Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) has an extremely poor prognosis. To improve the prognosis, novel molecular markers and targets for earlier diagnosis and adjuvant and/or neoadjuvant treatment are needed. Recent advances in human genome research and high-throughput molecular technologies make it possible to cope with the molecular complexity of malignant tumors. With DNA array technology, mRNA expression levels of thousand of genes can be measured simultaneously in a single assay. As several studies using microarrays in PDAC have already been published, this review attempts to compare the published data and therefore to validate the results. In addition, the applied techniques are discussed in the context of pancreatic malignancies. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Background: Tumor cells are highly dependent on glucose even in the presence of oxygen. This concept called the Warburg effect is a hallmark of cancer and strategies are considered to therapeutically exploit the phenomenon such as ketogenic diets. The success of such strategies is dependent on a profound understanding of tumor cell metabolism. With new techniques it is now possible to thoroughly analyze the metabolic responses to the withdrawal of substrates and their substitution by others. In the present study we used gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) to analyze how glioblastoma brain tumor cells respond metabolically when glucose is withdrawn and substituted by pyruvate. Methods: Glioblastoma brain tumor cells were cultivated in medium with high (25 mM), medium (11 mM) or low (5.5 mM) glucose concentration or with pyruvate (5 mM). After 24 h GC-MS metabolite profiling was performed. Results: The abundances of most metabolites were dependent on the supply of glucose in tendency but not in a linear manner indicating saturation at high glucose. Noteworthy, a high level of sorbitol production and release was observed at high concentrations of glucose and high release of alanine, aspartate and citrate were observed when glucose was substituted by pyruvate. Intermediates of the TCA cycle were present under all nutritional conditions and evidence was found that cells may perform gluconeogenesis from pyruvate. Conclusions: Our experiments reveal a high plasticity of glioblastoma cells to changes in nutritional supply which has to be taken into account in clinical trials in which specific diets are considered for therapy.

Humane oder humanisierte monoklonale Antikörper haben sich in den letzten zehn Jahren als Arzneimittel etabliert. Sie sind hochspezifisch und zeigen in ihrer Anwendung im Vergleich zu konventionellen Therapeutika viel weniger Nebenwirkungen. In den 80er Jahren gelang es am Pathologischen Institut der Universität Würzburg eine Reihe von humanen Antikörpern aus Patienten zu isolieren, die hochspezifisch mit malignen Zellen reagieren und diese sowohl in vitro als auch im experimentellen Tiermodel selektiv durch Induktion von Apoptose töten. Um die Wirkungsweise von monoklonalen Antikörpern in der Krebstherapie zu erhöhen, werden die meisten in Kombination mit herkömmlichen Methoden, wie Chemotherapie, eingesetzt. Die ideale Therapieform sind hinsichtlich der Nebenwirkungen sog. Cocktails aus verschiedenen monoklonalen Antikörpern. Allerdings sind die Studien hierzu noch wenig fortgeschritten. Das Ziel dieser Arbeit war es, in präklinischen Versuchsreihen den Einsatz verschiedener tumorspezifischer humaner monoklonaler Antikörper als Cocktail und in Kombination mit Chemotherapie zu evaluieren. Hierzu wurden neun Antikörper in 32 verschiedenen Antikörperkombinationen hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die in vitro Proliferation einer Pankreaskarzinom-Zellinie untersucht. In Immunfluoreszenz-Aufnahmen ließ sich zeigen, dass kombinierte Antikörper an unterschiedlichen Stellen an der Zelle binden, was eindeutig auf verschiedene Zielstrukturen hinweist. Einige werden dabei endozytiert, während andere auf der Zellmembran bleiben. Interessanterweise ließen sich Kombinationen identifizieren, deren antiproliferative Wirkung sowohl additiv als auch synergistisch ist, das heißt größer als die Summe ihrer Einzelaktivitäten. Wurden Antikörper mit Zytostatika (5-Flurouracil) kombiniert, so ließen sich ebenfalls synergistische Effekte beobachten. In FACS-Analysen zeigt sich ein gesteigertes Bindungsverhalten der Antikörper, wenn die Zellen mit 5-FU vorinkubiert wurden. Zusammenfassend bestätigen die Ergebnisse dieser Arbeit die Beobachtung, dass die Wirkung humaner monoklonaler Antikörper in Kombination mit Chemotherapie erhöht werden kann. Für die Zukunft humaner Antikörper als Therapiemittel gegen maligne Erkrankungen mag allerdings noch wichtiger sein, dass Antiköper in Cocktails tatsächlich synergistische Wirkung zeigen können. / Cancer patients receiving antibodies as mono-therapy have benefited from these treatments. However, significant improvements could be made if the antibodies were used in combination with conventional chemotherapy. Having learned from the natural oligoclonal antibody response that cancer patients mount to their own tumours, we suppose that cocktails of monoclonal antibodies could be even more active in treating cancer. We have isolated a series of human monoclonal IgM antibodies from cancer patients, which bind to different tumor-specific surface receptors and induce apoptosis in vitro and in vivo. To study the antibody-mediated effects in cocktails, the antibodies were applied in different combinations to pancreas carcinoma cells and analyzed in cytotoxic assays. Depending on their target, it was found that some combinations showed a significant additive or synergistic killing effect, when compared to mono-therapy. We also investigated a combinatorial treatment with chemotherapy on pancreas and colon cancer cells and found that a pretreatment with 5-FU sensitizes the cancer cells to antibody treatment. Based on our own results and data from other laboratories, it is likely that the next phase of antibody immunotherapy will include cocktails of monoclonal antibodies.

