Die Herzinsuffizienz gehört, trotz verbesserter Diagnostik und Therapie, zu den häufigsten Todesursachen in Deutschland und ist nach wie vor eine progrediente Erkrankung mit hoher Morbidität. Kompensationsmechanismen des Herzens dienen zunächst der Aufrechterhaltung einer ausreichenden Herzleistung, haben jedoch im fortgeschrittenen Stadium der Erkrankung sogar ungünstige Effekte. Die Therapie umfasst nicht-medikamentöse und medikamentöse Ansätze, die in der Regel kombiniert zum Einsatz kommen – angepasst an Schweregrad und Akuität der Erkrankung. Die Pharmakotherapie bildet in der Regel die Basis der Herzinsuffizienztherapie. Trotz eindrucksvoller Erfolge der medikamentösen Therapiestrategien im Hinblick auf Symptomverbesserung und Prognose ist in vielen Fällen der Progress der Erkrankung dadurch nicht aufzuhalten. Die nicht-medikamentösen Therapieformen einer Herzinsuffizienz sollen daher immer flankierend zum Einsatz kommen und reichen von körperlicher Bewegung, Risikofaktorenmanagement, multidisziplinärer Betreuung über die Implantation von kardialen Resynchronisierungssystemen oder komplexen herzchirurgischen Maßnahmen bis hin zur Herztransplantation1. Zur Diagnostik einer Herzinsuffizienz finden sowohl apparative als auch laborchemische Methoden ihre Anwendung. Sogenannte Biomarker, d.h. in der Regel im Blut nachweisbare Faktoren helfen, eine Aussage über die Schwere der Herzinsuffizienz und die Prognose zu treffen. Beim „Syndrom Herzinsuffizienz“ handelt es sich um eine Systemerkrankung. Das Risiko einer (Re-)Hospitalisierung und die Mortalität aufgrund einer Herzinsuffizienz sind deutlich erhöht. In der Pathogenese und Progression der Herzinsuffizienz spielt die Inflammation eine zentrale Rolle. Diverse Möglichkeiten der Detektion einer Inflammation stehen dem Mangel des therapeutischen Eingreifens gegenüber. Aktuelle Studien zur anti-inflammatorischen Therapie konnten bisher keine Verringerung der Hospitalisierungsrate oder Mortalitätsreduktion zeigen. In der vorliegenden Arbeit soll untersucht werden, ob eine Kombination aus Markern der Herzinsuffizienz (NT-proBNP) mit Inflammationsmarkern eine bessere prognostische Abschätzung erlaubt und welche Biomarker-Kombination sinnvoll ist, um die Patienten mit einem erhöhten Risiko zu charakterisieren, um hier eine engmaschigere Betreuung zu initiieren. Die Arbeitshypothese lautet daher, dass die Marker Prädiktoren für Tod und Rehospitalisierung bei Herzinsuffizienzpatienten sind und in Kombination die prognostische Aussagekraft verbessern. Außerdem wird angenommen, dass die Marker mit wichtigen Begleiterkrankungen des Herzinsuffizienzsyndroms assoziiert sind. / Heart failure is still a chronic disease with high incidence and prevalence. Despite improved therapeutic options, heart failure is still associated with high morbidity and mortality and is one of the leading causes of death. Based on data from the INH patient collective, the diagnostic marker BNP and the inflammatory markers hsCRP and interleukin-6 were investigated. We could show associations of the markers with each other as well as correlations of the markers with the severity of the disease and with comorbidities. High values of the inflammation markers correlated significantly with hospitalization and mortality. The markers were evaluated as predictors of hospitalization and mortality, and prognostic significance was determined together with clinical parameters.

Fragestellung: Die Leberdysfunktion im Rahmen einer systemischen Inflammation stellt einen der wichtigsten Faktoren dar, welcher die Letalität erhöht. Sauerstoffradikale (ROS) sind zytotoxisch und wichtige Mediatoren in der Pathophysiologie der entzündlichen Leberschädigung. Dies war bereits Gegenstand vieler Arbeiten. Kohlenstoffmonoxid (CO), ein Produkt der Katalyse von Häm via Hämoxygenase (HO), wirkt zytoprotektiv gegen entzündliche Prozesse. In der vorliegenden Studie untersuchten wir in der Leber die Wirkungsweise von CO auf das Antioxidans Mangan-Superoxiddismutase (MnSOD) in einem Tiermodell der systemischen Entzündungsreaktion. Methodik: Nach Einverständnis der Tierschutzkommission wurden männliche Mäuse (C57/BL6) mit Isoflurane narkotisiert und zur Messung des mittleren arteriellen Blutdruck (MAP) instrumentiert. Ein normotensives SIRS wurde mit Hilfe einer beidseitigen Ischämie der Hinterläufe für 60 Minuten und nachfolgender Reperfusion (I/R) für 3 Stunden induziert. Die Hämoxygenaseaktivität wurde mit Haem induziert und mittels Chromium Mesoporphyrin (CrMP) kompetetiv gehemmt. Ein Teil der Tiere inhalierte CO (250 ppm) nach Beginn der Reperfusion oder erhielt Methylenchlorid (MC, i.p.) zur Induktion der endogenen hepatischen CO Produktion. Die Fettsäurenoxidation (Malondialdehyde, MDA) und die Gewebespiegel für Glutathione (GSH) wurden mittels spezifischen Enzymessays bestimmt. ROS-Bildung konnte mittels intravitaler Fluoreszenzmikroskopie und dem Farbstoff Dihydrorhodamine (DHR) quantifiziert werden. Das Lebergewebe wurde in sinusoidale und parenchymale Zellfraktionen aufgetrennt. Die Mangan-Superoxiddismutase (MnSOD) Aktivität und Proteinmenge wurde in der sinusoidalen und parenchymalen Zellfraktion mittels Western Blot analysiert. Die Karbonylierung ist eine inaktivierende oxidative Proteinmodifikation. Das Ausmaß der Karbonylierung von MnSOD in den Zellfraktionen wurde mittels Immuno-Blot (OxyBlot; Chemicon) untersucht. Die statistische Testung erfolgte mittels Kruskal-Wallis Test, wobei p<0,05 signifikant war. Ergebnisse: I/R Tiere zeigten signifikant mehr DHR-Fluoreszenz, mehr MDA-Bildung und weniger GSH als Sham Tiere (p<0.02). I/R+CrMP Behandlung hatte signifikant am meisten oxidativen Stress im Vergleich zu allen Behandlungsgruppen zur Folge. Die Inhalation von CO oder die Injektion von MC nach I/R reduzierte die DHR-Fluoreszenz, MDA-Bildung und normalisierte die GSH Spiegel im Vergleich zu I/R Tieren. I/R+CrMP+CO Behandlung zeigte die gleichen Ergebnisse wie I/R+CO Behandlung. Die parenchymale Zellfraktion der Leber zeigte keine Veränderung der MnSOD. In der sinusoidalen Zellfraktion fand sich keine Veränderung der MnSOD Proteinmenge. Jedoch reduzierte sich die sinusoidale MnSOD Aktivität signifikant nach I/R (p<0.02), erholte sich aber nach I/R+CO Behandlung wieder auf Sham Niveau. Die Karbonylierung von MnSOD nach I/R war signifikant erhöht in der sinusoidalen Zellfraktion. Nach I/R+CO konnte eine Reduktion