Thesis (doctoral)--Münster, 1980.

The obligate intracellular gram-negative bacterium, Chlamydophila pneumoniae (Cpn), has a significant impact as an acute and chronic disease-causing pathogen. Its potential to undergo persistent infections has been linked to chronic diseases. Several in vitro cell culture models are used to study persistent conditions, mainly IFN_ stimulation, treatment with antibiotics and iron depletion. Little is known about changes in the Cpn transcriptome during the acute and persistent infection. Therefore, the Cpn transcriptome during its acute developmental cycle and iron depletion-mediated persistence was examined in this study. Based on expression profiles, genes with similar expression changes formed 12 clusters using the self-organizing map algorithm. While other studies define genes based on their onset of transcription, here the important feature for clustering was the expression profile. This turned out to be more appropriate for comparing the time specific relevance of a certain cluster of genes to their proposed functions in the cycle. The Cpn clusters were grouped into the 'Early', 'Mid' and 'Late' classes as described for Ctr. Additionally, a new gene expression class containing genes with steadily increasing expression at the end of the developmental cycle was defined and termed 'Tardy' class. Comparison of the Cpn clusters to published proteomics data showed that genes encoding elementary body (EB) proteins peaked in the 'Late' gene cluster. This indicated that genes of the ‘Late’ and ‘Tardy’ class have different roles in RB to EB re-differentiation. Moreover, using lexical comparison the EB mRNA profile was significantly linked to the ‘Tardy’ cluster class. This provided evidence that initial translation in the cycle might be directed from stable transcripts present in the infectious EB form. Based on these criteria the novel ‘Tardy’ class was separated from the ‘Late’ class. The gene ontologies were used to identify specific pathways and physiological functions active during the different phases of development. Additionally, the transcriptome of Cpn in the persistent stage was compared to that of the acute developmental cycle. The Cpn transcriptome was altered in the iron-depletion mediated persistence. Genes upregulated were linked to clusters at the beginning of the developmental cycle, and genes down-regulated were linked to clusters at the end of the developmental cycle. These data provided strong evidence that the Cpn transcriptome during persistence is a gene expression arrest in mid-development. In early acute infection convergently or divergently oriented gene pairs preferentially had an antagonistic expression profile, whereas tandemly oriented gene pairs showed a correlated expression profile. This suggests that the Cpn genome is organized mainly in tandemly arranged operons and in convergently or divergently oriented genes with favored antagonistic profiles. The microarray studies done with the Cpn strain CWL029 also showed expression signals for several genes annotated only for the Cpn strains AR39 and J138. BLAST comparison verified that these genes are also coded in the CWL029 genome. Several of these genes were convergently arranged with their neighboring gene and shared overlapping genome information. Among these were parB, involved in DNA segregation and rpsD, an alternative sigma factor responsible for the transcription at late stages of the developmental cycle. Both genes have been described to have major roles in the chlamydial cycle. These genes had an antagonistic expression profile at the beginning of the acute developmental cycle and in persistence, as described before to be predominant for convergently oriented genes. Real time RT-PCR analysis showed that full-length rpsD mRNA transcripts were down-regulated, whereas short-length rpsD mRNA transcripts were up-regulated during the persistent infection. This demonstrated that the rpsD promoter is activated during