Humane Antikörper sind aufgrund ihrer spezifischen, zielgerichteten Eigenschaften die idealen therapeutischen Waffen unserer modernen Medizin. Schon im ausgehenden letzen Jahrhundert gelang es dem pathologischen Institut der Universität Würzburg einige rein humane monoklonale Antikörper aus Geweben sowohl gesunder, als auch an einem Tumorleiden erkrankter Patienten zu isolieren. Zwei dieser Antikörper galt es im Rahmen dieser Arbeit näher zu untersuchen: LM-1 und PAM-1 , beides rein humane monoklonale IgM-Antikörper. Mithilfe immunhistochemischer Färbungen auf Paraffinschnitten von Adenocarcinomen des Colons, Carcinomen des Pancreas und Adeno- und Plattenepithelcarcinomen der Lunge ließ sich eindeutig demonstrieren, daß bei beiden Antikörpern eine tumorspezifische Reaktivität ohne Kreuzreaktion mit den umgebenden gesunden Geweben auf fast allen der ausgewählten Fälle der begutachteten Tumorarten vorlag. Daraus lässt sich eine zuverlässige und selektive Expression der jeweiligen Antigene auf den maligne entarteten Zellen folgern, die sich auch bei Betrachtung der Stadien der Tumoren und des Gradings der Zellen konstant zeigte. Damit scheint soweit keinen Zusammenhang zwischen der Entdifferenzierung der tumorösen Zellen, als auch der Größe und des Fortschreiten des Tumors erkennbar. Die hier demonstrierten Ergebnisse lassen sowohl PAM-1 als auch LM-1 als verlässliche Marker für multiple epitheliale Tumoren und deren Vorstufen erscheinen und können somit als wertvolles diagnostisches und wahrscheinlich auch therapeutisches Mittel eingestuft werden, doch muss die Diskussion dieser Aspekte weiterführenden Untersuchungen überlassen werden. / Human antibodies are ideal therapeutic agents in modern medicine because of their specific and determined abilities. In the end of the last century, the institute of Pathology at the University of Wuerzburg had been successful in isolating several fully human monoclonal antibodies from different tissues of cancer patients as well as from healthy human beings. In this piece of work, two of these had been looked at more closely: PAM-1 and LM-1, both completely human monoclonal IgM antibodies. Immunohistochemical stainings on paraffin sections of tissues of adenocarcinoma of the colon, carcinomas of the pancreas and adeno- and squamous cell carcinomas of the lung clearly demonstrated the tumor specific reactivity of both antibodies without interaction with healthy tissues surrounding the malignant cells in nearly all of the selected cases. We have seen a constant and exclusive expression of the corresponding antigens on the neoplastic cells that appears to be a steady characteristic on all malign cells, no matter which stadium the tumor already reached or which state of grading had been shown by the cells. So far there seems to be any correlation between the de-differentiation of the tumor cells as well as the size and the progression of the tumor. The demonstrated results show PAM-1 and LM-1 as reliable markers on multiple epithelial tumors and their precursor lesions. With their exclusive tumor specific affinity to their corresponding antigens and their ability of initiating ADCC and CDC as well as inducing apoptosis, these antibodies have to be measured as precious diagnostic agents and perhaps as cancer immunotherapeutics. But these aspects of possible future cancer therapy have to be postponed on further discussions and investigations.

