Namensänderung: Anke Sarut Lopez, geb. Bierlich / Eines der Ziele der pränatalen Diagnostik ist die rechtzeitige Entdeckung von fetalen Erkrankungen und Fehlbildungen. Bei 11-20% der sonographisch diagnostizierten Fehlbildungen liegen chromosomale Aberrationen zugrunde (Holzgreve et al.1990, Gagnon et al.1992). Klinisch relevant sind vor allem die Trisomie 21, Trisomie 18, Trisomie 13, Monosomie X und Triploidie sowie in einigen wenigen Fällen Mosaike und Strukturaberrationen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, anhand von ausgewerteten Fällen fetaler Chromosomenanomalien die jeweiligen Spektren sonographischer Auffälligkeiten darzustellen. Für die einzelnen Fehlbildungen und Hinweiszeichen sollten die häufigsten zugrundeliegenden Chromosomenstörungen herausgefunden werden. Dazu wurden retrospektiv die Ultraschallbefunde von 118 Feten mit Chromosomenaberrationen analysiert, die in einem Zeitraum von 3,5 Jahren (1994-1997) an der Abteilung "Pränatale Diagnostik und Therapie" der Universitätsfrauenklinik der Charité diagnostiziert wurden. Material und Methoden: Der Zeitpunkt der Diagnose lag zwischen der 11.-38. (Median 20.SSW) Schwangerschaftswoche. Vor der 24.SSW. wurden 80% (94/118) der Fälle erkannt. Bei 60% (71/118) der Schwangeren war ein auffälliger Ultraschallbefund der Grund zur Überweisung an das Perinatalzentrum. 75% der Schwangeren (88/118) waren jünger als 35 Jahre. Neben Fehlbildungen im Bereich des ZNS, des Schädels/Gesichts, des Herzens, des Abdomens, der Nieren und der Extremitäten wurden auch zystische Hygromata colli, intrauterine Wachstumsretardierung und Anomalien des Fruchtwassers und der Plazenta analysiert. Als Hinweiszeichen wurden Anomalien des ZNS (dilatierte Cisterna magna, dilatierte Lateralventrikel, Plexus choroideus-Zysten, Brachycephalie), Nackenödem, Pyelectasie, echogener Darm, singuläre Umbilikalarterie, relativ verkürzter Femur, hypoplastische Mittelphalanx des fünften Fingers und echogener Focus im Herzen untersucht. Ergebnisse und Schlußfolgerungen: Die einzelnen Chromosomenanomalien zeigen jeweils typische Spektren an Fehlbildungen und Hinweiszeichen. Die Bilder der Trisomie 18 und Trisomie 13 überlappen sich, so daß allein mit Hilfe von Ultraschall die Unterscheidung nicht immer möglich ist. Aufgrund der Tatsache, daß die Ursache fetaler Fehlbildungen häufig Chromosomenanomalien sind, sollte die sonographische Diagnose einer Fehlbildung unabhängig vom mütterlichen Alter oder der Schwangerschaftswoche eine Bestimmung des fetalen Chromosomensatzes nach sich ziehen. Anhand der vorliegenden Studie konnte jedoch auch nachgewiesen werden, daß die beschriebenen Hinweiszeichen Marker chromosomaler Anomalien sind, die zur Erhöhung der Sensitivität des Ultraschalls bei der Entdeckung von Chromosomenstörungen beitragen. Damit bestätigt sich die bisher angewandte Vorgehensweise der invasiven Diagnostik bei Vorliegen von mindestens zwei Hinweiszeichen, wobei zukünftig auch Anomalien wie der echogene Focus im Ventrikel des fetalen Herzens, ZNS-Hinweiszeichen, singuläre Umbilikalarterie und die verkürzte Femurlänge einbezogen werden sollen. / One of the objects of prenatal diagnostics is the early detection of fetal illnesses and malformations. About 11-20% of sonographically diagnosed malformations show underlying chromosomal defects. (Holzgreve et al. 1990, Gagnon et al. 1992). Of clinical interest are Trisomy 21, Trisomy 18, Trisomy 13, Monosomy X and Triploidy, in a few cases mosaics and structural aberrations. The aim of this study was to demonstrate typical features of the respective chromosomal aberrations on the basis of analysed cases of fetal chromosomal abnormalities. For the individual malformations and minor anomalies the aim was to find out the most frequent underlying chromosomal defects. Ultrasound findings of 118 affected fetuses were evaluated retrospectively, diagnosed during a period of 3.5 years (1994-1997) at our unit of Prenatal Diagnostics and Therapy, Dept. of Obstetrics and Gynecology Charité. Material and methods: Time of diagnosis was between 11.