the persistent infection and that because of the collision of the RNA polymerases full length transcripts were down-regulated. This sigma factor-independent mechanism is known as ‘Transcriptional Interference’. This is the first description on how the alternative sigma factor rpsD might be down-regulated during persistent infections. Finally, the host cell transcriptome was analyzed in the acute and persistent infection mediated by the depletion of iron. Cpn infection triggered the upregulation of relB, involved in an alternative NF-KB signaling pathway. Several genes coding for cell cycle proteins were triggered, including cyclin G2 and cyclin D1 and inhibitors of CDK4. Taken together, this work provides insights into the modulation of the pathogen and the host transcriptome during the acute infection and the iron mediated persistent infection. / Das obligat intrazelluläre, gram-negative Bakterium Chlamydophila pneumoniae (Cpn) wird mit akuten und chronischen Krankheiten in Verbindung gebracht. Besonders sein Potential persistente Infektionen zu durchlaufen ist mit chronischen Krankheiten korreliert worden und deshalb von besonderem Interesse. Verschiedene in vitro Zellkulturmodelle werden verwendet um persistente Infektionen zu untersuchen, darunter IFN_ Stimulation, Antibiotika Behandlung und Eisenmangel. Über die Genregulation von Cpn als auch der Wirtzelle in der akuten und persistenten Infektion ist jedoch wenig bekannt. In dieser Arbeit wurde das Cpn Transkriptom als auch das von epithelialen Wirtszellen in der akuten und in der durch Eisenmangel induzierten Infektion untersucht. Mittels eines Algorithmuses für ‚selbstorganisierende Netzwerke’ (SOM) wurden signifikant regulierte Gene aufgrund ihres Expressionsprofiles in 12 Cluster gegliedert. Diese 12 Cluster wurden wiederum in die Klassen der ‘Frühen’ (engl.: ‘Early’), ‘Mittleren’ (engl.: ‘Mid’) und ‘Späten’ (engl.: ‘Late’) Gene eingeteilt. Diese Unterteilung lehnt sich an schon beschriebenen Genexpressionsstudien für Ctr an. Weiterhin wurde die neue Klasse der ‘Verspäteten’ (engl.: ‘Tardy’) Gene eingeführt. Diese hatten am Ende des Entwicklungszykluses ein kontinuierlich ansteigendes Expressionsprofil. Mit publizierten Proteinen aus chlamydialen Elementarkörperchen (EK) korrelierten vor allem Gene aus den ‘Späte’ jedoch nicht aus den ‘Verspätete’ Klassen. Gene dieser beiden Klassen müssen also eine unterschiedliche Rolle im EK Redifferenzierungsprozess spielen. Weiterhin waren überdurchschnittlich viele mRNA Transkripte aus der Klasse der ‘Verspäteten’ Gene in den EK vorhanden. Dies führte zu der Annahme, daß ein Teil der initiale Proteinexpression von stabilen mRNA-Transkripten aus der infektiösen EK Form erfolgt. Anschließend wurden, Gene, die für spezifische Signalwege und physiologische Funktionen von Cpn kodieren, basierend auf der ‚Gene Ontology’ während des Entwicklungszykluses untersucht. Weiterhin wurde das Transkriptom von Cpn in der Persistenz mit dem Transkriptom der akuten Infektion verglichen. Unter Persistenzbedingungen zeigte Cpn ein verändertes Expressionsprofil. Hochregulierte Gene konnten akuten Clustern am Anfang des akuten Entwicklungszykluses und herunterregulierte Gene Clustern am Ende des akuten Entwicklungszykluses zugeordnet werden konnten. Dies legt nahe, daß es sich bei der Persistenz nicht um ein neues Transkriptionsprofil handelt, sondern eher um eine Arretierung des Transkriptomes in der Mitte des akuten Entwicklungszykluses. Weiterhin zeigten konvergent und divergent orientierte Gene am Anfang des Zyklus bevorzugt ein antagonistisches Expressionsprofil, während in Reihe angeordnete (‘tandem’) Gene ein korreliertes Expressionsprofil aufwiesen. Bei den mit dem Cpn Stamm CWL029 durchgeführten Mikroarrayexperimenten konnten auch Expressionswerte für einige ausschließlich für die Stämme AR39 und J138 beschriebenen Gene gemessen werden. Ein Vergleich mittels BLAST zeigte, daß diese Gene auch im CWL029 Genom kodiert sind. Dazu gehörten mehrere