Der globale Prävalenzanstieg allergischer Erkrankungen wird mit der westlichen Ernährung und einem sich ändernden Fettsäurespektrum assoziiert. Die omega-3 Fettsäure Docosahexaensäure (DHA) wurde bereits bei verschiedenen chronisch-entzündlichen Erkrankungen erfolgreich therapeutisch eingesetzt. Die dabei zugrunde liegenden Wirkmechanismen sind jedoch nicht vollständig geklärt. Deshalb wurde hier der molekulare Mechanismus der DHA-vermittelten Hemmung der IgE-Produktion in humanen B-Zellen sowie der verminderten Differenzierung IgE-produzierender Plasmazellen in vitro untersucht. Analysen der beteiligten Signaltransduktionswege offenbarten eine Reduktion der IL-4-abhängigen STAT6-Phosphorylierung und der CD40-vermittelten NFkappaB-Translokation, was zu einer Inhibition des IgE-Klassenwechsels auf dem Niveau des epsilon-Keimbahntranskriptes sowie der Aktivierungsinduzierten Desaminase führte. Weiterhin wurde in einer randomisierten, kontrollierten Doppelblindstudie die Supplementierung mit hochdosierter DHA bei Patienten mit atopischem Ekzem hinsichtlich klinischer und immunologischer Parameter geprüft. Dabei führte DHA zu einer Reduktion des Schweregrades der Erkrankung und zu einer verminderten IgE-Produktion anti-CD40/IL 4-stimulierter Blutzellen ohne Beeinflussung des Serum-IgE-Spiegels. Schließlich wurden die lokalen Prozesse nach DHA-Verabreichung in einem Mausmodell für proteininduzierte Dermatitis analysiert. Dabei war die Reduktion der klinischen Ekzemausprägung mit der verminderten Zahl dermaler CD8+ T-Zellen verbunden. Andere histologische Parameter und das Serum-IgE blieben jedoch unbeeinflusst. Durch die Fähigkeit von DHA, in den IgE-Klassenwechsel in B-Zellen einzugreifen, stellt die Supplementierung mit DHA somit eine mögliche präventive Maßnahme gegen allergische Erkrankungen dar. Ebenso ist DHA in der Lage, den Schweregrad des atopischen Ekzems durch die positive Beeinflussung lokaler inflammatorischer Prozesse signifikant zu verbessern. / The prevalence of allergic diseases has increased worldwide. Westernised diet with its changing polyunsaturated fatty acid (PUFA) proportions is considered to contribute to this development. The omega-3 PUFA Docosahexaenoic acid (DHA) has been reported to be antiinflammatory, but its way of action is not completely understood. Initially, the molecular mechanisms of DHA impact on IgE production in human B cells were examined in vitro. Thereby, DHA inhibited IgE production and the differentiation of IgE secreting cells. This was mediated through direct inhibition of the immunoglobulin isotype switching process by decreasing epsilon germline transcript and activation induced desaminase transcription. Analysis of involved signalling pathways revealed an inhibition of IL-4 driven STAT6 phosphorylation and a reduced NFkappaB translocation into nucleus upon CD40 ligation. Next, in a randomised, double bind, controlled clinical study the efficacy of high-dose DHA supplementation in atopic eczema was determined by investigating the impact on clinical and immunological parameters. In the DHA, but not in control group a clinical improvement of atopic eczema and a reduction of CD40/IL-4 mediated IgE synthesis of peripheral blood cells were observed whereas serum IgE levels remained unchanged. Finally, in a mouse model the impact of oral DHA application on allergen induced dermatitis as well as the underlying local mechanisms were investigated. Thereby, the DHA mediated reduction of clinical skin score was associated with decreased dermal CD8+ T cell numbers, whereas other histological parameters or serum IgE values were not affected. In summary the results indicate that dietary DHA may be effective in prevention of allergic diseases by interference with the IgE switching process and improve the clinical outcome of atopic eczema by its positive impact on local inflammatory processes.