der Karbonylierung von MnSOD auf das Sham Niveau nachgewiesen werden. Interpretation: CO reduziert signifikant den hepatischen oxidativen Stress in der systemischen Inflammation. CO induziert die Aktivität der MnSOD in den sinusoidalen, nicht jedoch in den parenchymalen Zellen der Leber. Es konnte in der systemischen Entzündungsreaktion gezeigt werden, dass CO die antioxidative Wirkung von MnSOD durch eine Hemmung der Karbonylierung in den sinusoidalen Zellen der Leber induziert. Diese Ergebnisse zeigen erstmals, über die Karbonylierung von MnSOD, einen indirekten antioxidativen Effekt von CO. Welche weiteren Enzymsysteme von CO auf diese Weise beeinflusst werden, müssen weitere Untersuchungen zeigen. / Objective:  The dysfunction of the liver in scope of systemic inflammation is an important factor, which increase the lethality. Reactive oxygen species (ROS) are cytotoxic and important mediators in the pathophysiology of the inflammatory liver damage. Carbon monoxide (CO), a product of the catalysis of hem via hem oxygenase, is zytoprotectiv against inflammatory processes. We examined the role of CO on the antioxidant Mangan-Superoxiddismutase (MnSOD) in a murine animal model of systemic inflammation. Methods:  The study was carried out in strict accordance with the recommendation in the Guide for the Care and Use of Laboratory Animals of the National Institutes of Health. After animal care committee approval male mice (C57/BL6) were give an anesthesia with Isoflurane. A continuous blood pressure measurement was installed. A normotensive SIRS was induced by means of bilateral hind limb ischemia-reperfusion (I/R). Activity of hem oxygenase was induced by hem and competitive inhibited by Chromium Mesoporphyrin (CrMP). A part of the animals inhaled CO (250 ppm) after the beginning of the reperfusion or got Methylenchlorid (MC, i.p.) for induction of the endogenous hepatic production of CO. Oxidation of the fatty acids (Malondialdehyde, MDA) and the tissue level of Glutathione (GSH) were diagnosed by specific enzyme essays. Production of ROS was quantified via intravital microscopy and the dye Dihydrorhodamine. Liver tissue was separated in parenchymal and sinusoidal cell fractions. MnSOD activity and -quantity was separate analyzed in sinusoidal and parenchymal cell fractions via western blot. Level of Carbonylation of MnSOD was analyzed by Immuno-Blot (OxyBlot; Chemicon). As statistical test the Kruskal-Wallis-Test was used, in which p<0.05 was significant. Results: I/R-Animals shows significant more DHR-fluorescence, more generation of MDA and less GSH as sham-animals (p<0.02.). Treatment with I/R+CrMP result in most oxidative stress compared with all other groups. Inhalation of CO or the injection of MC after I/R reduced the DHR-fluorescence, generation of MDA and normalized the Level of GSH compared with I/R-groups. Treatment with I/R+CrMP+CO gives approximately equivalent results like I/R+CO. The parenchymal cell fraction shows not a change of MnSOD. Sinusoidal cell fraction shows no chance of quantity, but a significant reduced activity of MnSOD after I/R (p<0.02). After treatment with I/R+CO the MnSOD activity recovered to sham level. Carbonylation of MnSOD was significant elevated in the sinusoidal cell fraction. After I/R+CO the Carbonylation show a reduction to sham level. Conclusions: CO reduces significant the hepatic oxidant stress in systemic inflammation. CO has direct antioxidant potential independently of any HO activity during systemic inflammation. CO induces the activity of MnSOD in sinusoidal, but not in parenchymal cells of the liver. This results show that the inhibition of the carbonylation of the MnSOD looks like an indirect antioxidant effect of CO. Which other enzyme systems are influenced by CO is the object of further studies.

Der Zusammenbruch der intestinalen Epithelbarriere ist ein Schlüsselfaktor in der Pathogenese von Morbus Crohn. Die Mechanismen dahinter sind jedoch noch immer ungeklärt. In dieser Arbeit wurden Enteroide dahingehend untersucht, ob sie als geeignetes In-vitro-Modell zur Analyse, der in Patientenproben beobachteten Veränderungen der intestinalen Epithelbarriere dienen. Zunächst wurden Darmproben aus Patienten mit Morbus Crohn sowie gesunden Patienten gesammelt und Enteroide aus Stammzellen der Intestinalen Krypten einiger Patientenproben generiert. Abschließend wurden die Veränderungen der intestinalen Epithelbarriere auf proteinbiochemischer Ebene in humanen Gewebeproben und Enteroiden vergleichend untersucht und analysiert. Es kam zu tiefgreifenden Veränderungen der Expressionsmuster der analysierten Junktionsproteine in den Patientenproben. Überraschenderweise spiegelten sich diese Änderungen für alle Junktionsproteine bis auf Claudin 1 und E-Cadherin, in den aus schwer entzündetem Gewebe generierten und unstimulierten Enteroiden, wider. Die Arbeit zeigt, dass Enteroide scheinbar einige der Veränderungen der intestinalen Epithelbarriere bei Morbus Crohn auf Proteinebene in vitro beibehalten und widerspiegeln. Auf Grundlage dieses Enteroid-Modells ist es nun möglich, neue Erkenntnisse über die Pathomechanismen des Verlusts der Integrität der intestinalen Epithelbarriere zu erlangen und neue Behandlungsstrategien zu entwickeln. / Loss of Intestinal epithelial barrier is a key factor in the pathogeneses of Crohn’s disease. The underlying mechanisms remain still unknown. In this thesis we tested whether human enteroids generated from isolated intestinal crypts of CD patients serve as an appropriate in vitro model to analyse changes of intestinale epithelial barrier proteins observed in patients’ specimens. For this we collected gut samples from Crohn’s disease and healthy individuals who underwent surgery. Enteroids were then generated from intestinal crypts and analyses of junctional proteins in comparison to full wall samples were performed. We could detect severe changes of intestinal epithelial barrier proteins in human tissue samples. Surprisingly unstimulated enteroids generated from patients with severe inflammation accurately reflect those changes except for claudin 1 and e-cadherin. These data indicates that enteroids maintain some characteristics of intestinal barrier protein changes. Therefore the enteroid in vitro model serves as an appropriate tool to gain further insights into the pathogeneses of inflammatory bowel diseases such as Crohn’s disease.