-38.week (median 20.week). 80% of cases (94/118) were detected before 24 weeks of gestation. Ultrasound findings were indication for referal to our centre in 60% of cases (71/118). 75% of pregnant woman (88/118) were younger than 35 years. The following structural malformations and pathologic findings were evaluated: malformations of the brain, head/face, the heart, the abdomen, the kidneys, extremities, cystic hygromata, intrauterine growth retardation and abnormalities of amnion fluid and placenta. Furthermore we studied the following markers: anomalies of the brain (dilated Cisterna magna and lateral ventricles, choroid plexus cysts, brachycephaly), nuchal thickening, pyelectasis, echogenic bowel, singular umbilical artery, relatively short femur, hypoplastic middle phalanx of the 5th digit and intracardiac echogenic focus. Results and conclusions: Each chromosomal aberration demonstrates its own sonographical feature of malformations and minor anomalies. Ultrasound findings of Trisomy 18 and Trisomy 13 overlap each other so that by sonography alone the distinction is not always possible. After diagnosing a malformation fetal karyotyping should be offered to the patient, independent of maternal age. On the results of this study we can conclude that the minor anomalies described above contribute to increase the sensitivity of sonography in detecting fetal chromosomal defects. Thus the methodology of applying invasive testing in the presence of at least two minor anomalies is acknowledged, whereby in the future also anomalies like intracardiac echogenic focus, abnormalities of the brain, singular umbilical artery and short femur should be taken into the evaluation.

YB-1 (Y-Box-binding Protein 1) est une protéine multifonctionnelle qui affecte plusieurs processus biologiques incluant la transcription, la traduction, la réparation de l’ADN et le développement embryonnaire. YB-1 appartient à une large famille de protéines liant l’ADN / l’ARN avec un motif très conservé à travers l’évolution appelé CSD (Cold Shock Domain). YB-1 est une protéine surexprimée dans plusieurs tumeurs et affecte les différentes voies de développement des cancers. Une surexpression de la protéine YB-1 rend les cellules des cancers du sein, ovariens et colorectaux résistants aux composés à base de platine. La protéine YB-1 présente beaucoup d’intérêts thérapeutiques pour lutter contre les cancers. Bien que plusieurs approches visant à cibler la protéine YB-1 aient été développées pour prévenir et traiter des patients, un effort substantiel reste nécessaire puisque la fonction multiple de la protéine YB-1 doit être prise en considération. Les buts de ce projet sont d’identifier les partenaires de la protéine YB-1 impliqués au niveau de la chimiorésistance dans différents types de cancers aux composés à base de platine et de développer de nouvelles approches thérapeutiques potentielles. Pendant cette étude, nous avons identifié les protéines NONO et RALY comme nouveaux partenaires de la protéine YB-1 dans les cellules des cancers colorectaux. Nous avons démontré que les protéines NONO et RALY sont impliquées au niveau de la chimiorésistance des cellules des cancers colorectaux aux composés à base de platine. Cette étude a aussi permis d’identifier RPS4X comme nouveau partenaire de la protéine YB-1 impliqué au niveau de la chimiorésistance des cellules du cancer du sein et ovarien au cisplatine. La protéine RPS4X est un nouveau biomarqueur prédictif et pronostic pour les patientes atteintes du cancer de l’ovaire et traitées au cisplatine. Le biomarqueur RPS4X représente ainsi, une nouvelle cible thérapeutique potentielle pour contrecarrer la chimiorésistance des cancers aux composés à base de platine incluant les tumeurs avec une surexpression de la protéine YB-1. Le niveau d’expression de la protéine RPS4X pourrait être utilisé en première ligne pour la sélection des thérapies pour des patientes atteintes des cancers ovariens et du sein. / YB-1 (Y-Box-binding Protein 1) is a multifunctional protein involved in several cellular processes including