Reaktive Sauerstoffspezies sind die entscheidenden Faktoren der pulmonalen Toxizität unter Radio-Chemotherapie. Sie induzieren eine akute pulmonale entzündliche Reaktion, unter der es zur Ausschüttung einer sich selbst verstärkenden Zytokinkaskade im Sinne eines multifaktoriellen Zytokinnetzwerkes und in der Folge unter einer persistierenden Zytokinkaskade zur Generierung von sekundären reaktiven Sauerstoffspezies kommt. Die Aktivierung dieser Zytokinkaskade ist noch Monate nach Chemotherapie oder Strahlentherapie auch bei Patienten, die klinisch keine Symptome der Lungenschädigung zeigen, nachweisbar. Dieser Prozeß kann, ähnlich wie bei der fibrosierenden Alveolitis, mit einer Fibrosierung des Lungengewebes und mit Ablagerung von extrazellulärer Matrix einhergehen. Die vorliegende Arbeit hat durch die systematische Analyse an 261 Lavagen von 199 Bronchialkarzinom-Patienten vor, unter und nach zytoreduktiver Therapie die Determinanten des oxidativen pulmonalen Stress untersucht. Als Meßparameter des akuten oxidativen Stress ist die Gesamtzellzahl in der BALF, der Methioninsulfoxidgehalt sowie die Konzentration von Glutathion, IL-1, IL-6 und IL-8, TNF-alpha, weiterhin die VEGF-Konzentration in der ELF geeignet. Erstmalig gezeigt werden konnte hierbei, daß VEGF nicht nur im Rahmen der Neoangiogenese, sondern auch durch reaktive Sauerstoffspezies hochreguliert wird und oxidativen Stress sensitiv anzeigt. Bei manifester Lungenfibrosierung könnte P-III-P ein sensitiver Marker der Fibroblasten-aktivierung und der Produktion extrazellulärer Matrix sein. Die Untersuchungen ergaben zwischen den Folgen der Strahlentherapie und Chemotherapie lediglich quantitative, keine qualitativen Unterschiede. Die vorliegende Arbeit möchte die Grundlage schaffen, dosisintensivierte multimodale Therapien bezüglich der oxidativen pulmonalen Belastungen bei Patienten mit Bronchialkarzinom invasiv zu monitoren. Dies könnte eine individuelle Dosisoptimierung durch die Bestimmung der oxidativen pulmonalen Kapazität, insbesondere der Glutathionkonzentration in der ELF, schaffen. / Induction of reactive oxygen is the main pathway of acute pulmonary injury during radio-chemotherapy. This release of cytokines during inflammation leads to a self perpetuating cytokine cascade as a cytokine network, resulting in the generation of secondary oxidative stress. This cytokine activation is detectable during therapy as well as months after therapy, even if the patient is clinically asymptomatic. This activated cytokine network can be accompanied by the deposition of extracellular matrix (similar as in lung fibrosis). In our study, we analysed 261 bronchoalveolar lavages (BAL) from 199 patients with lung carcinoma under, before and after chemotherapy and / or radiotherapy. The following BAL parameters indicating oxidative stress were found: total cell count, concentration of methionine sulfoxide, gluthatione, IL-1, IL-6, IL-8, TNF-alpha and VEGF. It was shown for the first time that VEGF is also upregulated by oxidative stress. If lung fibrosis is manifest, P-III-P could be a marker of activation of fibroblasts and of the production of extracellular matrix. In general, differences found in measured parameters during chemotherapy or radiotherapy were of quantitative, not of qualitative nature. Our study wants to lay the groundwork in monitoring pulmonary stress invasively in lung cancer patients. This could lead to better individual dose application by defining the antioxidative capacity, especially the gluthatione concentration in the BAL.