Neurogene Entzündung ist charakterisiert durch Vasodilatation, Plasmaextravasation und Leukozytenmigration. Im Zuge dieser Dissertationsarbeit konnte ein in vivo Versuchsmodell zur Quantifizierung neurogener Entzündungsreaktionen in den Atemwegen etabliert werden. Der bakterielle Bitterstoff Cycloheximid ist in der Lage, eine Erhöhung der Plasmaextravasation und Migration neutrophiler Granulozyten zu bewirken. Somit kann Cycloheximid nicht nur protektive Schutzreflexe auslösen, sondern führt auch lokal zu einer neurogenen Entzündungsreaktion. Das carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule-1 (CEACAM1) ist an der Regulierung der endothelialen Barrierefunktion beteiligt. Die Versuche zeigen bei CC1-/--Mäusen eine Verminderung der basalen Permeabilität in trachealen postkapillären Venolen. Nach Stimulation mit Cycloheximid zeigen CC1-/--Mäuse im Vergleich mit WT-Mäusen eine verminderte Plasmaextravasation in bronchialen postkapillären Venolen. Auch die Permeabilität des Endothels für neutrophile Granulozyten scheint durch CEACAM1-Defizienz in trachealen und bronchialen Venolen herabgesetzt zu werden. Die Anwesenheit des CEACAM1-Moleküls verursacht offenbar eine verminderte Stabilität der endothelialen Barriere in postkapillären Venolen der Atemwege. Diese Ergebnisse zeigen eine gegenteilige Funktion von CEACAM1 in postkapillären Venolen der Atemwege im Vergleich mit großen, herznahen Blutgefäßen. Des Weiteren scheint sich die Rolle von CEACAM1 in der Entstehung von akuten und chronischen Entzündungsreaktionen zu unterscheiden. Das in dieser Arbeit etablierte Versuchsmodell stellt eine Möglichkeit dar, neurogene Entzündungsreaktionen als Reaktion auf verschiedene gustatorische Stimulanzien zu testen und zu quantifizieren. / Neurogenic inflammation is characterized by vasodilatation, plasma extravasation and leukocyte recruitment. This thesis presents an in vivo model for quantification of neurogenic inflammatory reactions in the airways. Application of the bacterial bitter substance Cycloheximide results in an increased plasma extravasation and migration of neutrophil granulocytes. Cycloheximide not only triggers protective reflexes as it has been previously shown but it also causes local neurogenic inflammatory responses. The carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule-1 (CEACAM1) is known to regulate endothelial barrier function. Experiments show a decrease in basal vascular permeability in CEACAM1 knock-out mice (CC1-/-) in tracheal postcapillary venules. After stimulation with Cycloheximide CC1-/--mice exhibit a decreased plasma extravasation in bronchial postcapillary venules compared to wild-type mice. The permeability of the endothelium to neutrophil granulocytes is also decreased in tracheal and bronchial postcapillary venules of CC1-/--mice. Expression of the CEACAM1 molecule leads to a reduced stability of the endothelial barrier in postcapillary venules of the respiratory tract. These results show an opposite function of CEACAM1 in postcapillary airway venules compared to larger vessels. Furthermore, the role of CEACAM1 appears to be different in the development of acute and chronic inflammatory reactions. The established in vivo model offers a possibility to quantify neurogenic inflammation in response to various gustatory stimuli.

Platelets are small anucleate cell fragments derived from bone marrow megakaryocytes (MKs) and are important players in hemostasis and thrombosis. Platelet granules store factors which are released upon activation. There are three major types of platelet granules: alpha-granules, dense granules and lysosomes. While dense granules contain non-proteinacious factors which support platelet aggregation and adhesion, platelet alpha-granules contain more than 300 different proteins involved in various functions such as inflammation, wound healing and the maintenanceof vascular integrity, however, their functional significance in vivo remains unknown. This thesis summarizes analyses using three mouse models generated to investigate the role of platelet granules in thrombosis, hemostasis, stroke and inflammation. Unc13d-/- mice displayed defective platelet dense granule secretion, which resulted in abrogated thrombosis and hemostasis. Remarkably, Munc13-4-deficient mice were profoundly protected from infarct progression following transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO) and this was not associated with increased intracranial bleeding indicating an essential involvementof dense granule secretion in infarct progression but not intracranial hemostasis during acute stroke with obvious therapeutic implications. In the second part of this thesis, the role of platelet alpha-granules was investigated using the Nbeal2-/- mouse. Mutations in NBEAL2 have been linked to the gray platelet syndrome (GPS), a rare inherited bleeding disorder. Nbeal2-/- mice displayed the characteristics of human GPS, with defective alpha-granule biogenesis in MKs and their absence from platelets. Nbeal2-deficiency did not affect MK differentiation and proplatelet formation in vitro or platelet life span in vivo. Nbeal2-/- platelets displayed impaired adhesion, aggregation, and coagulant activity ex vivo that translated into defective arterial thrombus formation and protection from thrombo-inflammatory brain infarction in vivo. In a model of skin wound repair, Nbeal2-/- mice exhibited impaired development of functional granulation tissue due to severely reduced differentiation of myofibroblasts. In the third part, the effects of combined deficiency of alpha- and dense granule secretion were analyzed using Unc13d-/-/Nbeal2-/- mice. Platelets of these mice showed impaired aggregation and adhesion to collagen under flow ex vivo, which translated into infinite tail bleeding times and severely defective arterial thrombus formation in vivo. When subjected to in vivo models of skin or lung inflammation, the double mutant mice showed no signs of hemorrhage. In contrast, lack of platelet granule release resulted in impaired vascular integrity in the ischemic brain following tMCAO leading to increased mortality. This indicates that while defective dense granule secretion or the paucity of alpha-granules alone have no effect on vascular integrity after stroke, the combination of both impairs vascular integrity and causes an increase in mortality. / Thrombozyten sind kleine, kernlose Zellfragmente, die von Megakaryozyten (MKs) im Knochenmark gebildet werden und eine zentrale Rolle in Thrombose und Hämostase spielen. Thrombozytengranula speichern Faktoren, die nach Thrombozytenaktivierung freigesetzt werden. Die drei wichtigsten Thrombozytengranula sind alpha- und dichte Granula, sowie Lysosomen. Während dichte Granula vor allem anorganische Faktoren enthalten, welche die Thrombozytenaktivierung und -aggregation fördern, speichern alpha-Granula mehr als 300 verschiedene Proteine mit einer Vielzahl an Funktionen. Sie sind beispielsweise an Entzündungsprozessen, Wundheilung und der Aufrechterhaltung vaskulärer Integrität beteiligt. Die funktionelle Signifikanz dieser Faktoren, insbesondere in vivo, blieb bisher allerdings ungeklärt. Diese Doktorarbeit beschreibt die Analyse der Rolle von Thrombozytengranula in