transcription, translation and DNA repair. YB-1 is important for late-stage embryonic development and belongs to the family of DNA/RNA-binding proteins with an evolutionarily ancient conserved Cold Shock Domain (CSD). YB-1 is overexpressed in many malignant tissues and plays an important role in the development of cancer. Many studies reported that high expression of YB-1 protein is associated with a worse prognosis in cancer patients. Moreover, an overexpression of YB-1 protein in breast, colorectal and ovarian cancer cell lines induced chemoresistance to platinum agents. YB-1 protein is a good therapeutic target to counteract platinum resistance in cancer. Different strategies for novel therapeutic approaches targeting YB-1 protein were used to prevent and treat people with cancer. The use of YB-1 as a therapeutic targets is still a big challenge in research and its multifunctional properties should be taken into consideration when developing a new therapy against YB-1. The goals of this project are to identify YB-1-interacting proteins required for platinum agents resistance in cancer cell lines and to develop a potential therapeutic target to treat cancers. During this study, NONO and RALY proteins were identified as new partners of YB-1 protein in colorectal cancer cell lines. We proved that NONO and RALY are significant potential target to counteract oxaliplatin resistance in colorectal cancers including tumors overexpressing the YB-1 protein. In addition, we found RPS4X protein as new a partner of YB-1 involved in cisplatin resistance in beast and ovarian cancers. These results suggest that the RPS4X protein is a significant potential target to counteract cisplatin resistance in breast and ovarian cancers. Also, we have established that RPS4X is a new promising prognostic marker for patients with high-grade serous ovarian cancer. More importantly, RPS4X is shown to be predictive of cisplatin response. RPS4X could thus be useful when selecting the first line therapies for patients with breast and ovarian cancer.

Résumé Cette thèse consiste en trois thèmes résumés dans les paragraphes ci-dessous. L’influence de différents groupements protecteurs du groupe hydroxyle lors des réactions d’ouverture des cis- et trans- 3-hydroxy-1,2-époxycycloalcanes a été étudiée. Il a été montré que Yb(OTf)3 constituait un catalyseur doux pour l’ouverture régiosélective de cycles afin d’obtenir les -anilino cycloalcanols correspondants avec de bons rendements. Le chauffage du milieu réactionnel dans le toluène comme solvant a permis d’augmenter la cinétique de la réaction, au dépend du rendement. La partie aniline a été régiosélectivement introduite en position vicinale du groupe hydroxyle ou éther afin d’obtenir un unique régioisomère. La même tendance a été observée avec les époxydes du 3-azidocyclohex-1-ène et du 3-carbamate correspondant. Le temps de réaction a été réduit lorsque Yb(OTf)3 a été dissous dans l’acétonitrile. Le triflate d’ytterbium (III) a également été utilisé comme catalyseur pour l’ouverture de cycle régiosélective d’aziridines non-activées sur des cyclohexanes portant des substituants azotures ou éthers de benzyle. L’ion azoture ou l’aniline forment les produits trans correspondants, donnant alors accès à des diamines vicinales avec de bons rendements. Un éther ω-alcoxy p-méthoxybenzylique racémique, inhibiteur de HDAC, a été ainsi préparé en huit étapes synthétiques (rendement total de 26%) à partir du 1-((tert-butyldiphénylsilyl)oxy)hept-6-èn-2-ol. Ceci représente un progrès par rapport à la précédente méthode (9 étapes, rendement total de 16%). La métathèse croisée se montre particulièrement efficace et pratique dans cette stratégie et l’alkylation par le trichloroacétimidate de p-méthoxybenzyle en présence de Sc(OTf)3 améliore le rendement global de la synthèse. Un aminoalcool présent dans la pactamycine et contenant le squelette carboné, les groupements fonctionnels et la stéréochimie requise a été synthétisé en 27 étapes à partir de la L-thréonine. La méthodologie décrite dans cette thèse permet la synthèse