Die Therapie von disseminierten malignen Tumoren durch Chemotherapie allein oder in Kombination mit Bestrahlung oder Hyperthermie führt nur in 20-50% zu einem Ansprechen. Dieser Behandlungserfolg wird häufig dadurch limitiert, daß im Verlauf der Therapie zur Entwicklung einer Chemoresistenz kommt. Ziel der Arbeit war es, eine generelle Analyse der Proteinexpression in der in vitro herbeigeführten Chemoresistenz durchzuführen. Dafür wurden Zellkulturen von Magen-, Kolon-, Pankreas, Mammakarzinom und Fibrosarkom die eine Resistenz gegen Daunorubicin und Mitoxantron besitzen benutzt und mit der zweidimensionalen Gelelektrophorese im immobilisierten pH-Gradienten (pH 4,0-8,0) in der ersten Dimension und einen linearen Polyarcylamidgel (12%) in der zweiten Dimension analysiert. Nach Färbung in Coomassie blau wurde eine rechnergestützte Imageanalyse mit dem PDQuest System durchgeführt. Proteinspots die eine auffällige Änderung zeigten wurden isoliert, und nach enzymatischer Gelhydrolyse mikrosequenziert bzw. durch Massenspektrometrie und anschließender micropore HPLC Analyse identifiziert. Acht Proteine, die in den chemoresistenten Zellinien überexprimiert waren, konnten identifiziert werden: Thioredoxin, Annexin 1; Cofilin, Stratifin(14-3-3sigma), Rho-GDP-Dissoziations Inhibitor, Fettsäurebindendes Protein(E-FABP), Adenin Phosphoribosyl Transferase, und BCSG-1 / The therapy of advanced cancer using chemotherapy alone or in combination with radiation or hyperthermia yields an overall response rate of about 20-50%. This success is often marred by the development of resistance to cytostatic drugs. The aim was to study the global analysis of protein expression in the development of chemoresistance in vitro. We therefore used a cell culture model derived from the gastric, colorectal, pancreatic, mamma carcinoma and fibrosarcoma cell line selected to daunorubicin and mitoxantrone. These cell lines were analysed using two-dimensional electrophoresis in immobilized pH-gradients (pH 4.0-8.0) in the first dimension and linear polyacrylamide gels (12%) in the second dimension. After staining with coomassie brilliant blue, image analysis was performed using the PDQuest system. Spots of interest were isolated using preparative two-dimensional electrophoresis and subjected to microsequencing after enzymatic hydrolysis in gel, mass spectrometric data and sequencing of the peptides after their fractionation using microbore HPLC identified. Eight proteins were identified that were overexpressed in chemoresistant cell lines: Thioredoxin, Annexin 1, Cofilin, Stratifin(14-3-3sigma), Rho-GDP-dissoziation Inhibitor, fatty acid binding protein(E-FABP), adenin phosphoribosyl Transferase, and BCSG-1.

Eingeschränkte Apoptose trägt zur Tumorentstehung und zur Entwicklung von Chemoresistenz bei, da die Apoptose normalerweise Zellen mit genetischen Schäden oder malignem Potential eliminiert. Dieser Prozess, der bereits für viele unterschiedlichen Tumorzellen nachgewiesen wurde, limitiert häufig die Behandelbarkeit maligner Erkrankungen und ist somit ein grosses Problem in der heutigen Krebsbehandlung. Es existieren unterschiedliche Ansätze die Auslöseschwelle für die Apoptose zu vermindern, um so Chemotherapie-resistente Tumorzellen zu eliminieren. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde das anti-tumorale Potential des bispezifischen 4625 Antisense-Oligonukleotid in Kombination mit chemotherapeutischen Wirkstoffen in vitro und in vivo untersucht. Der zweite Teil beschreibt die Ergebnisse mit dem rekombinanten Ep-CAM spezifischen scFv Immunotoxin 4D5MOC-B-ETA in vitro und im Modell der Nacktmaus. Bcl-2 und Bcl-xL sind Inhibitoren der Apoptose, die von vielen malignen Tumorzellen überexprimiert werden. Das Herunterregulieren von Bcl-2 oder Bcl-xL erniedrigt die apoptotische Auslöseschwelle und Tumorzellen sterben durch programmierten Zelltod. Das 4625 Antisense Oligonukleotid richtet sich gegen eine Region hoher Homologie in der bcl-2/bcl-xL mRNA und hemmt simultan die Expression von Bcl-2 und Bcl-xL. Die durch das bispezifische 4625 Antisense gehemmte Expression von Bcl-2 und Bcl-xL in Tumorzellen unterschiedlicher Histologie zeigen die Ergebnisse der Immuno-Blots. Weiterhin führt 4625 zur dosisabhängigen Wachstumshemmung von Krebszellen bei Konzentrationen von 75-600 nM im MTT Assay. Für die Kombinationsbehandlung wurden Paclitaxel und 5-FU jeweils als Standardtherapie zur Behandlung von Brust- und kolorektalem Karzinom gewählt. Die ip. Applikation von 20mg/kg KG 4625 mit oder ohne Paclitaxel/5-FU führte zu einem verlangsamten Wachstum humaner Tumor Xenotransplantaten in Nacktmäusen, im Vergleich mit denen die mit dem Kontrolloligonukleotid 4626 mit oder ohne Chemotherapie behandelt wurden. Bcl-2 und Bcl-xL spielen unterschiedliche