Gene, welche konvergent zu ihren Nachbargenen orientiert waren und eine Sequenzüberlappung mit diesen aufwiesen. Darunter fielen parB, welches eine Rolle für die Trennung der DNA in der Zellteilung spielt, und rpsD, ein alternativer Sigma-Faktor, der für die Transkription in der späten Phase des Entwicklungszyklus verantwortlich ist. Für beide Genpaare konnte in der frühen akuten und in der persistenten Infektion ein antagonistisches Expressionsprofil beobachtet werden, wie es bei konvergent orientierten Genpaaren überwiegt. Mittels quantitativer qRT-PCR wurde für rpsD gezeigt, dass vollständige mRNA-Fragmente in der Persistenz herunterreguliert, während kurze mRNA-Fragmente hochreguliert waren. Als Erklärung für diesen Effekt dient ein Modell, welches auf einer Kollision der RNA Polymerasen basiert. Dieser Sigma-Faktor unabhängige Mechanismus ist in der Literatur als ‘Transkriptionelle Interferenz’ bekannt und führt so trotz einer Promoteraktivierung zu einer verminderten Anzahl an vollständigen mRNA Transkripten. Die Herunterregulation von RpsD auf Proteinebene in der Cpn Persistenz ist beschrieben worden. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde das Wirtszelltranskriptom in der akuten und persistenten Infektion untersucht.Infektion mit Cpn führte zu einer Hochregulation von relB, welches an alternativen NF-KB Signalwegen beteiligt ist und das anti-apoptotische Potential verstärkt. Weiterhin waren Gene differentiell exprimiert, welche für die Zellzyklusproteine Cyclin-G2 und Cyclin-D1 sowie Inhibitoren von CDK4 kodieren. Zusammenfassend gibt diese Arbeit gibt einen Einblick sowohl in das Transkriptom des Pathogens als auch der Wirtszelle während der akuten und durch Eisenmangel ausgelösten persistenten Infektion als auch potentiellen Mechanismen zu Persistenzentstehung auf der Ebene der Genregulation.

Anämie (A), Niereninsuffizienz (RI) und Eisenmangel (ID) sind häufige Komorbiditäten der Herzinsuffizienz. Zum ersten Mal wurden in dieser Analyse die Prävalenz sowie der Einfluss auf Mortalität aller drei Komorbiditäten einzeln sowie koinzident in einer Population aus akut dekompensierten Herzinsuffizienzpatienten untersucht. Ebenso fehlten in der Literatur bisher Studien über die Prävalenz und den Einfluss auf die Mortalität von Anämie und Niereninsuffizienz abhängig von den vier AHA/ACC-Stadien bzw. von den verschiedenen Herzinsuffizienztypen HFrEF, HFpEF und dem hinsichtlich Herzinsuffizienz bisher asymptomatischen AHA/ACC-Stadium A/B. A, RI und ID sind häufig und treten bei Überlebenden nach Hospitalisierung mit akut dekompensierter HFrEF oft zusammen auf. Patienten mit A und RI mit oder ohne ID haben das höchste Risiko für Mortalität. Die Definition und prognostische Rolle des ID nach akuter kardialer Dekompensation erfordert weitere Forschungsbemühungen. Die Prävalenz von A und insbesondere von RI ist bereits in den aymptomatischen AHA / ACC-Stadien A und B hoch und nimmt mit dem Schweregrad der Herzinsuffizienz zu. Sowohl A als auch RI haben einen individuellen und kumulativen prognostischen Einfluss über das gesamte AHA / ACC-Spektrum. A und RI waren bei allen Herzinsuffizienztypen häufig. Mehr als 20% der asymptomatischen AHA / ACC-Patienten im Stadium A und B hatten bereits RI. A und RI zeigten einen negativen individuellen und kumulativen prognostischen Einfluss bei allen Herzinsuffizienztypen, einschließlich der asymptomatischen Patienten (bei HFpEF gab es nur einen Trend, höchstwahrscheinlich aufgrund der geringeren Patientenzahl). Bei Bestehen von A, RI oder ID ist eine sorgfältige Ursachenforschung indiziert im Rahmen eines ganzheitlichen Managements der Herzinsuffizienz mit dem Ziel, die Prognose der Herzinsuffizienz zu verbessern. / Anaemia (A), renal insufficiency (RI) and iron deficiency (ID) are frequent comorbidities of heart failure. In this analysis the prevalence and the impact on mortality of all three comorbidities were examined individually and cumulative in a population of acutely