Thrombose, Hämostase, Schlaganfall und Entzündung unter Verwendung von drei Knockout-Mauslinien. Unc13d-/- Mäuse dienten als Modell, um die Rolle der dichten Granulasekretion in Thrombose, Hämostase, Schlaganfall und der Aufrechterhaltung der vaskulären Integrität nach Thromboinflammation zu untersuchen. Die fehlende Freisetzung des Inhalts dichter Granula aus Thrombozyten dieser Mäuse führte zu defekter Thrombose und Hämostase. Unc13d-/- Mäuse zeigten deutlich kleinere Infarkte im tMCAO (transient middle cerebral artery occlusion)-Modell des ischämischen Schlaganfalls. Gleichzeitig wurde jedoch keine erhöhte Blutungsneigung im Gehirn nach Schlaganfall festgestellt. Dies deutet auf eine Schlüsselrolle der Sekretion dichter Granula in der Infarktentwicklung hin, die jedoch nicht die intrakranielle H¨amostase w¨ahrend des akuten Schlaganfalls beeinflusst. Der zweite Teil dieser Doktorarbeit behandelt die Rolle von alpha-Granula unter Verwendung der Nbeal2-/- Maus. Vor Kurzem wurde gezeigt, dass Mutationen im NBEAL2-Gen das Gray Platelet Syndrome (GPS) hervorrufen. Das GPS ist eine seltene erbliche Blutungskrankheit mit Makrothrombozytopenie, defekter alpha-Granulabiogenese in MKs und dem Fehlen thrombozytärer alpha-Granula. Nbeal2-Defizienz führte zu unveränderter MK-Differenzierung, Proplättchenbildung in vitro und Thrombozytenlebensdauer in vivo. Nbeal2-defiziente Thrombozyten zeigten jedoch verringerte Adhäsion, Aggregation und Koagulation ex vivo, welche zu einer gestörten arteriellen Thrombusbildung und Schutz vor thromboinflammatorischem Schlaganfall nach zerebraler Ischämie führte. In einem Wundheilungsmodell der Haut zeigte sich bei Nbeal2-defizienten Mäusen eine verringerte Bildung von Granulationsgewebe während des Heilungsvorgangs. Die Ursache hierfür lag in der reduzierten Myofibroblastendifferenzierung aufgrund fehlender alpha-Granulaausschüttung. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass alpha-Granulabestandteile nicht nur für Thrombose und Hämostase, sondern auch für akute thromboinflammatorische Krankheitszust¨ande und Geweberegeneration nach Verletzung essentiell sind. Im dritten Teil dieser Arbeit wurde der Effekt einer kombinierten Sekretionsdefizienz von alpha- und dichten Granula mithilfe von Unc13d-/-/Nbeal2-/- Mäusen untersucht. Thrombozyten dieser Mäuse zeigten verringerte Aggregation und Adhäsion an Kollagen unter Flussbedingungen ex vivo, sowie massiv verlängerte Blutungszeiten und defekte Thrombusbildung in vivo. Die defekte Granulafreisetzung in Unc13d-/-/Nbeal2-/- Mäusen führte zum Zusammenbruch der vaskulären Integrität im tMCAO-Modell des ischämischen Schlaganfalls und zu einer erhöhten Mortalitätsrate. Im Gegensatz dazu zeigten die doppeldefizienten Mäuse in in vivo Modellen der Haut- oder Lungenentzündung keine Einblutungen. Dies deutet darauf hin, dass die fehlende Sekretion dichter Granula oder die Abwesenheit von alpha-Granula für sich genommen keinen Einfluss auf die Aufrechterhaltung der vaskulären Integrität nach Schlaganfall hat. Die Kombination beider Defekte führt jedoch zum Zusammenbruch der zerebrovaskulären Integrität und erhöhter Mortalität nach Schlaganfall.

Recently, our research group identified in a study novel proalgesic targets in acute and chronic inflammatory pain: oxidized phospholipids (OxPL). OxPL, endogenous chemical irritants, are generated in inflamed tissue and mediate their pain-inducing function by activating the transient receptor potential channels TRPA1 and TRPV1. Both channels are sensors for chemical stimuli on primary afferent nociceptors and are involved in nociception. Here, with the help of calcium imaging and whole cell patch clamp recording techniques, it was found that OxPL metabolites acutely activate TRPA1 and TRPV1 ion channels to excite DRG neurons. OxPL species act predominantly via TRPA1 ion channels and mediate long- lasting non-selective inward currents. Notably, one pure OxPL compound, PGPC, activated a TRPA1 mutant lacking the binding site for electrophilic agonists, suggesting that OxPL activate TRP ion channels by an indirect mechanical mechanism. Next, it was investigated how OxPL influence the excitability of primary sensory neurons. Acute stimulation and fast calcium imaging revealed that OxPL elicit repetitive, spike-like calcium transients in small- diameter DRG neurons, which were fully blocked by antagonists against TRPA1/V1 and N- type voltage-gated calcium channels. In search of a mechanism that drives repetitive spiking of DRG neurons, it was asked whether NaV1.9, a voltage-gated sodium channel involved in subthreshold excitability and nociception, is needed to trigger OxPL-induced calcium spikes and action potential firing. In electrophysiological recordings, both the combination of local application of OxPL and current injection were required to efficiently increase the action potential (AP) frequency of small-diameter sensory neurons. However, no difference was monitored in the resting membrane potential or OxPL-induced AP firing rate between wt and NaV1.9-deficient small diameter DRG neurons. To see whether NaV1.9 needs inflammatory conditions to be integrated in the OxPL-induced excitation cascade, sensory neurons were pretreated with a mixture of inflammatory mediators before OxPL application. Under inflammatory conditions both the AP and the calcium-spike frequency were drastically enhanced in response to an acute OxPL stimulus. Notably, this potentiation of OxPL stimuli was entirely lost in NaV1.9 deficient sensory neurons. Under inflammatory conditions, the resting membrane potential of NaV1.9-deficient neurons was more negative compared to wt neurons, suggesting that NaV1.9 shows resting activity only under inflammatory conditions. In conclusion, OxPL are endogenous irritants that induce excitability in small-diameter DRG neurons, a cellular model of nociceptors, via TRP activation. This effect is potentiated under inflammatory conditions. Under these conditions, NaV1.9 functions as essential mediator as it eases the initiation of excitability after OxPL stimulation. As mutants in the human NaV1.9 mediate an enhanced or painless perception, this study provides new insight into the mechanism on how NaV1.9 amplifies stimuli of endogenous irritants under inflammatory conditions. / Im Zuge einer Studie über Entzündungsschmerz hat unsere Arbeitsgruppe oxidierte Phospholipide (OxPL) als neue endogene Entzündungsmediatoren entdeckt. Diese werden im entzündeten Gewebe produziert und vermitteln ihre schmerzinduzierende Funktion durch Aktivierung von sogenannten transienten Rezeptorpotentialkanälen TRPA1 und TRPV1. Beide Ionenkanäle werden von afferenten Nozizeptoren exprimiert und sind Sensoren für chemische Reize. In dieser Arbeit wurde mithilfe von Calcium Imaging und elektrophysiologischen Messungen gezeigt, dass oxidierte Phospholipide TRPA1 und TRPV1 aktivieren und eine erhöhte Erregbarkeit in sensorischen Neuronen der Hinterwurzelganglien (DRG Neuronen) auslösen. Hierbei aktivieren oxidierte Phospholipide TRPA1 stärker als TRPV1 und induzieren langanhaltende, nicht-selektive Einwärtsströme. Ein Bestandteil von OxPL, das Oxidationsprodukt PGPC, aktiviert zudem eine Mutante von TRPA1, die nicht die Bindungsstelle für elektrophile Agonisten