Rollen in der Tumorentwicklung und sind häufig heterogen in soliden Tumorgeweben exprimiert. Diese Daten zeigen, daß die moderne Antisense Technologie eine wirksame Methode zur Herunterregulierung zweier Hauptinhibitoren der Apoptose mit einem einzigen Oligonukleotid darstellt, wovon möglicherweise mehr Patienten mit malignen Erkrankungen in Zukunft profitieren könnten. Die Expression bestimmter Zelloberflächenmoleküle ist ein häufiger Prozess in vielen soliden Tumoren, was sie für eine zielgerichtete Antikörpertherapie angreifbar macht. Das epitheliale Glykoprotein-2 (Ep-CAM) wird reichlich von epithelialen Tumoren und Tumorzellinien exprimiert. Die antineoplastische Aktivität des Ep-CAM spezifischen 4D5MOC-B-ETA Immunotoxin wird im zweiten Teil dieser Arbeit beschrieben. In vitro hemmt 4D5MOC-B-ETA spezifisch die Proteinsynthese in Ep-CAM positiven Krebszellen unterschiedlichen histologischen Ursprungs ermittelt durch [H3]leucin Aufnahme und reduzierte die Überlebensrate dieser Zellen in Konzentrationen von 0.01 bis 1 pM. Ep-CAM negative Zellen wurden als negative Kontrolle genutzt und blieben durch das Immunotoxin in Konzentration bis zu 10.000 pM unversehrt, was dessen hochgradige Ep-CAM Spezifität beweist. Die tägliche Applikation von 0.01 mg 4D5MOC-B-ETA im Nacktmausmodell führte zu einem Schrumpfen der Tumor Xenotransplantate während der Behandlungszeit. Diese hohe Wirksamkeit des scFv Immunotoxin bedarf weiterer Beachtung in der zukünftigen Krebstherapie. / Impaired apoptosis contributes to cancer development and resistance towards chemotherapy, since apoptosis normally eliminates cells with damaged DNA or increased malignant potential. The increased resistance towards cell death often limits therapeutic options in the clinic and is one major problemin current tumor therapy. Different approaches, which have been described so far intend to lower the apoptotic threshold in order to eliminate chemoresistant cancer cells. In the first part of this thesis the anti-tumor potential of the bispecific 4625 oligonucleotide was investigated in combination with chemotherapeutic drugs in vitro and in vivo. The second part describes the anti tumor activity of the recombinant Ep-CAM specific scFv immunotoxin 4D5MOC-B-ETA in vitro and in nude mice. Bcl-2 and Bcl-xL are inhibitors of apoptosis frequently overexpressed in malignant tumor cells. Downregulation of either Bcl-2 or Bcl-xL lowers the apoptotic threshold and tumor cells undergo apoptosis. The 4625 antisense oligonucleotide targets a region of high homology shared by the bcl-2/bcl-xL mRNAs and simultaneously downregulates Bcl-2 and Bcl-xL. The 4625 bispecific Antisense Oligonucleotide downregulates Bcl-2 and Bcl-xL expression in cancer cell lines of diverse histological origins assessed by immuno blotting. It further leads to proliferation inhibition of cancer cells at concentrations ranging from 75-600 nM in MTT assay in a dose-dependent manner. For combination experiments Paclitaxel and 5-FU were chosen as standard therapy for the treatment of breast and colorectal cancer, respectively. The ip. application of 20 mg/kg 4625 with or without Paclitaxel/5-FU led to a growth inhibition of established human carcinomas xenografts in nude mice, relative to those treated with the 4626 control oligonucleotide with or without chemotherapy. Bcl-2 and Bcl-xL play nonredundant roles in tumor growth and are often heterogeneously expressed in solid tumor tissues. This data suggests that state-of-the-art antisense technology offers a potent approach to inhibit the expression of the two major anti-apoptotic proteins Bcl-2 and Bcl-xL with one single oligonucleotide, which could make additional patients benefit from a treatment with this antisense compound. Expression of certain cell surface antigens is a common process in many solid tumors making them suitable for targeted antibody therapy. The epithelial glycoprotein-2 (Ep-CAM) is abundantly expressed on carcinomas and cancer cell lines. The anti tumor activity of the Ep-CAM specific 4D5MOC-B-ETA immunotoxin is described in the second part. In vitro 4D5MOC-B-ETA specifically inhibited protein synthesis in Ep-CAM positive cancer cells of diverse histological origin assessed by [H3]leucin incorporation and reduced cell viability with IC50 ranging from 0.01 to 1 pM. Ep-CAM negative cells were taken as control and were not harmed by the immunotoxin at concentrations up to 10.000 pM, which proves the 4D5MOC-B-ETA Ep-CAM specific potential. In athymic mice, the systemic application of 4D5MOC-B-ETA at a dose of 0.01 mg per day resulted in the regression of established tumor xenografts during the time of treatment. This highly potent anti-tumor activity of a recombinant scFv immunotxin deserves further attention for use in cancer therapy.