decompensated heart failure patients for the first time. Likewise, studies on the prevalence and the impact on mortality from anemia and renal insufficiency depending on the four AHA / ACC stages or on the different types of heart failure HFrEF, HFpEF and the aymptomatic AHA / ACC precursor stages A and B have so far been lacking in the literature. A, RI, and ID are common and often coincide in survivors of the in-hospital phase after acutely decompensated HFrEF. Patients with A and RI with or without ID have the highest risk of all-cause mortality. The definition and prognostic role of ID after acute cardiac decompensation requires further research activities. The prevalence of A and in particular of RI is high already in the aymptomatic AHA/ACC precursor stages A and B, and increases with heart failure severity. Both, A and RI have an individual and cumulative prognostic impact across the entire AHA/ACC spectrum. A and RI were common in all types of heart failure. More than 20% of asymptomatic AHA/ACC stage A and B patients already had RI. A and RI showed adverse individual and cumulative prognostic effects in all heart failure types including also asymptomatic patients (in HFpEF patients there was only a trend, most likely due to the smaller number of patients). If there are the comorbidities of A, RI, or ID we need to do thorough causal research as part of a holistic heart failure management, with the aim to improve heart failure outcomes.

Anämie (A), Niereninsuffizienz (NI) und Eisenmangel (EM) sind häufige Komorbiditäten bei akuter Herzinsuffizienz (AHF) in Folge derer sich die Langzeitprognose verschlechtert. Ihr Einfluss auf Verlauf und Dauer der Index-Hospitalisierung waren bisher nicht systematisch untersucht. Ziele der vorliegenden Arbeit waren deshalb, die Häufigkeiten von A, NI und EM bei Aufnahme und Entlassung zu beschreiben, ihren Einfluss auf den Krankheitsverlauf, die Dauer des stationären Aufenthaltes und die 1-Jahresprognose zu untersuchen sowie die Zusammenhänge der Veränderungen des Eisenstatus mit Veränderungen der Herzinsuffizienzschwere und der Inflammation zu überprüfen. Von 399 Patienten wiesen bei Aufnahme 57% A, 74% NI und 65% EM auf. 93% hatten mindestens 1 Komorbidität und etwa 1/3 alle 3. Das Vorliegen der Komorbiditäten erhöhte die Rate der intrahospitalen Zustandsverschlechterungen und verlängerte die Dauer des stationären Aufenthalts individuell und additiv. Hb, eGFR und TSAT, nicht jedoch Ferritin waren mit dem 1-Jahres-Outcome (Tod oder Hospitalisierung) assoziiert. Während der Index-Hospitalisierung veränderten sich die Prävalenzraten von A und NI nicht, die Häufigkeit von EM nahm jedoch ab. Eine Veränderung des Ferritins korrelierte mit hsCRP und Leukozytenzahl, nicht jedoch mit Veränderungen des NT-proBNPs. Unsere Daten zeigten, dass A, NI und EM bei Aufnahme häufig sind. Nur der EM nahm gemäß üblicher Definition ab. A, NI und EM wirkten sich individuell und additiv negativ auf den Krankheitsverlauf, die Dauer der Hospitalisierung und die 1-Jahresprognose aus. Nicht-kardiale Komorbiditäten spielen damit für Krankheitsverlauf und Prognose der Herzinsuffizienz eine zentrale Rolle und müssen adäquat diagnostiziert und bei der Prognoseabschätzung berücksichtigt werden. Zudem ist die Definition des EM auf Basis von Ferritin bei AHF wegen des Zusammenhangs zwischen dem Akut-Phase Protein Ferritin und systemischer Inflammation kritisch zu hinterfragen. / Anemia (A), chronic kidney disease (CKD), and iron deficiency (ID) are common comorbidities in acute heart failure (AF) that worsen the long-term prognosis. Their influence on the in-hospital course and duration of index hospitalization has not been systematically investigated. The aim of this study was therefore to describe the prevalence rates of A, CKD and ID on admission and prior to discharge, to examine their influence on the in-hospital course, the length of inpatient stay and the 1-year prognosis, as well as to explore the connections between changes in iron status with changes in the heart failure severity and inflammation. Of 399 patients, 57% had A, 74% CKD and 65% ID on admission. 