without any external chemical or physical activation. After demonstrating the proof of concept with lectins, a fluorescent activity-based probe allowing continuous assay of chitinases and their labeling at the same time was synthesized. These new tools offer exciting perspectives for the characterization of CO receptors in plants as well as for the discovery of new lectins and carbohydrate-active enzymes.

Le déclin de la fonction respiratoire dans l’asthme est associé à une augmentation de la massedu muscle lisse bronchique. La cellule musculaire lisse (CML) bronchique joue un rôle central dans la physiopathologie de l'asthme. Elle participe à l'inflammation et constitue une composante importante du remodelage des voies aériennes. Récemment, le rôle de la chitinaseYKL-40 comme bio marqueur de ce remodelage dans l'asthme a été évoqué. Dans ce contexte, la question centrale ayant motivé une partie de ce travail de thèse, a été d'étudier les effets d'YKL-40 sur différentes propriétés des CML. Nous nous sommes également intéressés au récepteur activé par les protéases, de type 2 (PAR-2), potentiel récepteur d'YKL-40, mais aussi acteur principal de l’inflammation bronchique.Ce travail a permis d'établir qu'YKL-40 est plus qu'un simple bio marqueur dans l'asthme puisqu’elle altère les propriétés physiologiques de la CML, et semble jouer un rôle dans le remodelage musculaire lisse bronchique. Par ailleurs, ce travail a également permis de mettre en évidence une surexpression du PAR-2 dans les CML d’asthmatiques ainsi qu’une augmentation de son expression et de la prolifération cellulaire, en réponse à une stimulation chronique. Ce travail a enfin permis d’optimiser la technique de l’interférence ARN lentivirale dans les CML bronchiques humaines. / The decline in lung function in asthma is associated with an increased bronchial smooth muscle (BSM) mass. BSM cells play a central role in the pathophysiology of asthma. They are involved in inflammation and are an important component of airway remodelling. Recently, the role of the chitinase YKL-40 as biomarker of this remodelling in asthma has been evoked. In this context, the central question that motivated part of this thesis was to study the effects of YKL-40 on various properties of BSM cells. We also studied the protease activated receptor 2 (PAR-2), as a potential receptor of YKL-40, as well as an important actor of airway inflammation.This work has established that YKL-40 is more than just a biomarker for asthma since YKL-40 alters physiological properties of BSM cells and appears to play a role in BSM remodelling. Moreover, this work has also highlighted an overexpression of PAR-2 in asthmatic BSM cells, as well as an increase of both PAR-2 expression and BSM cell proliferation in response to chronic stimulation. This work has finally allowed us to optimize lentiviral RNA interference in human BSM cells.

L’asthme se caractérise par une hyperréactivité, une inflammation et un remodelage bronchique. Les travaux exposés dans cette thèse ont permis, grâce à une approche transversale et multidisciplinaire basée sur l’étude physiopathologique de l’inflammation et du remodelage bronchique dans l’asthme, (i) de préciser l’intérêt de la mesure du NO exhalé chez l’asthmatique contrôlé, (ii) de déterminer la faisabilité du micro-scanner pour imager in vivo le remodelage bronchique grâce à la mesure non invasive de la densité péri-bronchique normalisée, et (iii) d’analyser le rôle de la chitinase YKL-40 dans la genèse du remodelage musculaire lisse. / Asthma is characterized by bronchial hyperresponsiveness, inflammation and remodelling. We used a translational and multidisciplinary approach to (i) clarify the interest of measuring exhaled NO in controlled asthmatics, (ii) determine the interest of micro-computed tomography for assessing bronchial remodelling in vivo by non-invasive measurement of the normalized peribronchial attenuation, and (iii) analyze the role of chitinase YKL-40 in smooth muscle remodelling.