trägt. Dies lässt vermuten, dass OxPL die TRP Kanäle über einen indirekten, mechanischen Mechanismus aktivieren. Als nächstes wurde der Einfluss von OxPL auf die Erregbarkeit von sensorischen Neuronen untersucht. Schnelles Calcium Imaging zeigte, dass eine akute Stimulation mit OxPL zu wiederholten spike-ähnlichen Signalen in DRG Neuronen führt. Diese waren nur in Neuronen mit kleinem Durchmessern zu finden und deren Aktivierung konnte sowohl durch Antagonisten gegen TRPA1/V1 als auch mit Inhibitoren spannungsgesteuerter N-Typ Kalziumkänale blockiert werden. Elektrophysiologische Untersuchungen zeigten, dass eine Strominjektion mit gleichzeitiger lokaler Applikation von OxPL zur Erhöhung der Aktionspotentialsrate in kleinen DRG Neuronen führt. Deshalb wurde untersucht, ob der spannungsgesteuerte Natriumkanal NaV1.9 für die durch OxPL induzierten Kalziumspikes und Aktionspotentiale verantwortlich ist, da er an der unterschwelligen Erregbarkeit von Neuronen beteiligt ist. Es konnte jedoch kein Unterschied beim Ruhemembranpotential oder der OxPL induzierten Aktionspotentialsrate zwischen den wt und NaV1.9-defizienten (NaV1.9 KO) Neuronen festgestellt werden. Um zu verstehen, ob NaV1.9 unter inflammatorischen Bedingungen in die OxPL induzierte Erregungskaskade integriert wird, wurden die sensorischen Neurone mit inflammatorischen Mediatoren vorbehandelt und anschließend mit OxPL stimuliert. Dies führte sowohl zu einer stark erhöhten Kalziumspike- als auch Aktionspotentialfrequenz im wt, während die NaV1.9 KO Neurone sich wie unter nicht inflammatorischen Bedingungen verhielten. Unter inflammatorischen Bedingungen konnte zudem eine Erniedrigung des Ruhemembranpotentials im Vergleich zwischen NaV1.9 KO und wt Neuronen beobachtet werden. Das lässt vermuten, dass NaV1.9 seine Ruheaktivität nur unter Entzündungsbedingungen zeigt. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass OxPL endogene Agonisten sind, die kleine DRG Neurone, ein zelluläres Model für Nozizeptoren, über TRPA1 und TRPV1 aktivieren. Dieser Effekt wird unter Entzündungsbedingungen verstärkt. Hierbei spielt der unterschwellig aktive Kanal NaV1.9 eine essentielle Vermittlerrolle, indem er die Auslösung von Aktionspotentialen nach einem OxPL Stimulus erleichtert. Da Mutationen im menschlichen Na1.9 Kanal zu einem erhöhten oder sogar fehlendem Schmerzempfinden führen können, gibt diese Studie einen neuen Einblick in den Mechanismus mit dem NaV1.9 Stimuli endogener, reizauslösender Substanzen unter Entzündungsbedingungen amplifiziert.

Hereditary spastic paraplegias (HSPs) are genetically-determined, neurodegenerative disorders characterized by progressive weakness and spasticity of the lower limbs. Spastic paraplegia type 11 (SPG11) is a complicated form of HSP, which is caused by mutations in the SPG11 gene encoding spatacsin, a protein possibly involved in lysosomal reformation. Based on our previous studies demonstrating that secondary neuroinflammation can be a robust amplifier of various genetically-mediated diseases of both the central and peripheral nervous system, we here test the possibility that neuroinflammation may modify the disease outcome also in a mouse model for SPG11. Spg11-knockout (Spg11-/-) mice develop early walking pattern and behavioral abnormalities, at least partially reflecting motor, and behavioral changes typical for patients. Furthermore, we detected a progressive increase in axonal damage and axonal spheroid formation in the white and grey matter compartments of the central nervous system of Spg11-/- mice. This was accompanied by a concomitant substantial increase of secondary inflammation by cytotoxic CD8+ and CD4+ T-lymphocytes. We here provide evidence that disease-related changes can be ameliorated/delayed by the genetic deletion of the adaptive immune system. Accordingly, we provide evidence that repurposing clinically approved immunomodulators (fingolimod/FTY720 or teriflunomide), that are in use for treatment of multiple sclerosis (MS), also improve disease symptoms in mice, when administered in an early (before neural damage) or late (after/during neural damage) treatment regime. This work provides strong evidence that immunomodulation can be a therapeutic option for the still untreatable SPG11, including its typical neuropsychological features. This poses the question if inflammation is not only a disease amplifier in SPG11 but can act as a unifying factor also for other genetically mediated disorders of the CNS. If true, this may pave the way to therapeutic options in a wide range of still untreatable, primarily genetic, neurological disorders by repurposing approved immunomodulators. / Hereditäre spastische Paraplegien (HSPs) sind genetisch-determinierte, neurodegenerative Erkrankungen, die durch eine progressive Schwäche und Spastizität der unteren Extremitäten charakterisiert sind. Die spastische Paraplegie Typ 11 (SPG11) ist eine komplizierte Form der HSP, die durch eine Mutation des SPG11 Gens hervorgerufen wird. Dieses Gen kodiert Spatacsin, ein Protein, das wahrscheinlich in der lysosomalen Reformation eine Rolle spielt. Frühere Studien unserer Arbeitsgruppe konnten zeigen, dass sekundäre Entzündungsreaktionen verschiedene genetisch-determinierte Krankheiten des zentralen und peripheren Nervensystems verstärken können. Daher haben wir hier untersucht, ob neuroinflammatorische Reaktionen auch in einem Mausmodell für SPG11 den Krankheitsverlauf beeinflussen. Spg11-knockout (Spg11-/-) Mäuse entwickeln frühzeitige Gangveränderungen und Verhaltensauffälligkeiten, welche die Veränderungen der Patienten, zumindest teilweise, abbilden. Außerdem konnten wir eine progressive Zunahme von axonalem Schaden und die Bildung von axonalen Schwellungen in der weißen und grauen Substanz des zentralen Nervensystems von Spg11-/- Mäusen feststellen. Dies wurde von einer deutlichen Zunahme einer sekundären Entzündungsreaktion in der weißen und grauen Substanz durch zytotoxische CD8+ und CD4+ T-Lymphozyten begleitet. Wir zeigen hier, dass diese krankheitsbedingten Veränderungen durch eine genetische Deletion von Teilen des adaptiven Immunsystems verbessert bzw. ihr Auftreten hinausgezögert werden können. Entsprechend zeigen wir, dass eine Behandlung mit klinisch etablierten Immunomodulatoren (Fingolimod/FTY720 oder Teriflunomid), die zu der Behandlung der Multiplen Sklerose (MS) eingesetzt werden, den Krankheitsverlauf positiv beeinflusst, wenn sie in einem frühzeitigen (Gabe vor neuronalem Schaden) oder späten (Gabe nach/während neuronalem Schaden) Behandlungsversuch appliziert werden. Diese Arbeit deutet stark darauf hin, dass Immunomodulation eine Therapiemöglichkeit für die noch nicht behandelbare Krankheit SPG11 sein könnte, inklusive der typischen neuropsychologischen Auffälligkeiten. Das wirft die Frage auf, ob sekundäre Entzündungsreaktionen nicht nur einen krankheitsverstärkenden Effekt in SPG11 haben, sondern als ein vereinender Faktor für andere genetisch determinierte Krankheiten des ZNS fungieren können. Dies könnte den Weg dahin ebnen das Fortschreiten anderer unheilbarer, primär genetisch bedingter, neurologischer Erkrankungen durch eine individuelle Behandlung mit auf dem Markt verfügbaren immunomodulatorischen Medikamenten zu verlangsamen.