de cet intermédiaire clé à l’échelle multigramme. / Abstract Ring-opening reactions of epoxides and aziridines have been extensively studied. The influence of different protecting groups on the hydroxyl group in the ring-opening reactions of cis- and trans- 3-hydroxy-1,2-cycloalkane epoxides with aromatic amines was studied. It was shown that Yb(OTf)3 in toluene was a mild catalyst for regioselective ring-opening, to give -anilino cycloalkanols in good yields. Heating the reaction mixture accelerated the rate of the reaction, albeit at the expense of yield. The aniline moiety was regioselectively added at the carbon furthest from the hydroxyl or ether group to yield a single regioisomer. The same trend was also observed with 3-azidocyclohex-1-ene epoxides and the corresponding 3-carbamates. The reaction time became shorter when acetonitrile was used as solvent, possibly due to the homogeneous medium. Ytterbium(III) triflate has also been used as the catalyst for the regioselective ring-opening of unactivated aziridines in cyclohexanes having an azide or benzyl ether substituent. Azide ion or aniline forms the corresponding trans-products giving access to vicinal diamines in good yields. A racemic ω-alkoxy p-methoxy benzyl ether HDAC inhibitor has been prepared in 8 synthetic steps (26% overall yield) from 1-((tert-butyldiphenylsilyl)oxy)hept-6-en-2-ol. This is an improvement over the published method (9 steps, 16% overall yield). The cross-metathesis method proved to be efficient and practical in this strategy, and alkylation using p-methoxybenzyl trichloroacetimidate in the presence of Sc(OTf)3 improved the overall yield of the synthesis. An amino alcohol that contains all the core carbons, functional groups and the required stereochemistry present in pactamycin was obtained starting from L-threonine over 27 steps. The methodology described in this thesis allows for a synthesis of this key intermediate on a multigram scale.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Neste trabalho apresentamos uma investigaÃÃo dos compostos RVO4 (onde R = Sm, Ho, Yb e Lu) e La1-xCexPO4 (onde x = 0,00, 0,04, 0,16, 0,22, 0,32 e 1,00) atravÃs da tÃcnica de espalhamento Raman. Medidas de espalhamento Raman polarizadas foram realizadas nos compostos RVO4 para obter uma descriÃÃo dos fÃnons a temperatura ambiente melhor do que aquelas publicadas anteriormente na literatura. Observamos que a freqÃÃncia da maioria dos fÃnons aumenta com o aumento do nÃmero atÃmico (Z) de R. Este comportamento resulta da contraÃÃo da rede quando R vai de La atà Lu. Por outro lado, devido Ãs dimensÃes e forma dos compostos La1-xCexPO4, medidas de espalhamento Raman nÃo-polarizadas foram usadas para obter seus espectros de fÃnons a temperatura ambiente. Nenhuma mudanÃa apreciÃvel foi observada, indicando que a rede do composto LaPO4 nÃo sofre modificaÃÃes considerÃveis por causa da dopagem de Ce. Contudo alguns fÃnons extras ou adicionais foram observados. A origem desses modos advÃm, provavelmente, da ativaÃÃo de modos infravermelho causadas por quebras de regras de simetria. / In this work we present a Raman investigation of RVO4 (where R = Sm, Ho, Yb and Lu) and La1-xCexPO4 (where x = 0,00, 0,04, 0,16, 0,22, 0,32 and 1,00) compounds. Polarized Raman scattering measurements were carried out in the RVO4 compounds to obtain a better description of the room temperature phonons than those previously reported in literature. We observe that the frequencies of most of phonons increase with increasing atomic number (Z) of R. This behavior results from the lattice contraction when R goes from La to Lu. On the other hand, due to their dimensions and shape, unpolarized Raman scattering was used to investigate the room temperature phonon spectra of La1-xCexPO4 compounds. No appreciable changes were observed, indicating that the LaPO4 lattice is not substantially modified by Ce doping. However, some extra or additional phonons were observed. The origin of these modes comes probably from the activation of infrared modes due to the breakdown of symmetry rules.