Da Filarieninfektionen noch immer chemotherapeutisch schwer bekämpfbar sind, ist die Aufklärung von potentiell protektiven Molekülen, die zur Impfstoffentwicklung von Nutzen sein könnten, von Bedeutung. Ein vielversprechendes Antigen stellt in diesem Zusammenhang die Chitinase von infektiösen Drittlarven von Onchocerca volvulus dar. In dieser Arbeit sollte deshalb dieses Protein immunologisch charakterisiert und immundominante Bereiche identifiziert werden. Dazu wurde die cDNA des gesamten Proteins (OvL3-Chitinase) und die cDNA der Domäne, die für die Chitin-Bindung verantwortlich ist (OvL3-CBD), in einen Expressionsvektor kloniert, in E. coli exprimiert und aufgereinigt. Die aufgereinigte OvL3-Chitinase zeigte enzymatische Aktivität. Die OvL3-Chitinase und die OvL3-CBD wurden in Immunisierungsstudien im Tiermodel der Nagetierfilarie A. viteae und M. unguiculatus eingesetzt. Während die Immunisierung mit OvL3-CBD mit dem Adjuvans Alum zu keiner Reduzierung der Adultwurmlast führte, war nach Gabe der OvL3-Chitinase die Anzahl der Adultwürmer um 40 % bzw. um 17,7% reduziert. Zusätzlich wurde die OvL3-Chitinase allein und in Kombination mit zwei verschiedenen Adjuvantien (STP und Alum) in Immunisierungsstudien von BALB/c-Mäusen eingesetzt, deren Immunantworten anschließend charakterisiert wurden. Durch diese Versuche konnte gezeigt werden, daß die Chitinase ohne zusätzliche Gabe eines Adjuvans unter den getesteten Bedingungen eine TH2-Immunantwort induziert. Dies wurde durch die Anwesenheit von Antikörpern der Subklasse IgG1 deutlich. Außerdem waren Milzzellen dieser Mäuse nicht in der Lage, nach Restimulation mit Chitinase mit Proliferation zu reagieren. Durch den Einsatz der Adjuvantien STP und Alum konnte eine Polarisation der Immunantworten erfolgen. Während die Immunisierung mit Chitinase und Alum zur deutlichen Bildung von IgG1-Antikörpern und zu einer leichten Erhöhung der Antikörper IgG2a und IgG2b führte, konnte nach Immunisierung mit Chitinase und STP neben Antikörpern der Subklasse IgG1 deutliche erhöhte OD-Werte von IgG2a und IgG2b gemessen werden. In beiden Gruppen reagierten Milzzellen nach Restimulation mit Chitinase, wobei die Proliferationswerte der STP/Chitinase-Gruppe über denen der Alum/Chitinase-Gruppe lagen. Durch den Einsatz von Salmonellen, die Chitinase exprimierten, konnten die T-Zell-Antworten verstärkt werden. Es konnten jedoch keine antigen-spezifischen Antikörper gefunden werden. Mit Hilfe von drei verschiedenen T-Zell-Algorithmen (Algorithmus nach Rothbard und Taylor, nach Humphreys und die MHC-II-Bindungs-Motive nach Rammensee) wurden T-Zell-Epitope innerhalb der OvL3-Chitinase identifiziert. Alle vorhergesagten Epitope wurden als synthetische Peptide hergestellt und in T-Zell-Proliferationstests eingesetzt. Hierzu wurden Milzzellen von Mäusen verwendet, die dreimal mit rekombinanter Chitinase und dem Adjuvans STP immunisiert worden waren. Um möglichst viele T-Zell-Epitope innerhalb der Chitinase zu ermitteln, wurden überlappende Peptide (Pepscan), die die Gesamtheit der Chitinase umfaßten, in T-Zell-Tests eingesetzt. Die verwendeten Algorithmen wurde auf ihre Sensitivität und Spezifität überprüft, indem die vorhergesagten Epitope mit den ermittelten T-Zell-Epitopen des Pepscans verglichen wurden. Dabei konnte der Algorithmus von Rammensee den besten Index an Sensitivität (0,47) und Spezifität (0,7) erzielen. Eine Kombination der Algorithmen ergab, daß die Verknüpfung des Algorithmus nach Rothbard und Taylor mit den MHC-Bindungs-Motiven nach Rammensee die Sensitivität auf 0,67 erhöhen konnte, doch die Spezifität sank durch die hohe Anzahl der vorhergesagten Epitope auf 0,33. Die Anwendung der Algorithmen auf die Sequenz der OvL3-Chitinase führte zu der Identifizierung von fünf Bereichen, die von allen Algorithmen vorhergesagt wurden, und von