93% had at least 1 comorbidity and about 1/3 had all 3. The presence of the comorbidities increased the rate of in-hospital deterioration and increased the length of inpatient stay individually and additively. Hb, eGFR, and TSAT, but not ferritin, were associated with a worse 1-year outcome (death or hospitalization). During index hospitalization, the prevalence rates of A and CKD did not change, but the prevalence rate of ID decreased. A change in ferritin correlated with hsCRP and leukocyte count, but not with changes in NT-proBNP. Our data showed that A, CKD, and ID are common in AHF. Only ID decreased according to the usual definition. A, CKD, and ID individually and additively had a negative impact on the in-hospital course, the length of hospitalization, and the 1-year prognosis. Non-cardiac comorbidities thus play a central role in the in-hospital course and prognosis of heart failure and must be adequately diagnosed and considered when assessing the prognosis. In addition, the definition of ID based on ferritin in AHF should be questioned due to the connection between the acute-phase protein ferritin and systemic inflammation.

Frankfurt (Main), Universiẗat, Diss., 2008. / Dateien im PDF-Format.

Humboldt-Universiẗat, Diss., 1999--Berlin.

Zugl.: Hohenheim, Univ., Diss., 2006.

Lebensqualität und Leistungsfähigkeit werden durch einen unbemerkten Eisenmangel beeinträchtigt. Frauen im gebärfähigen Alter haben einen erhöhten Eisenbedarf, der in der Schwangerschaft noch zunimmt. Ziel der Untersuchung war, die Prävalenz von Eisenmangel bei Müttern unter deutschen Lebensbedingungen zu evaluieren. Der Eisenstatus von 507 Müttern wurde zwischen September 1997 und August 1998 untersucht. Datenquellen waren venöse Blutentnahme und Fragebogen. Neben konventionellen Messgrößen wurde eine erhöhte Konzentration des löslichen Transferrinrezeptors als Leitindikator für einen Eisenmangel verwendet. Bei 9,5 % der Mütter besteht ein zellulärer Eisenmangel, eine Eisenmangelanämie bei nur 2,2 % aller Mütter. Abgesehen von fehlendem Einsetzen der Menstruation ein Jahr post partum, sind rein vegetarische Ernährung, Multiparität und nicht deutsche Nationalität Risikofaktoren für einen Eisenmangel. Assoziiert mit geringen mütterlichen Hämoglobinkonzentrationen sind Body-Mass-Index unter 19,8, Alter unter 25 Jahren, fehlende Berufsausbildung und hohes Geburtsgewicht des Kindes. Alkoholkonsum und Rauchen scheinen vor Eisenmangel und Anämie zu schützen. Kinder von Müttern mit unzureichender Eisenversorgung neigen ebenfalls verstärkt zu einem Eisenmangel. / Qualitiy of life and achievements are impaired by unrecognised iron deficiency. The iron requirement of women during their child-bearing age is high and increases in pregnancy. The aim of this study was to determine the prevalence and risk factors for iron deficiency in young mothers under contemporary German life conditions. Between September 1997 and August 1998 the iron status of 507 mothers of one-year old children was assessed. The data was derived from venous blood and questionnaires. Besides conventional methods, the concentration of soluble transferrin receptor was used as leading indicator of iron status. 9,5 % had cellular iron deficiency and 2,2 % of all mothers had iron deficiency anemia. In addition to absence of menstruation one year postpartum, vegetarian foood, a high number of children and non-German nationality are risk factors for iron deficiency. Associated with low maternal hemoglobin concentration are body mass index below 19,8, age below 25 years, low level of education and high birth weight of the child. In contrast, high alcohol intake and cigarette smoking are associated with a better iron status and higher hemoglobin concentrations. Children of mothers with insufficient iron supply are also at higher risk of iron deficiency.

