Zugl.: Giessen, Universiẗat, Diss., 2007.

Zugl.: Giessen, Universiẗat, Diss., 2007.

Tübingen, Univ., Diss., 2005.

Darmstadt, Techn. Univ., Diss., 2004. / Dateien im PDF-Format

Freie Universiẗat, Diss., 2004--Berlin. / Dateiformat: zip, Dateien im PDF-Format. Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2004.

Univ., Diss., 2006--Giessen

Ziel der vorliegenden Arbeit war die nanoskopische Analyse struktureller Differenzierung und Plastizität präsynaptischer aktiver Zonen (AZs) an der NMJ von Drosophila melanogaster mittels hochauflösender, lichtmikroskopischer Bildgebung von Bruchpilot (Brp). In erster Linie wurde das lokalisationsmikroskopische Verfahren dSTORM angewendet. Es wurden neue Analyse-Algorithmen auf der Basis von HDBSCAN entwickelt, um eine objektive, in weiten Teilen automatisierte Quantifizierung bis auf Ebene der Substruktur der AZ zu ermöglichen. Die Differenzierung wurde am Beispiel phasischer und tonischer Synapsen, die an dieser NMJ durch Is- und Ib-Neurone gebildet werden, untersucht. Phasische Is-Synapsen mit hoher Freisetzungswahrscheinlichkeit zeigten kleinere, kompaktere AZs mit weniger Molekülen und höherer molekularer Dichte mit ebenfalls kleineren, kompakteren Brp-Subclustern. Akute strukturelle Plastizität wurde am Beispiel präsynaptischer Homöostase, bei der es zu einer kompensatorisch erhöhten Neurotransmitterfreisetzung kommt, analysiert. Interessanterweise zeigte sich hier ebenfalls eine kompaktere Konfiguration der AZ, die sich auch auf Ebene der Subcluster widerspiegelte, ohne Rekrutierung von Molekülen. Es konnte demonstriert werden, dass sich eine höhere Moleküldichte in der Lokalisationsmikroskopie in eine höhere Intensität und größere Fläche in der konfokalen Mikroskopie übersetzt, und damit der Zusammenhang zu scheinbar gegensätzlichen Vorbefunden hergestellt werden. Die Verdichtung bzw. Kompaktierung erscheint im Zusammenhang mit der Kopplungsdistanz zwischen VGCCs und präsynaptischen Vesikeln als plausibles Muster der effizienten Anordnung molekularer Komponenten der AZ. Die hier eingeführten Analysewerkzeuge und molekularbiologischen Strategien, basierend auf dem CRISPR/Cas9-System, zur Markierung von AZ-Komponenten können zukünftig zur weiteren Klärung der Bedeutung der molekularen Verdichtung als allgemeines Konzept der AZ-Differenzierung beitragen. / The aim of this work was a nanoscopic analysis of structural differentiation and plasticity of presynaptic active zones (AZs) at the NMJ of Drosophila melanogaster using super-resolution light microscopy of Bruchpilot (Brp). The localization microscopy technique dSTORM was primarily used. New analysis algorithms based on HDBSCAN were developed to ensure objective and largely automatized quantification including the substructure of the AZ. Differentiation was assessed using the model of phasic and tonic neurons that are represented by type Is and type Ib neurons at this NMJ. Phasic Is synapses with higher release probability displayed smaller, more compact AZs with less molecules and an enhanced molecular density with smaller, more compact Brp subclusters. For acute structural plasticity the model of presynaptic homeostasis, which is accompanied by a compensatory increase of neurotransmitter release, was used. Interestingly, this again showed a more compact arrangement of the AZ, that was also found in Brp subclusters, without addition of molecules. It could be demonstrated that a higher molecular density in localization microscopy translates into a higher intensity and area in confocal microscopy and, thus, the apparent discrepancy to earlier studies could be explained. With respect to the coupling distance between VGCCs and presynaptic vesicles compaction appears to be a plausible mechanism for an efficient remodeling of AZ components. The analysis tools and molecular biology strategies, based on the CRISPR/Cas9-System, introduced here will be useful to further clarify the importance of molecular compaction as a general concept of AZ differentiation.