Das Thema dieser Arbeit ist die fuer das HEGRA Experiment entwickelte Rekonstruktions-Algoritmen, die Geometry und Energie von hochenergetischen kosmischen Gamma-Strahlen zu rekonstruieren, in die H.E.S.S. software Umgebung zu implementieren und das nicht-gepulste Energie-Spektrum des Krebsnebels zwischen Energien von 300 GeV und 20 TeV zu bestimmen. Dafuer wurden die ersten stereoskopischen Daten von Oktober und November 2003 mit einer 3 Teleskope-Konfiguration des H.E.S.S. Systems der Phase-I verwendet. Die Phase-I des H.E.S.S. Systems wurde im Dezember 2003 fertiggestellt, nachdem das vierte Teleskop in Betrieb genommen wurde. Die Rekonstruktionsalgorithmen wurden mit Monte Carlo Simulationen fuer die vollstaendige Phase-I des Teleskop-Systems getestet. Die Aufloesung fuer die rekonstruierte Richtung und Energie der einzelnen gamma-Ereignisse sind 0.15 Grad und 14 Prozent bei 45 Grad Zenitwinkel. Die Daten des Krebsnebels, die eine Wobble-Versetzung von +-0.5 Grad and +-1.0 Grad haben und die im Zenitwinkel-Bereich von 45 Grad bis 50 Grad fuer 4 Stunden beobachtet wurden, geben ein Signal von 50 Standardabweichungen. Das differentielle Energiespektrum des Krebsnebels zwischen 450 GeV und 20 TeV nach den Schnitten ist (dN / dE) = (3.37+-0.47)*10^{-11}*E^{-2.59+-0.12} cm^{-2} s^{-1} TeV^{-1}. Der integrierte Fluss oberhalb 1 TeV ist (2.11+-0.29)*10^{-11} cm^{-2} s^{-1}. Diese Resultate sind konsistent mit Messungen anderer Experimente, speziell von HEGRA und Whipple. Die Resultate stimmen mit den Erwartungen der synchroton self-Compton Modelle fuer den TeV Emissionbereich ueberein. Das magnetische Feld in der Region, wo die TeV gamma-Strahlen vermutlich entstehen, wird zu 0.18+-0.01 mG bestimmt. Die Resultate dieser Arbeit zeigen die Leistungsfaehigkeit des H.E.S.S. Teleskop-Systems. / The goal of this thesis is to implement the methods developed for the HEGRA experiment to reconstruct the geometry and energy of the air-showers induced by the cosmic high-energy gamma rays into the software environment of the H.E.S.S. experiment. Furthermore, using the implemented algorithms, a search for the unpulsed emission is aimed in the energy range between 300 GeV and 20 TeV from the Crab Nebula using the first stereoscopic data taken during October and November 2003 with the 3 telescope configuration of the H.E.S.S. array in Phase-I. The Phase-I of the H.E.S.S. array was completed in December 2003 by the addition of the fourth telescope. By testing the reconstruction algorithms of a complete Phase-I H.E.S.S. array with Monte Carlo simulations, it is found that the resolution of the reconstructed direction and energy of a gamma-ray event from a zenith angle of 45 degrees is around 0.15 degrees and 14 percent, respectively. The data on the Crab Nebula including runs with wobble offset of +-0.5 degrees and +-1.0 degrees is collected at zenith angles from 45 degrees to 50 degrees for a total of 4 hours and gives a background subtracted signal of about 50 standard deviations. The differential energy spectrum of the unpulsed gamma-ray emission from the Crab Nebula is found to be (dN / dE) = (3.37+-0.47)*10^{-11}*E^{-2.59+-0.12} cm^{-2} s^{-1} TeV^{-1} between 450 GeV and 20 TeV after all cuts. The integral flux above 1 TeV is (2.11+-0.29)*10^{-11} cm^{-2} s^{-1}. These results are consistent with the results published by other experiments, in particular HEGRA and Whipple. The results agree well with the expectation from synchrotron self-Compton models for TeV emission range. The magnetic field in the region, where TeV gamma rays are produced, is found to be 0.18+-0.01 mG. This result agrees with the magnetic field values deduced by the models. The results obtained for the Crab Nebula in this thesis demonstrate the performance of the H.E.S.S. array.