Ischemia-reperfusion injury (I/R injury) is a common complication in ischemic stroke (IS) treatment, which is characterized by a paradoxical perpetuation of tissue damage despite the successful re-establishment of vascular perfusion. This phenomenon is known to be facilitated by the detrimental interplay of platelets and inflammatory cells at the vascular interface. However, the spatio-temporal and molecular mechanisms underlying these cellular interactions and their contribution to infarct progression are still incompletely understood. Therefore, this study intended to clarify the temporal mechanisms of infarct growth after cerebral vessel recanalization. The data presented here could show that infarct progression is driven by early blood-brain-barrier perturbation and is independent of secondary thrombus formation. Since previous studies unravelled the secretion of platelet granules as a molecular mechanism of how platelets contribute to I/R injury, special emphasis was placed on the role of platelet granule secretion in the process of barrier dysfunction. By combining an in vitro approach with a murine IS model, it could be shown that platelet α-granules exerted endothelial-damaging properties, whereas their absence (NBEAL2-deficiency) translated into improved microvascular integrity. Hence, targeting platelet α-granules might serve as a novel treatment option to reduce vascular integrity loss and diminish infarct growth despite recanalization. Recent evidence revealed that pathomechanisms underlying I/R injury are already instrumental during large vessel occlusion. This indicates that penumbral tissue loss under occlusion and I/R injury during reperfusion share an intertwined relationship. In accordance with this notion, human observational data disclosed the presence of a neutrophil dominated immune response and local platelet activation and secretion, by the detection of the main components of platelet α-granules, within the secluded vasculature of IS patients. These initial observations of immune cells and platelets could be further expanded within this thesis by flow cytometric analysis of local ischemic blood samples. Phenotyping of immune cells disclosed a yet unknown shift in the lymphocyte population towards CD4+ T cells and additionally corroborated the concept of an immediate intravascular immune response that is dominated by granulocytes. Furthermore, this thesis provides first-time evidence for the increased appearance of platelet-leukocyte-aggregates within the secluded human vasculature. Thus, interfering with immune cells and/or platelets already under occlusion might serve as a potential strategy to diminish infarct expansion and ameliorate clinical outcome after IS. / Eine häufig auftretende Komplikation in der Behandlung des ischämischen Schlaganfalls ist der Ischämie/Reperfusion Schaden (I/R Schaden), welcher trotz der erfolgreichen Wiederherstellung der zerebralen Durchblutung durch ein paradoxes Fortschreiten des entstandenen Gewebeschadens charakterisiert ist. Dieses Phänomen wird durch das schädigende Zusammenspiel von Thrombozyten und inflammatorischen Zellen am vaskulären Endothel verursacht. Allerdings sind die räumlich-temporalen und molekularen Mechanismen dieser zellulären Interaktionen und deren Beteiligung am Infarktwachstum noch nicht vollständig verstanden. Daraus folgend, beabsichtigte diese Arbeit eben diese temporalen Mechanismen des fortschreitenden Infarktwachstums nach der zerebralen Gefäßwiedereröffnung aufzuklären. Die hier vorgestellten Daten implizieren, dass das anhaltende Fortschreiten des Gewebeschadens durch die Schädigung der Bluthirnschranke verursacht wird und somit unabhängig vom Auftreten sekundär gebildeter Thromben ist. In vorangegangenen Studien konnte die Freisetzung von thrombozytären Granula als molekularer Mechanismus, mit welchem Thrombozyten zum I/R Schaden beitragen, aufgedeckt werden. Basierend auf diesen Studien wurde in dieser Arbeit ein besonderes Augenmerk auf die Sekretion thrombozytärer Granula im Zusammenhang mit der Beeinträchtigung der endothelialen Barriere gelegt. Durch die Kombination eines in vitro Ansatzes mit einem murinen Model des ischämischen Schlaganfalls konnte gezeigt werden, dass α-Granula endothelialen Schaden verursachen, wohingegen deren Absenz (NBEAL2 Defizienz) zu einer verbesserten mikrovaskulären Integrität führte. Aufgrund dessen könnte das Adressieren der α-Granula als eine neuartige Therapieoption zum Erhalt der vaskulären Integrität und zur Verminderung des Infarktwachstums trotz Rekanalisation genutzt werden. Neuste Erkenntnisse enthüllten, dass die dem I/R Schaden zu Grunde liegenden Pathomechanismen bereits während des Verschlusses eines großen hirnversorgenden Gefäßes zu beobachten sind. Dies deutet darauf hin, dass der Verlust von penumbralem Gewebe unter Okklusion und I/R Schädigung während der Reperfusion im engen Zusammenhang stehen. Im Einklang hiermit konnten humane Daten eine Neutrophilen-dominierte Immunantwort und lokale Thrombozyten Aktivierung und deren Sekretion, anhand der Detektion der α-Granula Hauptkomponenten, im verschlossenen Gefäßsystem von ischämischen Schlaganfall Patienten nachweisen. Diese anfänglichen Beobachtungen konnten im Rahmen dieser Arbeit anhand durchflusszytometrischer Untersuchungen von lokal abgenommenen ischämischen Blutproben erweitert werden. Die Phänotypisierung von Immunzellen enthüllte eine bisher unbekannte Verschiebung der Lymphozyten Population hin zu CD4+ T-Zellen und bekräftigte zusätzlich das Konzept einer unmittelbaren intravaskulären Immunantwort, welche durch Granulozyten dominiert wird. Darüber hinaus konnte in dieser Thesis das erste Mal das erhöhte Auftreten von Thrombozyten-Leukozyten-Aggregaten in dem verschlossenen humanen Gefäßsystem nachgewiesen werden. Demzufolge könnte eine Beeinflussung von Immunzellen und/oder Thrombozyten bereits unter Okklusion als potentiell vielversprechende Strategie genutzt werden, um die Ausweitung des Infarktes einzuschränken und klinische Endpunkte nach einem ischämischen Schlaganfall zu verbessern.