Brustkrebs ist die häufigste diagnostizierte Krebserkrankung weltweit. Trotz der vielfältigen Behandlungsmöglichkeiten endet die Diagnose Brustkrebs in vielen Fällen noch immer tödlich. Aus diesem Grund ist die Entwicklung neuer Therapieansätze wichtig. Ein Therapieansatz, der in den letzten zehn Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen hat, ist die Immuntherapie. Allerdings konnte sie bei Brustkrebs noch keine großen Erfolge erzielen. Ursache hierfür ist die geringe Immunzellinfiltration in Brusttumoren. Um Brustkrebs für Immuntherapie empfänglicher zu machen, müssten Immuntherapeutika in Kombination mit Medikamenten angewendet werden, die die Immunzellinfiltration steigern. Um die Wirksamkeit solcher Medikamente in präklinischen Studien zu testen, braucht es eine Methode, mit der man die T-Zellverteilung innerhalb des Tumors darstellen kann. Für umfassendes Verständnis ist dreidimensionale Darstellung der Zellen im Tumor notwendig, da es einen großen Unterschied macht, ob sich die T-Zellen im Tumorstroma oder in unmittelbarer Nähe zu den Tumorzellen befinden. Die starke Fibrotisierung der Extrazellulären Matrix, die typisch für Brusttumoren ist, erschwert nicht nur die Immunzellinfiltration, sondern auch die Diffusion der fluoreszierenden Antikörper ins Gewebe. Im Zuge dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, um im dreidimensionalen CD4 und CD8-positive T-Zellen in Brusttumoren darzustellen. Dies gelang mittels Immunfluoreszenzfärbung und anschließender dreidimensionaler Aufnahme mithilfe optischer Sektionierung am Lichtblattmikroskop. Erreicht wurde dies durch deutliche Erhöhung der Inkubationszeiten, aggressive Permeabilisierung des Gewebes, Testen unterschiedlicher Antikörper bzw. Antikörperkombinationen und Entfärbung sowie Klärung des Tumorgewebes. Darüber hinaus konnten erste Schritte in der nachträglichen Bearbeitung der Aufnahmen inklusive Rekonstruktion der Zellen gemacht werden. Für die Anwendung des Verfahrens in Studien zur Medikamentenwirksamkeit ist noch weitere Optimierung notwendig. / Breast cancer is the most frequently diagnosed cancer worldwide. Despite the wide range of treatment options available, the diagnosis of breast cancer is still fatal in many cases. For this reason, the development of new therapeutic approaches is important. One therapeutic approach that has become increasingly important in the last ten years is immunotherapy. However has not yet been very successful in breast cancer. The reason for this is the low level of immune cell infiltration in breast tumours. To make breast cancer more receptive to immunotherapy, immunotherapeutics could be used in combination with drugs that increase immune cell infiltration. In order to test the efficacy of such drugs in preclinical studies, a method is needed that can be used to visualise the T cell distribution within the tumour. For a comprehensive understanding, three-dimensional visualisation of the cells in the tumour is necessary, as it makes a big difference whether the T cells are located in the tumour stroma or in close proximity to the tumour cells. The strong fibrotisation of the extracellular matrix, which is typical of breast tumours, not only makes T cell infiltration, but also the diffusion of the fluorescent antibodies into the tissue difficult. In the course of this work, a method was developed to visualise CD4 and CD8-positive T cells in breast tumours in three dimensions. This was achieved by significantly increasing incubation times, aggressive permeabilisation of the tissue, testing different antibodies and antibody combinations and decolourisation as well as clarification of the tumour tissue. In addition, the first steps were taken in the subsequent processing of the images, including reconstruction of the cells. However further optimisation is still required before the method can be used in drug efficacy studies.

The ATP-gated P2X7 receptor (P2X7R) is a non-selective cation channel which senses high extracellular ATP concentrations and has been suggested as a target for the treatment of neuroinflammation and neurodegenerative diseases. The use of P2X7R antagonists may therefore be a viable approach for treating CNS pathologies, including epileptic disorders. Recent studies showed anticonvulsant potential of P2X7R antagonists in certain animal models. To extend this work, we tested three CNS-permeable P2X7R blocker (Brilliant Blue G, AFC-5128, JNJ-47965567) and a natural compound derivative (tanshinone IIA sulfonate) in four well-characterized animal seizure models. In the maximal electroshock seizure threshold test and the pentylenetetrazol (PTZ) seizure threshold test in mice, none of the four compounds demonstrated anticonvulsant effects when given alone. Notably, in combination with carbamazepine, both AFC-5128 and JNJ-47965567 increased the threshold in the maximal electroshock seizure test. In the PTZ-kindling model in rats, useful for testing antiepileptogenic activities, Brilliant Blue G and tanshinone exhibited a moderate retarding effect, whereas the potent P2X7R blocker AFC-5128 and JNJ-47965567 showed a significant and long-lasting delay in kindling development. In fully kindled rats, the investigated compounds revealed modest effects to reduce the mean seizure stage. Furthermore, AFC-5128- and JNJ-47965567-treated animals displayed strongly reduced Iba 1 and GFAP immunoreactivity in the hippocampal CA3 region. In summary, our results show that P2X7R antagonists possess no remarkable anticonvulsant effects in the used acute screening tests, but can attenuate chemically-induced kindling. Further studies would be of interest to support the concept that P2X7R signalling plays a crucial role in the pathogenesis of epileptic disorders.