Résumé Cette thèse consiste en trois thèmes résumés dans les paragraphes ci-dessous. L’influence de différents groupements protecteurs du groupe hydroxyle lors des réactions d’ouverture des cis- et trans- 3-hydroxy-1,2-époxycycloalcanes a été étudiée. Il a été montré que Yb(OTf)3 constituait un catalyseur doux pour l’ouverture régiosélective de cycles afin d’obtenir les -anilino cycloalcanols correspondants avec de bons rendements. Le chauffage du milieu réactionnel dans le toluène comme solvant a permis d’augmenter la cinétique de la réaction, au dépend du rendement. La partie aniline a été régiosélectivement introduite en position vicinale du groupe hydroxyle ou éther afin d’obtenir un unique régioisomère. La même tendance a été observée avec les époxydes du 3-azidocyclohex-1-ène et du 3-carbamate correspondant. Le temps de réaction a été réduit lorsque Yb(OTf)3 a été dissous dans l’acétonitrile. Le triflate d’ytterbium (III) a également été utilisé comme catalyseur pour l’ouverture de cycle régiosélective d’aziridines non-activées sur des cyclohexanes portant des substituants azotures ou éthers de benzyle. L’ion azoture ou l’aniline forment les produits trans correspondants, donnant alors accès à des diamines vicinales avec de bons rendements. Un éther ω-alcoxy p-méthoxybenzylique racémique, inhibiteur de HDAC, a été ainsi préparé en huit étapes synthétiques (rendement total de 26%) à partir du 1-((tert-butyldiphénylsilyl)oxy)hept-6-èn-2-ol. Ceci représente un progrès par rapport à la précédente méthode (9 étapes, rendement total de 16%). La métathèse croisée se montre particulièrement efficace et pratique dans cette stratégie et l’alkylation par le trichloroacétimidate de p-méthoxybenzyle en présence de Sc(OTf)3 améliore le rendement global de la synthèse. Un aminoalcool présent dans la pactamycine et contenant le squelette carboné, les groupements fonctionnels et la stéréochimie requise a été synthétisé en 27 étapes à partir de la L-thréonine. La méthodologie décrite dans cette thèse permet la synthèse de cet intermédiaire clé à l’échelle multigramme. / Abstract Ring-opening reactions of epoxides and aziridines have been extensively studied. The influence of different protecting groups on the hydroxyl group in the ring-opening reactions of cis- and trans- 3-hydroxy-1,2-cycloalkane epoxides with aromatic amines was studied. It was shown that Yb(OTf)3 in toluene was a mild catalyst for regioselective ring-opening, to give -anilino cycloalkanols in good yields. Heating the reaction mixture accelerated the rate of the reaction, albeit at the expense of yield. The aniline moiety was regioselectively added at the carbon furthest from the hydroxyl or ether group to yield a single regioisomer. The same trend was also observed with 3-azidocyclohex-1-ene epoxides and the corresponding 3-carbamates. The reaction time became shorter when acetonitrile was used as solvent, possibly due to the homogeneous medium. Ytterbium(III) triflate has also been used as the catalyst for the regioselective ring-opening of unactivated aziridines in cyclohexanes having an azide or benzyl ether substituent. Azide ion or aniline forms the corresponding trans-products giving access to vicinal diamines in good yields. A racemic ω-alkoxy p-methoxy benzyl ether HDAC inhibitor has been prepared in 8 synthetic steps (26% overall yield) from 1-((tert-butyldiphenylsilyl)oxy)hept-6-en-2-ol. This is an improvement over the published method (9 steps, 16% overall yield). The cross-metathesis method proved to be efficient and practical in this strategy, and alkylation using p-methoxybenzyl trichloroacetimidate in the presence of Sc(OTf)3 improved the overall yield of the synthesis. An amino alcohol that contains all the core carbons, functional groups and the required stereochemistry present in pactamycin was obtained starting from L-threonine over 27 steps. The methodology described in this thesis allows for a synthesis of this key intermediate on a multigram scale.

What if an elementary particle such as an electron had an intrinsic electric dipole moment (EDM)? Existence of such an EDM would be an indication of time-reversal symmetry violation in the laws of Physics. The Standard model of Physics is considered incomplete, and theories that go beyond the standard model predict existence of such EDM’s within experimental reach. Experiments that search for their existence serve as a test bed for these theories. Use of laser-cooled Yb atoms launched in a fountain for EDM search has been proposed earlier. This thesis describes the main experimental work on generating a continuous cold beam of Yb atoms using laser cooling. Such cold beams are ideal for performing EDM experiments and have several advantages over the more common pulsed fountain. We demonstrate two ways to achieve this (i) extracting the beam from atoms trapped in 2- dimensions and (ii) deflecting the atomic beam using 1D-optical molasses. We find that the latter method gives a longitudinal temperature of 41 mK, which is a factor of 3 better than the former one. We also demonstrate the implementation of Ramsey’s separated oscillatory field technique in a thermal beam to measure the larmor precession frequency with high precision. This serves as a first step towards implementation with cold beam. Extending the work reported here, we suggest future experiment for measuring an EDM.