denen vier in T-Zell-Proliferationstests deutliche Proliferationswerte erzielten. Zusätzlich wurde die OvL3-Chitinase und die OvL3-CBD in Kamerun hinsichtlich ihrer Fähigkeit getestet, PBMC von Onchozerkose-Patienten zu restimulieren, die aus einem hyperendemischen Onchozerkose-Gebiet stammten. Diese Untersuchungen bestätigten die Ergebnisse aus den Immunisierungsstudien mit BALB/c-Mäusen, in denen Chitinase eine TH2-Immunantwort hervorrief. Die PBMC der Onchozerkose-Patienten zeigten nur eine sehr geringe Proliferation nach Stimulation mit OvL3-Chitinase und OvL3-CBD. Begleitet wurde diese Proliferation von Ausschüttung typischer TH2-Zytokine wie IL-10 (Chitinase) bzw. IL-4, IL-5 und IL-10 (CBD). Die Untersuchung der Antikörperantworten der Onchozerkose-Patienten zeigte, daß bei 77% der untersuchten Patienten IgG4-Antikörper gegen die Chitinase und bei 20% gegen die OvL3-CBD im Serum nachgewiesen werden konnten. / Chemotherapeutic treatment of filarial infections has rendered difficult and still insufficient. Therefore, the identification of potentially protective molecules which can be used for vaccine development is desirable. The chitinase of larvae stage three of Onchocerca volvulus constitutes a promising antigen. Immunological characterization of this protein and the identification of immunodominat regions was performed in this study. The complete sequence (OvL3-chitinase) and the C-terminal end responsible for the binding of chitin (OvL3-CBD) were cloned in an expression vector, overexpressed in E. coli and subsequently purified. Recombinant chitinase was enzymatically active. The OvL3-chitinase and the OvL3-CBD were used for immunization studies using the rodent filaria A. viteae in the animal model M. unguiculatus. No decreased number of adult worms was observed after immunization with OvL3-CBD in the present of Alum as adjuvans, while chitinase together with STP resulted in the reduction the worm burden to 40 % (first trial) and to 17,7 % (second trial). Additional immunization studies using BALB/c-mice were performed with OvL3-chitinase in the absence or the presence of two different adjuvans. Spleen cells isolated from mice immunized with chitinase in the absence of adjuvans were devoid of proliferative capacity after in vitro antigenic restimulation. Antigen-specific IgG1 antibodies were the only subtype detectable in sera from mice. These results suggested that a Th2 response was induced after immunization with chitinase under these conditions. Including STP or Alum in the immunization protocol a polarization of the obtained immune response was found. Immunization with chitinase together with Alum elicited strong IgG1 response followed by slightly increase of IgG2a and IgG2b. Co-administration of chitinase and STP evoked increased IgG2a and IgG2b antibodies in addition to the observed IgG1 response. Good proliferative responses were observed for spleen cells from mice immunized with chitinase in the present of both adjuvans after in vitro restimulation with chitinase. Furthermore stronger T-cell reactivity was found in the group immunized with chitinase/STP. Also chitinase was expressed in Salmonella and oral immunization of mice with this construct enforced the T-cell reactivity, however antigen specific antibodies were undetectable. To further characterize T cell reactivity against OvL3-chitinase T cell epitopes using the Rothbard and Taylor algorithm (1988), Humphreys prediction and the MHC-II-binding motifs from Rammmensee (1995) were identified. All predicted epitopes were synthesized and tested in T-cell proliferation assays. Additional synthetic L3-chitinase-derived overlapping peptides were also used in T-cell proliferation assays. The sensitivity and specificity of the algorithms was evaluated by comparing the predicted epitopes with the epitopes