TNF-Liganden liegen primär in membranständiger Form mit trimerer Struktur vor und die meisten von ihnen können sekundär durch Metalloproteasen in lösliche trimere Liganden prozessiert werden. Während membranständige Formen der TNF-Liganden ihre korrespondierenden Rezeptoren aktivieren können, sind die löslichen Varianten einzelner TNF-Liganden unterschiedlich aktiv beziehungsweise inaktiv an den korrespondierenden Rezeptoren, obwohl sie ebenfalls zur Bindung in der Lage sind. Dies konnte bereits in Studien für TNF und TRAIL gezeigt werden. Die Unterschiede zwischen löslichen Varianten und der membranständigen Form des Liganden betreffen sowohl die Rezeptorselektivität als auch den Aktivierungsgrad am Rezeptor bis hin zu völliger Inaktivität der löslichen Form. Unterschiede finden sich jedoch nicht nur hinsichtlich der Aktivität, sondern auch in der Interaktion des Liganden mit dem Rezeptor. Für die membranständige und die lösliche Form von FasL konnten Unterschiede in der Notwendigkeit intrazellulärer Signalmoleküle bei der Ausbildung Ligand-induzierter Rezeptorsignalcluster gezeigt werden. Für die lösliche und membranständige Form des CD40L werden eine unterschiedliche Rezeptorinternalisierung und eine unterschiedliche Rekrutierung von TRAF-Molekülen angenommen. Bisherige Arbeiten zur Untersuchung der Rezeptor-Ligand-Interaktion stützen sich meist auf lösliche Varianten von TNF-Liganden, die durch artifizielle Multimerisierung oder Antikörper-induzierte Quervernetzung sekundär aktiviert werden müssen. Um für die Untersuchung der Rezeptor-Ligand-Interaktion in Zukunft realitätsnähere Bedingungen zu schaffen, sollten im Rahmen dieser Arbeit multifunktionelle Fusionsproteine des membranständigen FasL und CD40L hergestellt und charakterisiert werden. Die Fusionsproteine wurden im Rahmen der Klonierung so konstruiert, dass von der aminoterminalen Seite beginnend eine GST-Domäne, ein Flag-Tag, ein YFP-Tag und abschließend die vollständige membranständige Form des Liganden (FasL oder CD40L) aneinander gefügt wurden. In FACS-Analysen konnte sowohl die Funktion des YFP-Tag als auch die korrekte Expression des Liganden an der Zelloberfläche durch spezifische Antikörperfärbung nachgewiesen werden. Die funktionelle Aktivität der Liganden wurde durch IL-8-Induktion gezeigt, die eine Aktivierung des NF&#61547;B-Signalweges durch die GST-Fusionsproteine des membranständigen FasL und des membranständigen CD40L beweist. Im Rahmen von Immunopräzipitationen wurde die Möglichkeit der Detektion der Fusionsproteine über ihr Flag-Tag getestet. Für das in GST-pull-down-Assays genauer untersuchte membranständige GST-Flag-YFP-CD40L-Fusionsprotein gelang eine Koimmunopräzipitation mit dem im Rezeptorkomplex gebundenen TRAF2. Für dieses in der Signaltransduktion des CD40 entscheidende Molekül konnte seine transiente Interaktion mit dem Rezeptorsignalkomplex sowie eine Veränderung in der Assoziation an den Rezeptor durch TNF-abhängige TRAF1-Induktion gezeigt werden. Im Zusammenhang der mit der Rezeptoraktivierung oftmals gleichgesetzten Bildung von Rezeptorsignalclustern durch den entsprechenden TNF-Liganden war die Beobachtung interessant, dass das Konstrukt GST-Flag-YFP-CD40L im Gegensatz zum analog konstruierten GST-Flag-YFP-FasL nicht in der Lage war, Signalcluster des korrespondierenden Rezeptors zu erzeugen, aber dennoch fähig war, eine Rezeptoraktivierung zu bewirken. Hinsichtlich der Untersuchung von Unterschieden in der Rezeptor-Ligand-Interaktion von löslichen und membranständigen Formen sind für FasL und CD40L noch viele Fragen offen, die beispielsweise auch die Stabilität von Rezeptorsignalclustern betreffen. Die in dieser Arbeit erzeugten und charakterisierten multifunktionellen Fusionsproteine sollten helfen, neue Erkenntnisse bezüglich der molekularen Grundlagen der Rezeptor-Ligand-Interaktion zu erzielen. / TNF ligands primary are membranous ligands with a trimeric structure and the most of them can be cleaved to soluble trimeric forms by metalloproteases secondarily. While membranous forms of TNF ligands can activate their corresponding receptors, soluble variants ot some TNF ligands are insufficient for full activity or totally inactive. Nevertheless these variants are able to bind the corresponding receptor properly. This already could be shown in experiments with TNF and TRAIL. The differences between soluble variants and the membranous form of TNF ligands concern their receptor selectivity as well as their degree of activity at the receptor. There also are differences regarding the interaction itself between ligand and receptor. Comparing the membranous and the soluble form of Fas ligand there could be shown differences in terms of dependency for intracellular signaling moleculs regarding the formation of ligand induced clustering of the receptor. The soluble and the membranous form of CD40 ligand are supposed to have differences in receptor internalization and recruting of TRAF molecules. Previous research concentrating on receptor ligand interactions often is based on soluble variants of TNF ligands that have to be activated by artificial multimerization or antibody dependent aggregation. To provide more realistic conditions for the analysis of receptor ligand interactions, multifunctional fusionproteins of the membranous Fas ligand and the membranous CD40 ligand should be developed and characterized in this dissertation. Starting from the N-terminal end the fusionproteins contain a GST-domain, a Flag-tag, a YFP-tag and the complete membranous form of the ligand. In FACS analysis the activity of the YFP-tag as well as the correct expression of the ligand on the cell membrane could be demonstrated by specific antibody staining. The functional activity of the ligand itself has been shown by IL-8-induction, that proves the sucessful activation of the NF&#61547;B signaling pathway by GST-fusionproteins of the membranous Fas ligand and the membranous CD40 ligand. In the context of immunoprecipitations the possibility of detection of the fusionproteins by Flag-tag has been tested. Concerning the GST-pull-down-assays of the fusionprotein GST-Flag-YFP-CD40L a coimmunoprecipitation with the intracellular adaptor protein TRAF2 could be shown. A transient interaction of TRAF2 with the receptor signaling complex as well as a change of its association with the receptor by TNF-induced TRAF1 upregulation also could be demonstrated. In context with the formation of high molecular receptor clusters that are often equated with receptor activation the observation was interesting that GST-Flag-YFP-CD40L in contrast to the analogous constructed GST-Flag-YFP-FasL could not induce signalling cluster of the corresponding receptor, but still was able to induce receptor activation. Regarding the analysis of differences in receptor ligand interaction between soluble and membranous forms of Fas ligand and CD40 ligand there are still many questions that have to be answered, e.g. in terms of stability of induced receptor clustering. The multifunctional fusionproteins provided by this dissertation shall contribute to gain new findings in respect of molecular fundamentals of the receptor ligand interaction.