In dieser Studie sind die Massenvolumina und die Innenvolumina rechter und linker Ventrikel von 36 Patienten (15 Frauen und 21 Männer, im Alter zwischen 24 und 82 Jahren, mittleres Alter 54 Jahre) mittels transösophagealer Echokardiographie (TEE, HP SONOS 1500 mit einen rotierenden 5Mhz Schallkopf) und Magnetresonanztomographie (MRT, 1,5T Ganzkörper-MRT - ACS, Philips. T1-gewichtete Turbo-Gradientenecho-Sequenz) untersucht worden. Ziel ist es beide Untersuchungsmethoden auf Übereinstimmungen und Unterschiede bei Messung von Massenvolumina und Innenvolumina beider Ventrikel unter Berücksichtigung von Sinusrhythmus (26 Ventrikel) und Vorhofflimmern (18 Ventrikel) zu überprüfen. Dabei werden sowohl die Innenvolumina, die freien Wände und die Septen jeweils in der Enddiastole und in der Endsystole verglichen als auch die abgeleiteten Parameter, Ejektionsfraktionen und Schlagvolumina. Beide Methoden werden mit der Scheibchen-Summationsmethode aus jeweils vier Einzelmessungen verglichen. Die graphische und statistische Auswertung erfolgt mittels Bland-Altmann-Plot. Im T-Test für unverbundene Stichproben stellt sich kein signifikanter Unterschied zwischen linken und rechten sowie zwischen großen und kleinen Ventrikeln heraus. Es besteht ein signifikanter Unterschied zwischen Ventrikeln mit Vorhofflimmern und Sinusrhythmus, so dass wir hier einen Vergleich aufstellen. Die enddiastolischen Messungen der Innenvolumina und freien Wände zeigen deutliche Diskrepanzen der Ventrikel mit Sinusrhythmus und Vorhofflimmern - um etwa das Doppelte der Standardabweichung und des systematischen Fehlers. Die enddiastolischen Septen sind annährend gleich gut dargestellt. In der Endsystole liefern die Messungen der Innenvolumina, der freien Wände und der Septen annähernd gleiche Ergebnisse wie in der Enddiastole. Die errechneten Ejektionsfraktionen haben sowohl bei Sinusrhythmus als auch bei Vorhofflimmern gleich gut Standardabweichungen und systematische Fehler. Ähnlich verhält es sich bei den Daten der Schlagvolumina. Absolut betrachtet liefern beide volumetrischen Messmethoden bei Ventrikeln mit Sinusrhythmus und Vorhofflimmern akzeptable Ergebnisse, da die Differenzen nur wenige Milliliter betragen. / This study compares the feasibility of calculating the masses and the inner volumes the of right and left heart ventricles in 36 patients (15 female and 21 male, ages between 24 and 82 years, mean 54 years) with transesophageal echocardiography (TEE, HP SONOS 1500 with a rotating 5Mhz transducer) and cardiac MRI (1,5Tesla whole body MRI, ACS Philips with a Synergy Cardiac Coil, T1-Turbo Gradient Echo). We want to compare both methods in calculating the inner volumes, the septal and the free myocardial masses in endsystolic and enddiastolic phases as well as the ejection fraction (EF) and the stroke volume (SV) in ventricles with sinusrhythm (n=26) and with atrial fibrillation (n=18). Both methods are evaluated by a disc-summation method from a mean value of four different measurement. The statistic analysis is done with a Bland-Altmann-Plot. The T-test shows no significant difference between big and small or right and left ventricular masses, but it shows a significant difference in the measured data of ventricles with sinusrhythm and those with atrail fibrillation. A subgroup analysis is performed on the latter. The standard error of mean and the systemic mistake of the inner- and myocardial-volumes differ about double the size with ventricles in atrial fibrillation from those with sinusrhythm. The septal volumes show no differences in both subgroups. The endsystolic measurements are about equal from those in the enddiastolic phase. The EF and the SV have equal standard error of means and systemic mistakes in both subgroups of sinusrhythm and atrial fibrillation. In conclusion both methods are equally reliable in the volumetric measurement of ventricles with sinusrhythm and atrial fibrillation, because the absolute value differs just a few milliliters.