determined by overlapping peptides. Using this approach, prediction based on MHC-II-binding motifs showed the highest sensitivity (0,47) and specificity (0,7). A further increase of the predictive power was obtained by a combining MHC-II-binding motifs and Rothbard and Taylor algorithm, resulting in increased sensitivity (0,67) but lower specificity (0,33). Five immunodominant regions were identified by all algorithm and four of them were confirmed as T-cell epitopes in T-cell assays. PBMCs isolated from patients affected with Onchocerca volvulus from Cameroon were also tested for their reactivity against OvL3-chitinase and the OvL3 CBD in T-cell proliferation assays. After in vitro restimulation with OvL3-chitinase and CBD only marginal T-cell response was observed accompanied by release of Th2-like cytokines such as IL-10 when stimulated with chitinase and IL-4, IL-5 and IL-10 when stimulated with CBD. Strong antibody responses of the IgG4 isotype were detected in the serum of 77% of the patients against chitinase and only in 20% of the patients against CBD.

Chitinasen sind wichtigen Moleküle im Lebenszyklus parasitischer Fadenwürmer und bedeutende Medikamenten- und Impfstoffziele. Hier wurden drei Chitinasesequenzen (I, II und III) durch Charakterisierung von 9 Klonen aus einer Genbank von Acanthocheilonema viteae gefunden. Die Anzahl der drei sehr homologen Chitinasegene wurde durch Southern-Blot bestätigt. Die größten Unterschiede sind in den Exons zu finden, die die Serin-Threonin-reiche Domäne der Chitinasen codieren. Diese Domäne ist in Sequenz III ca. 10fach länger als in Sequenz I. Sequenz I und III haben Eigenschaften eines transkribierten Genes: ein Startcodon, ein offener Leserahmen, ein Stopcodon und ein Polyadenylierungssignal. Sequenz II fehlt das erste Exon mit dem Startcodon. Bei Durchmusterung einer cDNA-Bibliothek adulter A. viteae Würmer bzw. L3 Stadien, sowie durch Reverser Transkriptase-PCR (RT-PCR) wurden in den Mikrofilarien, L3 und L4 Transkripte für Gen I gefunden, jedoch nicht für Gen III. Das N-terminale Fragment der A. viteae-Chitinase wurde in ein Expressionsplasmid ligiert und in E. coli exprimiert. Ungefähr 80 % der exprimierten Chitinase lagen in Einschluss-Körpern vor. Dieser unlösliche Anteil konnte unter denaturierenden, der lösliche Anteil unter nativen Bedingungen aufgereinigt werden. Die aus den Einschluss-Körpern aufgereinigte Chitinase zeigte im Vergleich zur löslichen Chitinase eine 13fach verminderte Aktivität. Vom aktiven Zentrum der Chitinase wurden Peptide synthetisiert und parallel mit Chitinase aus den Einschluss-Körpern für Vakzinierungsexperimente im A. viteae / Meriones unguiculatus-Filarien-Modell genutzt. Die Reduzierung der Wurmlast um 29 % nach einer Immunisierung mit rekombinantem Protein zeigte eine tendenziell schützende Kapazität des Proteins. In zwei unabhängigen Experimenten konnte nach Immunisierung mit zwei synthetischen Peptiden (P1 und P2) eine bedeutende Reduktion der Wurmlast beobachtet werden. In der P1-Gruppe gab es eine gleichmäßige Reduktion der Mf-Last, die nur im zweiten Experiment signifikant war (39 %, p > 0,05 und 45 %, p < 0,05). In der P2-Gruppe konnte in einem von zwei Experimenten eine signifikante Reduktion der Mf-Last erzielt werden (75 %, p < 0,05). Diese Ergebnisse lassen vermuten, daß Filarien-Chitinasen potenzielle Ziele für Impfstoffe sind. / Chitinases are enzymes that break down chitin to its monomers. They are important molecules in the life cycle of parasitic nematodes representing important drug and vaccine targets. Here, three chitinase sequences (I, II and III) were obtained by characterising nine clones from a genomic library of Acanthocheilonema viteae. Southern blots confirmed the existence of three chitinase genes in A. viteae. The organisation of all three genomic sequences is