Den Hintergrund der vorliegenden Arbeit bildet die 1990 initiierte Studie European Investigation into Cancer and Nutrition, kurz EPIC, deren Ziel es ist, die Zusammenhänge zwischen Ernährung und chronischen Erkrankungen, dabei insbesondere Krebserkrankungen, zu untersuchen. Um den Einfluß von Ernährungsfaktoren auf diese Krankheiten feststellen zu können, ist es unabdingbar, die Verteilungen auch anderer bereits bekannter oder vermuteter Risikofaktoren in den Studienkohorten zu kennen und bei den Berechnungen zu berücksichtigen. Im Hinblick auf Frauen spielen bei diesen Nicht-Ernährungsfaktoren die reproduktiven Faktoren eine zentrale Rolle. Dieser Arbeit standen die reproduktiven Daten der Frauen aus den beiden deutschen EPIC-Zentren Potsdam (N=16630) und Heidelberg (N=13616) zur Verfügung. Die Aufgabe bestand in der Beschreibung dieser Daten und in einem diesbezüglichen Vergleich der beiden Kohorten. Wie die vorliegenden Ergebnisse zeigen, unterscheiden sie sich zum Teil erheblich von einander: so liegt der Anteil der Nullipara in Potsdam bei 10% und Heidelberg bei 20,3%, das mittlere Alter bei der ersten Geburt in Potsdam bei 23,2 Jahren und in Heidelberg bei 25,6 Jahren. Diese und weitere Unterschiede zeigen sich besonders bei den vorwiegend sozial und gesellschaftlich beeinflußten Faktoren und werden in den altersabhängigen Darstellungen noch deutlicher. Vorwiegend biologisch determinierte Faktoren wie das Alter bei Menarche zeigen dagegen kaum Unterschiede. Auffallend ist, daß sich die Daten zur Einnahme exogener Hormone in beiden Kohorten sehr ähneln, obwohl diese Faktoren zu den vorwiegend sozial und gesellschaftlichen beeinflußten Faktoren gehören. Im Hinblick auf die im Verlauf der EPIC-Studie stattfindenden Analysen der Zusamenhänge zwischen Ernährung und chronischen Erkrankungen, bei denen für die in dieser Arbeit behandelten Faktoren kontrolliert werden muß, legen die vorliegenden Ergebnisse nahe, daß im Einzelfall geprüft werden muß, ob es zulässig ist, die Analysen für mehrere Zentren gemeinsam durchzuführen, oder ob sie für jedes Zentrum einzeln durchgeführt werden müssen. Insbesondere kann die Verwendung der Surrogat-Variablen "Ausbildung" zu Schwierigkeiten führen, da sie, wie in dieser Arbeit deutlich wird, in Potsdam und Heidelberg nicht dasselbe abbildet. / This paper deals with parts of the baseline data of the study European Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC) which has been initiated in 1990, and which aims at examining links between nutrition and chronic diseases in general as well as cancer diseases in particular. In order to be able to identifying the influence of nutritional factors on these diseases it is crucial to take into account the distribution of other known or alleged risk factors existing in the study cohorts. As far as women are concerned, reproductive factors play an essential role among such non-nutritional factors. This paper takes into account the reproductive data of the women in the two German EPIC centers Potsdam (n=16,630) and Heidelberg (n=13,616) and aims at describing and comparing these data. The results show some significant differences between the two study cohorts, such as in regard to the share of nulliparity, which is 10 per cent among the Potsdam cohort, but reaches 20.3 per cent in the Heidelberg group, and in regard to the average age of the women at first birth, which is 23.2 in Potsdam and 25.6 in Heidelberg. Such evident differences and more, which all must be regarded as primarily social factors, become even more significant when one describes the respective cohorts on the basis of the women s age. By way of contrast, primarily biologically determined factors such as the age of menarche differ hardly between Heidelberg and Potsdam. It is remarkable that the data on the use of HRT and oral contraceptives are very similar in both cohorts, too, even if this factor belongs to the socially and society-influenced factors. As for the analyses of links between nutrition and chronic diseases, which represent the major aim of EPIC, and which have to be controlled in regard to the reproductive factors mentioned in this paper, the results presented in this paper suggest that it any forthcoming study has to verify if it is possible to analyze several centers collectively, or if every center has to be analyzed individually. In particular the use of the surrogate-variable "education" can lead to difficulties or misunderstandings, as it has different implications in Potsdam and Heidelberg respectively.