Mehrfach ungesättigte omega-3 Fettsäuren (n-3 PUFAs), wie Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA), schützen vor kardiovaskulären Erkrankungen, wie tödlichen Arrhythmien. In vitro Untersuchungen belegen, dass rekombinante Cytochrom P450 (CYP) Enzyme nicht nur die n-6 PUFA Arachidonsäure (AA), sondern auch die n-3 PUFAs EPA und DHA als alternative Substrate verwenden. Dabei entstehen bioaktive regio- und stereoisomere Epoxy- und Hydroxymetaboliten, CYP-Eicosanoide, die als sekundäre Botenstoffe bei der Regulation von Gefäß-, Nieren- und Herzfunktionen fungieren. Die genauen molekularen Mechanismen dieser Metabolite sind noch weitgehend unerforscht. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst der ernährungsbedingte Einfluss auf das endogene CYP-Eicosanoidprofil im Menschen untersucht. Die Ergebnisse der klinischen Studie zeigten, dass n-3 PUFAs auch in vivo alternative Substrate von CYP-Enzymen darstellen und wenn verfügbar sogar effektiver zu ihren Metaboliten umgesetzt wurden als AA. Als ein wichtiger Metabolit entsteht nach EPA/DHA-Supplementation 17,18-EEQ, welcher womöglich der eigentliche Vermittler der kardioprotektiven Effekte von n-3 PUFAs ist. Unter Verwendung eines etablierten Zellmodells mit spontan schlagenden neonatalen Rattenkardiomyozyten (NRKMs) wurde der anti-arrhythmische Effekte von 17,18-EEQ genauer untersucht. Der negativ chronotrope Effekt von EPA auf NRKMs wurde tatsächlich durch 17,18-EEQ vermittelt, insbesondere dem R,S-Enantiomer. Mittels Strukturfunktionsanalyse wurden synthetische Analoga mit gleicher Wirksamkeit wie dem 7,18-EEQ gefunden, wobei strikte strukturelle Merkmale für die biologische Funktion identifiziert wurden. Die Suche nach einem molekularen Ziel für CYP-Epoxyeicosanoide führte zu einem möglichen Rezeptorkandidaten, der hinsichtlich seiner Ligandenspezifität untersucht wurde. Dieser oder zukünftige andere Rezeptorkandidaten stellen ein mögliches neues zelluläres Ziel zur Behandlung kardialer Arrhythmien dar. / The n-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFAs) eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA), protect from cardiovascular disease, especially from fetal arrhythmia. Moreover, in vitro studies proved that recombinant cytochrome P450 (CYP) enzymes not only accept the physiologically most important n-6 PUFA arachidonic acid (AA), but also EPA and DHA as alternative substrates, thereby generating regio- and stereospecific biologically active epoxy- and hydroxymetabolites, CYP-eicosanoids. These metabolites serve as second messengers regulating vascular, renal and cardiac function. The precise underlying molecular mechanisms are only partially understood and need further investigation. The first aim of the thesis was to show that the endogenous CYP-eicosanoid profile depends on the availability of the precursor fatty acids. The results of a clinical trial with 20 volunteers, show that n-3 PUFAs serve also in vivo as alternative CYP-dependent substrates and are even preferentially metabolized compared to AA. After EPA/DHA-supplementation 17,18 EEQ was generated as a major metabolite, potentially an important mediator of cardiovascular effects originally attributed to n-3 PUFAs. To test the anti-arrhythmic effect of EPA and 17,18-EEQ, an established cell model with neonatal rat cardiomyocytes (NRKMs) was used. The negative chronotropic effect of EPA was mimicked by 17,18-EEQ, attributed only to the R,S-enantiomer. A structure activity relationship study revealed synthetic analogs, exerting the same biological effect as 17,18-EEQ. Strict structural requirements were found for agonistic function, hinting at a specific interaction with cellular targets, like GPCRs. The search of a molecular target of CYP-eicosanoids led to a putative receptor, which was tested for ligand binding specificity. If the preliminary results on the ligand binding are confirmed in future experiments this receptor might be a novel target for the treatment of cardiac arrhythmia.