Einleitung: Eisenmangel ist ein häufiges Problem bei Ausdauersportlern, da dieser die Leistungsfähigkeit einschränken und zu einer Blutanämie führen kann. Von den klassischen Eisenstoffwechselparametern sind nur wenige geeignet, den tatsächlichen Eisenstatus anzuzeigen, da sie durch sportliche Aktivität per se beeinflusst werden können. In der Studie wird die Wertigkeit moderner Eisenstoffwechselparameter im Ausdauersport untersucht. Ergebnisse und Diskussion: Der Hämoglobingehalt der Retikulozyten (CHr) und der prozentuale Anteil der hypochromen Erythrozyten (% HYPO) bleiben als moderne Parameter der Eisenstoffwechseldiagnostik auch nach regenerativen, extensiven sowie intensiven Ausdauerbelastungen konstant. Sie zeigen somit unbeeinflusst von der (Ausdauer-)Sportart als auch von der Belastungsdauer und –intensität die aktuelle Eisenversorgung der Erythropoese im Knochenmark an. Als Monitoringparameter im Rahmen einer Eisensubstitution sind der CHr sowie der prozentuale Anteil hypochromer Retikulozyten sensible Parameter, mit denen sich schnell und zuverlässig die Effektivität einer oralen Eisensubstitution nachweisen lässt. Der Eisenstatus kann durch die alleinige Bestimmung des CHr bzw. des % HYPO nicht exakt ermittelt werden. Im Gegensatz zum Einsatz bei klinischen Fragestellungen können sie zu diesem Zeitpunkt in der Sportmedizin allenfalls nur ein ergänzender Parameter in der Differentialdiagnostik eines Eisenmangels sein. Die für Ausdauersportler ermittelten Referenzwerte liegen bei 28,8-35,9 pg für den CHr und bei 0-0,5 % für die hypochromen Erythrozyten. Ein belastungsbedingter Anstieg des Eisen-regulierenden Hormons Hepcidin könnte auf Grund seiner inhibitorischen Wirkung auf die intestinale Eisenabsorption sowie auf die Freisetzung von Eisen aus den Makrophagen zur Entwicklung von Eisenmangel-zuständen führen. Die Entwicklung von Hepcidin-Antagonisten könnte in Zukunft therapeutische Anwendungen finden. / Introduction: Athletes are commonly diagnosed with iron deficiency, particularly those involved in endurance sports. It often not only decreases athletic performance but also contributes to the development of anaemia. Many biochemical markers are used to evaluate body iron stores but some of them are affected by physical exercises. This study was designed to investigate new haematological parameters in endurance athletes. Results and discussion: Reticulocyte hemoglobin content (CHr) and percentage of hypochromic red cells (% HYPO) were highly stable in athletes subjected to varying physical loads. Furthermore, they were neither affected by different forms of endurance sports nor by their duration and intensity. These modern indices are able to reflect the availability of iron during erythropoiesis at all times. In the early prediction of response to oral iron supplementation, the reticulocyte indices CHr and % HYPOr (percentage of hypochromic reticulocytes) are the most sensitive parameters. However, it is not possible to assess the iron status in athletes by CHr and % HYPO alone. In contrast to other clinical cases they can only be an additional parameter in the differential diagnosis of iron deficiency. The calculated reference range for endurance athletes are 28,8 - 35,9 pg for CHr and 0-0,5 % for % HYPO. As the iron-regulating hormone hepcidin is inhibiting the absorption of iron from the diet at the site of the duodenal enterocytes and blocking the release of iron from macrophages that have collected senescent erythrocytes, an exercise induced up-regulation of hepcidin activity might potentially be a new mechanism causing iron deficiency in athletes. Therefore, the development of hepcidin antagonists could prove to be helpful with regard to therapeutic utilization.

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