Toutes les formes de vie assemblent et désassemblent continuellement des composés chimiques via un processus de consommation d'énergie appelé métabolisme. Le métabolisme est généralement modélisé en chimie et biologie par un cycle. Ce modèle dynamique traduit la transformation de composés de base en une cascade de produits appelés métabolites. Celui-ci est comparable à un ouragan à l’échelle moléculaire. De manière analogique et imagée un cyclone est constitué de deux éléments, l'air et l'eau, et transforme l’environnement qui l’entoure par un processus endothermique (consommateur d’énergie). Traditionnellement, la recherche chimique sur les origines de la vie est concentrée principalement sur la synthèse de composés chimiques sans suffisamment apprécier leur place dans la plus grande organisation biochimique de la vie. La vie construit toutes ses molécules à partir du dioxyde de carbone, pourtant elle manque étonnamment d'innovation à cet égard. Malgré presque 4 milliards d'années d'évolution, les organismes autotrophes utilisent seulement six voies différentes pour construire leurs molécules à partir du CO2. Parmi elles, deux voies – la voie de l’acétyle CoA (aussi appelée voie Wood-Ljungdahl) et le cycle du rTCA (également appelé le cycle de Krebs inverse) - sont considérées comme primitives, et contiennent les cinq molécules servant de précurseurs chimiques universels pour toute la biochimie. Comment et pourquoi les voies de l’acétyle CoA et du rTCA sont-elles apparues? Pour répondre à cette question, une recherche systématique a été effectuée afin de trouver des catalyseurs chimiques non-enzymatiques ou des minéraux simples, ainsi que des réactifs pouvant promouvoir les réactions d'anabolisme principal, particulièrement la voie de l’Acétyle CoA et le cycle de rTCA. A l’origine, pour créer les molécules organiques complexes comme les enzymes il a fallu que des molécules plus simples avec un moins grand nombre de carbone se forme sur terre et cela à partir du CO2. On peut donc supposer que les premiers produits à plusieurs carbones sont issus de synthèse totalement inorganique comme celles développer dans notre laboratoire, plutôt que d’une évolution chimique et organométallique simultanée, c’est-à-dire une interaction efficace entre une molécule carbonée et un ou plusieurs métaux à l’instar de certains enzymes. Après avoir trouvé autant de façons possible de promouvoir individuellement chaque étapes des cycles catalytiques étudiés, seules les conditions réactionnelles mutuellement compatibles (à savoir des conditions permettant de produire l’ensemble des métabolites dans le bon ordre) ont été retenu. / All life forms continuously build up and break down its constituent chemical building blocks, through an energy consuming process called metabolism. Just like a hurricane’s dynamic patterns and its building blocks (air and water) as being equally fundamental to its nature, so too should metabolism’s dynamic chemical patterns and chemical building blocks be viewed as equally characteristic. Traditionally, much chemical research on the origins of life is overly focused on the synthesis of chemical building blocks without sufficiently appreciating their place in life’s larger biochemical self-organization. Life ultimately builds all of its molecules from carbon dioxide, yet it is surprisingly lacking in innovation in this respect. Despite nearly 4 billion years of evolution, autotrophic organisms use only six pathways to build their molecules from CO2. Two of these pathways – the acetyl CoA pathway (also known as the Wood-Ljungdahl pathway) and rTCA cycle (also known as the reverse Krebs cycle) - are thought to be ancestral, with just five molecules within them serving as the universal chemical precursors for all of biochemistry. How and why did these pathways get their start? To answer this question, a systematic search was designed to find simple, non-enzymatic chemical or mineral catalysts and reagents, that can promote the reactions of core anabolism, particularly the acetyl CoA pathway and the rTCA cycle. After finding as many ways as possible to promote each reaction, they could be narrowed down to mutually compatible conditions where many reactions can occur in sequence. The more of core anabolism that can be achieved under a single set of purely chemical conditions, the more likely it is to have constituted early prebiotic chemistry rather than a later product of chemical and biological evolution.