In der vorliegenden Arbeit wurde ein repräsentatives Kollektiv von 97 Schlafkrankheitspatienten aus Angola klinisch untersucht und von je 96 Patienten Blut- und Liquorproben gewonnen. Hauptfragestellungen waren, ob die PCR-Technik zur Diagnose und Stadieneinteilung der HAT beiträgt und ob sich aus dem qualitativen und quantitativen Nachweis von Immunglobulinen Zusammenhänge mit dem klinischen Bild der Krankheit herstellen lassen. Da mehrfach von Inkonsistenzen bei den Ergebnissen einer von Moser et al. (1989) als sehr sensitiv publizierten PCR berichtet wurde und die viel versprechenden Resultate der von Kabiri et al. (1999) beschriebenen PCR nicht reproduziert werden konnten, wurde eine von Matovu et al. (2001) publizierte PCR zum Nachweis von trypanosomaler DNA (TbAT1-Gen) verwendet. Je nach analysiertem Medium und verwendetem Purifikations-Kit ergaben sich analytische Nachweisgrenzen von 10 bis 10² Parasiten/10 µl PCR-Ansatz, entsprechend rechnerischer Nachweisgrenzen von ca. 5000 Trypanosomen/ml Blut und ca. 3000 Trypanosomen/ml Liquor. Von 96 Blutproben waren 20 positiv in der PCR (20,8%). Gemessen an den jeweiligen mikroskopischen Diagnostikmethoden kam dies einer Sensitivität von 31,1% und einer Spezifität von 92,3% gleich. Die Liquorproben von 55 Stadium-II-Patienten zeigten in 4 Fällen ein positives Resultat in der PCR (7,3%), entsprechend einer Sensitivität von 21,4% und einer Spezifität von 97,6%. Alle Liquorproben von Stadium-I-Patienten waren negativ in der PCR. Die Ergebnisse der Blut- und Liquorproben waren in über 99% der Fälle reproduzierbar. Es bestanden jeweils Zusammenhänge zwischen den Resultaten der PCR mit denen der herkömmlichen mikroskopischen Nachweismethoden wie LKP und Liquor-Mikroskopie. Neben der offensichtlich zu geringen analytischen Nachweisgrenze bei gleichzeitig niedriger Parasitämie der Patienten kommen auch Faktoren wie DNA-Verlust durch das benutzte DNA-Purifikationskit oder Gen-Deletionen der Trypanosomen als Ursache für die hohe Anzahl der falsch-negativen PCR Ergebnisse in Betracht. Die Resultate der hier angewendeten PCR trugen nicht zur Lösung des diagnostischen Problems der serologisch positiven, aber aparasitämen Patienten bei, lieferten jedoch Hinweise, dass die Parasitenlast im Blut bei Patienten im fortgeschrittenen Stadium höher ist als bei solchen im Anfangsstadium. Insgesamt stellt diese Methode aber keine Bereicherung in der Diagnosestellung oder der Stadieneinteilung bei der HAT dar und sollte speziellen Fragestellungen wie Melarsoprol-Resistenzbestimmungen vorbehalten werden. Der IFT wurde nach der von Wery et al. (1970) beschriebenen Methode in modifizierter Form durchgeführt. Im Serum fanden sich für spezifisches IgG hohe, für spezifisches IgM mittlere und für spezifisches IgA niedrige Titer. Die jeweiligen Titer waren in der vorliegenden Arbeit höher als in der Referenzliteratur, wahrscheinlich bedingt durch die Subjektivität der Endpunktlesung. Während insgesamt Patienten mit direktem Parasitennachweis signifikant höhere Serumspiegel an spezifischem IgM aufwiesen, konnte bei manchen Kranken trotz Trypanosomen-Präsenz kein spezifisches IgM im Serum oder Liquor nachgewiesen werden. Bei Patienten im fortgeschrittenen Stadium waren die Spiegel der einzelnen Antikörperklassen im Serum gegenüber denen von Patienten im Anfangsstadium signifikant höher. Dieses Phänomen könnte auf einer Akkumulation der spezifischen Immunglobuline gegen die ständig wechselnden Oberflächenantigene der Trypanosomen im Laufe der Krankheit beruhen. Die Höhen der jeweiligen spezifischen Antikörperspiegel im Serum standen nicht in Zusammenhang mit pathologischen Befunden bei der Untersuchung von Körpertemperatur, Blutdruck, Puls, Lymphadenopathien, Hepato- oder Splenomegalien, Bauchschmerz und Untergewicht. Das Fehlen eines Vergleichskollektives, die große Symptom-Variabilität und die Subjektivität einiger Untersuchungsmethoden erschwerten dabei allerdings die Objektivierung des klinischen Zustandes im Hinblick auf allgemeingültige Aussagen. Interessante Nebenfunde in dieser Arbeit waren die nach wie vor ungeklärt hohe Prävalenz von Untergewicht, Hinweise auf Kreislaufregulationsstörungen und der Zusammenhang des Auftretens des Winterbottom-Zeichens mit der Zugehörigkeit zum Stadium II. Im Liquor konnte nur in wenigen Fällen bei Stadium-II-Patienten spezifisches IgG nachgewiesen werden. Das Vorkommen dieses Immunglobulins stand jedoch im Zusammenhang mit pathologischen Ergebnissen der Patienten in den Stand- und Gangversuchen. Aufgrund des Vorteils der einfachen und schnellen Durchführbarkeit könnten sich diese Untersuchungen