similar, with the greatest difference occurring in exons encoding the serine-threonine rich domain of chitinases: this domain is about ten times larger in sequence III compared to I, but is absent in sequence II. Sequence I and III had features of regularly transcribed genes: start ATG, open reading frame, stop codon and polyadenylation signal. Sequence II lacked the first exon with start ATG. Screening of cDNA libraries from adult female A. viteae worms and L3 (third-stage larvae), as well as reverse transcriptase PCR (RT-PCR) ! showed transcripts in uterine microfilariae, L3 and L4 (fourth-stage larvae) for gene I only. The N-terminal fragment of A. viteae chitinase was cloned into an expression vector and expressed in Escherichia coli. About 80% of the expressed chitinase were found in inclusion bodies and were purified under denaturing conditions. The soluble fraction was about 20% and could be purified under native conditions. Chitinase purified from inclusion bodies was 13-fold less active compared to soluble chitinase. Synthetic peptides (P1 and P2) were designed from the active site of A. viteae chitinase, and used in parallel with chitinase from inclusion bodies in vaccination experiments using the A. viteae / Meriones unguiculatus filariasis model. Vaccination with recombinant protein led to a 29 % significant reduction in adult worm burden in a single experiment. Vaccination with P1 and P2 led to an overall non significant reduction in adult worm burden in two independent experiments. In the P1 group, there was a consistent reduction (39%, p>0.05 and 45%, p

Die Infektion mit Filarien (Nematoden) ruft massive Schädigungen beim Menschen hervor. Strategien zur Bekämpfung dieser Parasitose basieren auf einer Massenbehandlung mit Ivermectin und Derivaten. Allerdings ist die Behandlung der Patienten zeitaufwändig und teuer. In diesem Zusammenhang stellt Aufklärung molekularer Mechanismen, die die parasitische Lebensform dieser Würmer ermöglichen, einen neuen Ansatzpunkt für die Entwicklung von Therapeutika und Präventivmaßnahmen dar. Die Moleküle Cystatin und Chitinase wurden, auf Grund ihrer immunodulatorischen und katalytischen Eigenschaften, bei der Nager-Filarie Acanthocheilonema viteae als essentielle Proteine identifiziert. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die detaillierte, funktionale Charakterisierung dieser beiden Proteine. Um das räumliche Expressionsmuster und damit potentielle Funktionen des Sekretionsprotein Cystatins zu ermitteln, wurde der frei lebende Nematode Caenorhabditis elegans als heterologes Expressionssystem genutzt. Unter dem Einfluss des Cystatin-Promoters konnte GFP in pharyngealen und rektalen Zellen von C. elegans exprimiert werden. Möglicherweise ist das Cystatin damit bei A. viteae in den Häutungsprozess involviert, da bei C. elegans derartige Enzyme in den pharyngealen Zellen gespeichert werden. Des Weiteren wurde der Häutungsprozess der infektiösen L3 zum Stadium der L4 durch Ausschalten des Gens mittels RNAi um drei Tage verzögert. Allerdings war der Effekt transient und die Verzögerung des Häutungsprozesses beeinflusste weder die Viabilität noch die Infektiösität der Larven. Die Analyse der Regulation von Cystatin während der Entwicklung des Parasiten mittels der Real-Time PCR zeigte, dass das Gen im Stadium der Mikrofilarien, die der Immunantwort des Wirtes voll exponiert sind, maximal exprimiert wird. Für die Chitinase von A. viteae konnte eine essentielle Rolle im Häutungsprozess nachgewiesen werden. Das Ausschalten des Gens führte zu einer Hemmung der Häutung bei 90 % der L3 und damit zu ihrem Tod. Die maximale Expression im L3 Stadium des Parasiten ist ein weiterer Hinweis darauf, dass dieses Protein in den Häutungsprozess involviert ist. Mittels RNAi bei adulten Parasiten konnte die katalytische Rolle der Chitinase beim Abbau des Chitins im Ei bestätigt werden, da hier nur ungeschlüpfte Mikrofilarien ausgeschieden wurden. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern weitere Hinweise darauf, dass sowohl das Cystatin als auch die Chitinase von A. viteae auf Grund ihrer essentiellen endogenen Funtionen attraktive Zielmoleküle in der Bekämpfung von Filariosen darstellen. / Nematodes which cause filariasis have detrimental effect on humans. Strategies to eliminate this disease are based on mass treatment with drugs like ivermectin. However, they have several drawbacks such as long duration required for treatment and tenuous financial supports. Understanding the molecular mechanisms of genes required for parasitism will help to develop novel therapeutic and preventive strategies. The aim of this study was a detailed functional characterization of cystatin and chitinase of Acanthocheilonema viteae, a rodent filarial nematode. To this end, C. elegans was used as a heterologous system to determine the spatial expression pattern of A. viteae cystatin and chitinase and thereby their possible functions. The promoter of cystatin drove the expression of reporter, GFP, to the pharyngeal and rectal gland cells of transgenic C. elegans lines, this being compatible with the fact that cystatin is secreted in the parasites. This also suggests that cystatin in A. viteae is probably required for moulting since generally in C. elegans the enzymes required for moulting are stored in the pharyngeal gland cells. Moreover, knockdown of cystatin by RNAi delayed moulting of the infective L3 to the L4. However, the RNAi effect was transient and the delay in moulting did not affect the viability and infectivity of the larvae. Analyses of the developmental regulation of cystatin by real-time PCR showed that it is maximally expressed in the blood microfilarial stage, which are exposed to the full force of host immune responses. This is compatible to the fact that A. viteae cystatin immunomodulates the host immune responses. This study also determined that chitinase of A. viteae plays an essential role in the moulting of the L3 larvae since knockdown of chitinase inhibited moulting in 90% of the L3 larvae thereby killing them. Moreover, maximum expression of chitinase was observed by real-time PCR in the L3 stage supplementing that it is involved in moulting. RNAi of chitinase in adults led to the release of unhatched microfilariae confirming the essential catalytic role of chitinase in the degradation of the chitin egg shells. This study substantiates that cystatin and chitinase of A. viteae are attractive intervention targets due to their essential endogenous functions in the parasite.

Chitin ist ein Polysaccharid, welches aus N-Acetylglucosamin (GlcNAc) aufgebaut ist. Das Biopolymer kommt in der Natur in Invertebraten, Algen, Pilzen und Einzellern vor. Chitinasen hydrolysieren Chitin. Diese Enzyme sind essentiell für die Regulierung und Entwicklung von Arthropoden und Mikroorganismen. Sie fungieren in Pflanzen als Phytoalexine. <br> Das verstärkt das Interesse am Design neuer natürlicher und synthetischer Chitinase-inhibitoren, die als potentielle Insektizide, Fungizide, Antimalaria bzw. Antiasthmatika eingesetzt werden können. <br><br> Ziel dieser Arbeit war die Synthese von neuen Thioglycosidanaloga von N-Acetyl-chitooligosacchariden und deren Untersuchung als Enzyminhibitoren. <br><br> Die geschützten 4-O-Tf-galactopyranosylthioglycoside wurden aus den korrespondierenden p-Methoxyphenylglycosiden von GlcNAc nach einer neuen Methode in einer Stufe hergestellt. Die Reaktion der galacto-Triflate mit 2-Acetamido-3,4,6-tri-O-acetyl-2-desoxy-1-thio-ß-D-glucopyranose in Gegenwart von Natriumhydrid und 15-Krone-5 in THF lieferte die Pseudo-Trisaccharide.