Die Entwicklung von therapeutischen Strategien, die den infarktbedingten Untergang des Myokardgewebes minimieren und die Gewebsheilung nach abgelaufenem Myokardinfarkt unterstützen, gehört zu dem Hauptziel in der modernen Kardiologie. Bis jedoch eine spezifische Intervention als Therapieform anerkannt wird, ist ein detailliertes Entschlüsseln der zellulären und molekularen Mechanismen während und nach der Myokardschädigung notwendig. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich intensiv mit den Vorgängen der Stickstoffmonoxid- (NO) Produktion und der Inflammation nach Okklusion von Kranzarterien. Im ersten Teil der Dissertation steht die endotheliale NO-Synthase-Expression (eNOS) im Mittelpunkt der Untersuchung. eNOS ist als wichtiger Katalysator an der Biosynthese von Stickstoffmonoxid, das als protektiver Faktor für die Gefäßhomöostase seit Jahren bekannt ist, beteiligt. Ferner besteht experimentell sehr gute Evidenz dafür, dass der endothelialen NO-Synthase am Ausmaß des kardialen Ischämie-/ Reperfusionsschadens eine entscheidende Rolle zukommt. Folglich wurde mittels der Substanz AVE 9488 versucht, die eNOS-Expression in Mäusen zu steigern und den Effekt auf das Infarktgeschehen näher zu betrachten. Die Behandlung mit AVE 9488 erzielte einen signifikant reduzierten Ischämie-/Reperfusionsschaden. Bei anschließenden Ischämie-/Reperfusionsveruchen mit eNOS defizienten Mäusen war der protektive Effekt wieder aufgehoben. Der Erfolg dieser Substanz wird in der signifikanten Reduktion des oxidativen Stresses vermutet. Ein zusätzlicher wichtiger Parameter, der während der Ischämie/Reperfusion aktiviert wird, ist der Schlüssel-Transkriptionsfaktor Nuclear Factor kappa B (NF-kB). Durch seine Bindung an bestimmte Enhancer und Promotoren reguliert der Faktor die Entzündungsprozesse, indem er die Genexpression proinflammatorischer Marker verstärkt. Folglich wurden eine Reduktion der Inflammation sowie ein protektiver Effekt nach erfolgter ischämischer Schädigung durch Hemmung von NF-kB angenommen. Zur Prüfung dieser Hypothese wurden NF-kB-Untereinheit p50 defiziente Mäuse (p50 KO) einer Okklusion einer Herzkranzarterie unterzogen. Durch die Hemmung der NF-kB-Aktivierung kam es zu einer signifikanten Reduzierung des Infarktareals im Vergleich zu den entsprechenden Wildtyp-Mäusen. Der große Benefit konnte auf die geringere Einwanderung der neutrophilen Granulozyten in das infarzierte Gebiet zurückgeführt werden. Knochenmarktransplantationsversuche mit p50 KO- und Wildtyp-Knochenmark untermauerten die Beobachtung, dass die beeinträchtigte Aktivierung von NF-kB in p50 defizienten Leukozyten protektive Effekte in der Ischämie/Reperfusion vermittelt. Die Aktivierung der proinflammatorischen Proteine während des linksventrikulären Remodelings nach Myokardinfarkt gehört zum Fokus des dritten Teils dieser Arbeit. Dieser Teil beschäftigt sich mit der Frage, inwieweit eine hochdosierte Aspirin-Therapie die linksventrikulären Umbauprozesse günstig beeinflussen kann. Dafür wurden Mäuse für 4 Wochen mit Placebo oder Aspirin (120 mg/kg pro Tag) mittels osmotischer Mini-Pumpen, die 2 Stunden nach Ligatur der Kranzarterie implantiert wurden, behandelt. In beiden Gruppen kam es zur erwarteten linksventrikulären Dilatation nach Myokardinfarkt, jedoch ohne signifikanten Unterschied zwischen Placebo- und Aspirin-behandelten Tieren. Es kam allerdings zu einer erwarteten Reduktion proinflammatorischer Proteine durch die Aspirin-Therapie. So war die Expression von Tumor-Nekrose-Faktor-alpha; (TNF-alpha) und Interleukin-1ß (IL-ß) in der Aspirin-Gruppe signifikant reduziert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die gezielte Beeinflussung bestimmter Faktoren in der Ischämie/Reperfusion wie z. B. die Verstärkung der eNOS-Expression oder die Hemmung der NF-kB-Aktivierung die Ischämieschädigung signifikant reduziert werden kann. / One of the major therapeutic goals of modern cardiology is to design strategies aimed at minimizing myocardial necrosis and optimizing cardiac repair following myocardial infarction. However, a sound understanding of the cellular and molecular mechanism is necessary before a specific intervention is pursued on a therapeutic basis. The present work includes important aspects of inflammation and nitric oxide (NO) production after occlusion of the coronary artery. The first part of the thesis focused on endothelial NO synthase (eNOS). eNOS is a promotor of NO biosynthesis, which regulates vascular and myocardial function. Moreover, endothelial NOS is cardioprotective in ischemia/reperfusion injury. Therefore, the effects of AVE 9488, a novel pharmacon designed to selectively increase eNOS protein expression and NO formation, was tested on cardiac ischemia/reperfusion injury in vivo. Ischemia/reperfusion damage was significantly reduced in mice treated with AVE 9488 when compared to placebo treated mice. The protective effect was blunted in eNOS knockout mice treated with the eNOS enhancer. The expression of inflammatory markers was not influenced by the therapy. Reactive oxygen species were significantly reduced in mice treated with the eNOS enhancer. In addition, the transcription factor nuclear factor kappa B (NF-kB) is important in cardiac damage. NF-kB is activated by various stimuli implicated in ischemia/reperfusion injury and increases the expression of proinflammatory markers by binding on special enhancer and promoters. Inhibition of NF-kB might therefore reduce the inflammatory response and achieve protective effects after myocardial infarction. To prove this hypothesis mice with targeted deletion of the NF-kB subunit p50 (p50 KO) underwent 30 minutes of coronary artery ligation and 24 hours of reperfusion in vivo. Ischemia/reperfusion damage was significantly reduced in the p50 KO animals when compared with matching wild-type (WT) mice. Although adhesion molecules such as intercellular adhesion molecule were up-regulated in left ventricles of p50 KO mice, fewer neutrophils infiltrated the infarct area, suggesting leukocytes as a potential mediator of the protection observed in the p50 KO. This was confirmed in adoptive transfer experiments: whereas transplantation of KO bone marrow in KO animals sustained the protective effect on ischemia/reperfusion injury, transplantation of WT bone marrow in KO animals abolished it. The last part tested the hypothesis that inhibition of the proinflammatory response to myocardial infarction could improve left ventricular remodeling. Therefore, mice were treated for 4 weeks with placebo or aspirin (120 mg/kg per day) by Alzet mini-osmotic pumps implanted 2 hours after ligation of the left anterior descending artery. On echocardiography, animals 4 weeks after myocardial infarction exhibited left ventricular dilatation as expected. However, there was no difference between the placebo and the Aspirin group. The expression of the proinflammatory cytokines tumor necrosis factor alpha; (TNF-alpha) and interleukin 1ß (IL-1ß) which were markedly upregulated in mice with myocardial infarction on placebo were significantly reduced by Aspirin treatment. However, left ventricular remodeling after myocardial infarction was not altered. In conclusion, the use of specific strategies to inhibit the NF-kB activation or to increase eNOS expression in ischemia/reperfusion constitutes a promising novel therapeutic approach to reduce ischemic damage. However, successful application of anti-inflammatory interventions in the treatment of ischemic remodeling will require a better understanding of the specific molecular steps in the regulation of cardiac injury and repair.