als sinnvolle Diagnostikergänzung in der Neuroinflammationsdetektion bei der HAT erweisen. Spezifisches IgM und IgA lagen im Liquor bei allen Proben unter der Testgrenze und bieten keine Anhaltspunkte für eine sinnvolle Verwendung als Diagnostik- oder Verlaufsparameter. / In this study, 97 Human African Trypanosomiasis (HAT) patients from Angola were examined and blood and CSF were taken from 96 patients respectively. Main points of interest were if PCR was an enrichment in the diagnosis and stage determination and if levels of specific antibodies (class M, G, A) would match the severeness of this disease as seen in the clinical picture. Due to repeatedly reported inconsistencies in the results of a very sensitive PCR by Moser et al. (1989) and the lack of reproducibility of promising PCR-results by Kabiri et al. (1999) a PCR published by Matovu et al. (2001) was used to amplify trypanosomal DNA (TbAT1-Gene). Depending of the analyzed medium and DNA-purification-kit, analytical detection limits of 10 to 10² parasites/10 µl PCR-sample, according to a mathematical detection limit of approx. 5000 trypanosomes/ml blood and approx. 3000 trypanosomes/ml CSF. Out of 96 blood samples 20 were positive by PCR-testing (20.8%). Based on the conventional microscopic diagnostic methods this meant a sensitivity of 31.1% and a specificity of 92.3%. CSF-samples of 55 stage-II-patients showed a positive PCR-result in 4 cases (7.3%), according to a sensitivity of 21.4% and a specificity of 97.6%. All CSF-samples of stage-I-patients were negative by PCR-testing. The PCR-results of blood- and CSF-samples were reproducible in over 99%. There were positive correlations between the results of PCR-testing and conventional microscopic detection methods like lymph node aspiration and microscopy of CSF. Apart of the analytical detection limit being apparently too poor for low parasitemic patients, other factors like DNA-loss by the applied DNA-purification-kit or gene-deletions may be reasons for the high number of false-negative results in PCR-testing. The results of the applied PCR-method were not beneficial to solve the diagnostic problem of serological positive, but aparasitemic patients, but indicated that parasitemia in stage-II-patients might be higher than in stage-I-patients. Overall this method is not helpful for diagnosis or stage-determination in HAT and its use should be restricted to questions like testing of Melarsoprol-resistance. Indirect immunofluorescence test (IFT) was carried out as described by Wery et al. (1970) in a modified form. Specific antibody titres in serum were high for IgG, medium for IgM, and low for IgA. Titres in this study were higher than previously described, probably due to the subjective character of reading the end-point-titre. While microscopic approved patients compared to serological diagnosed patients showed significantly higher levels of IgM in serum, no IgM could be detected in serum or CSF in some patients despite presence of trypanosomes. Stage-II-patients showed significantly higher titres of the respective antibody classes in serum compared to stage-I-patients. This result could rely on an accumulation of specific antibodies directed against the constantly changing trypanosomal surface antigens while the disease is in progress. Levels of the respective antibody classes did not show any correlation to pathological findings in the clinical examination of body temperature, blood pressure, pulse rate, lymphadenopathy, enlargement of liver and/or spleen, abdominal pain or underweight. The absence of a collective of non-HAT-patients, great variability of symptoms in HAT, and the subjectivity of some examination methods hampered the objectification of the clinical status regarding to general conclusions. Interesting secondary findings of this study consisted in the still unexplained high prevalence of underweight, signs of indication for a disorder of circulation and blood pressure regulation respectively, and the positive correlation between the presence of the Winterbottom-sign and the later stage of the disease. In CSF, specific IgG could be found in only few cases of stage-II-patients. There was no correlation between the presence of this antibody class and pathological results in gait and stance examinations. Being a quick and easily carried out test, this examination could be an expedient additional tool for diagnosis and determination of neuroinflammation in HAT. CSF-levels of specific IgM and IgA were in all cases below the test margin and showed no evidence for a reasonable application as a diagnostic or follow-up-tool.