<br><br> Die Herstellung der Glycosyl-Thiazoline aus den entsprechenden p-Methoxyphenyl-glycosiden mit Lawesson's Reagenz ist nach einem neuen Reaktionsweg beschrieben wie auch die Synthese der Thioacetamide von GlcNAc-Oligomeren.<br><br> Die Pseudo-Oligosaccharide wurden als Inhibitoren der Chitinasen von Serratia marcescens, Chironomus tentans, Acanthocheilonema viteae und Hevaea brasiliensis sowie der N-Acetyl-glucosaminidase von Chironomus tentans getestet. In einigen Fällen ergab sich eine Hemmung (IC50) im µM-Bereich. / Chitin is a polysaccharide composed of N-acetylglucosamine (GlcNAc). The biopolymer is distributed in Invertebrates, algae, fungi and Protozoa. Chitinases hydrolyse chitin. These enzymes are essential for the regulation and development of Arthropoda and micro organisms. In bacteria chitinase degrade chitin as source of carbon and act in plants as phytoalexins. Currently, there is a great interest in the design of novel natural and synthetic chitinase inhibitors, which may act as potential insecticides, fungicides, antimalaria or antiasthmatics.<br><br> Thio-oligosaccharides and related thio-glycosides are rarely described in the literature. Thio-analogues of oligosaccharides derived from N-acetylglucosamine are of interest as potential enzyme inhibitors. The synthesis and enzymatic investigations of thio-glycoside analogues of N-acetyl-chitooligosaccharides are described in this thesis.<br><br> The protected 4-O-Tf-galactopyranosyl thioglycosides were prepared by a new method in one step from the corresponding p-methoxyphenyl glycosides of N-acetylglucosamine. Coupling of galacto-triflates with 2-acetamido-3,4,6-tri-O-acetyl-2-deoxy-1-thio-ß-D-glucopyranose in the presence of sodium hydride and 15-crown-5 in THF, followed by deprotection, afforded the pseudo-trisaccharides. <br><br> The preparation of glycosyl thiazolines by a new manner from the analogues p-methoxyphenyl glycosides with Lawesson's reagent is also described however the synthesis of thioacetamides of N-acetylglucosamine.<br><br> The pseudo-oligosaccharides were tested for inhibition of chitinases from Serratia marcescens, Chironomus tentans, Acanthocheilonema viteae, and Hevaea brasiliensis, and also with N-acetyl-glucosaminidase from Chironomus tentans. Inhibition with IC50 values in the µM range was found in a few cases.

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N-acetil-glucosamina é um composto de importância biotecnológica com grande potencial de aplicação nas áreas de farmácia, medicina e dermatologia. É atualmente produzido pela hidrólise química da quitina, o polissacarideo mais abundante no ambiente marinho e o principal constituinte do exoesqueleto dos artrópodes. No entanto, os processos geralmente utilizados são prejudiciais ao meio ambiente, têm baixo rendimento e alto custo. Este estudo demonstra um dos mais eficientes processos de produção enzimática de N-acetil-glucosamina a partir de -quitina utilizando quitinases bacterianas como uma alternativa sustentável aos processos atuais e isolados de A. caviae com grande potencial para produção de quitinases e derivados de quitina. / N-acetyl-glucosamine (GlcNAc) is a compound of biotechnological importance with great application potential in the areas of pharmacy, medicine and dermatology. GlcNAc is currently produced by the chemical hydrolysis of chitin, the polysaccharide most abundant in the marine environment and the principal constituent of the exoskeleton of arthropods. However, the processes generally used are environmentally unfriendly, have low yield and high cost. This study demonstrates the most efficient processes for enzymatic production of N-acetyl-glucosamine from -chitin using bacterial chitinases as a sustainable alternative to the current processes and A. caviae isolates with great potential for chitinases and chitin derivatives production.