Der Herzmuskel muss sich einer dynamischen und sich mechanisch verändernden Umgebung anpassen. Die Mechanosignaltransduktion ermöglicht es Zellen mechanischen Kräfte zu erfassen und durch nachgeschaltete biochemische Signalkaskaden darauf zu reagieren. Obwohl verschiedene Gewebestrukturen und Proteine damit in Verbindung gebracht wurden, wie das Herz die mechanischen Kräfte wahrnimmt, ist unser Verständnis der kardialen Mechanosignaltransduktion unvollständig. Durch Dehnung aktivierte Ionenkanäle spielen eine wichtige Rolle bei der mechanosensitiven Autoregulation des Herzens. Um die funktionelle Rolle von PIEZO1 in Kardiomyozyten zu untersuchen, habe ich daher PIEZO1 in induzierten pluripotenten Stammzellen mittels Genomeditierung deletiert. Die PIEZO1-/- Zellen wurden dann in lebensfähige, herzähnlich schlagende Kardiomyozyten differenziert. In phänotypische Analysen der elektrophysiologischer Eigenschaften, Zellmorphologie und der herzähnlichen Schlagaktivität habe ich den Effekt der PIEZO1-deletion in genomeditierten Kardiomyozyten untersucht. Die Deletion von PIEZO1 zeigte zum ersten Mal, dass es PIEZO1-abhängige dehnungsaktivierte und Kalzium-Ströme in vom Menschen stammenden differenzierten Kardiomyozyten gibt. Dies legt nahe, dass PIEZO1 eine Rolle in der Mechanosignaltransduction in Herzzellen spielt. Darüber hinaus zeigte eine RNA-Sequenz Analyse, dass der Verlust von PIEZO1 in vom Menschen stammenden differenzierten Kardiomyozyten mit der Herunterregulation von Proteinen korreliert, die für die extrazellulärer Matrix von Bedeutung sind. Diese Daten unterstreichen die Rolle von PIEZO1 in Kardiomyozyten und legen seine Bedeutung für die Organisation und Struktur der extrazellulären Matrix nahe. / The cardiac muscle has to adapt in a highly dynamic mechanical environment. Mechanotransduction is the process that allows cells to sense the mechanical forces and respond by downstream biochemical signaling cascades. Although different tissue structures and proteins have been implicated in how the heart senses the mechanical forces, yet our understanding in cardiac mechanotransduction is incomplete. Stretch-activated channels (SACs) have been suggested to play an important role in the mechanosensitive autoregulation of the heart. PIEZO1 is a stretch-activated channel and has been involved in vascularization, erythrocyte volume homeostasis and regulation of the baroreceptor reflex, yet its role in cardiac mechanotransduction has not been described. To study the functional role of PIEZO1 in cardiomyocytes I have generated a PIEZO1 knockout (KO) human induced pluripotent cell (hiPSC) line using genome editing technology. The genome edited cells were then differentiated into viable, beating cardiomyocytes. Different phenotypic analyses were conducted, including the evaluation of electrophysiological characteristics, observation of cell morphology and beating activity of the genome edited hiPSC-derived cardiomyocytes. With this approach the aim was to gain more insight into PIEZO1 function in cardiomyocytes using a reliable, efficient and reproducible human cellular model system. For the first time PIEZO1-dependent calcium transients and stretch-activated currents were observed in hiPSC-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs). This proposes a possible role of PIEZO1 as a cardiac mechanotransducer. Furthermore, RNA-seq analysis revealed that loss of PIEZO1 in hiPSC-CMs is associated with downregulation of the expression of extracellular matrix-associated proteins. These data highlight the role of PIEZO1 in cardiomyocytes and suggest its implication in extracellular matrix organization and structure.

Die COPD (chronic obstructive pulmonary disease) ist eine weltweit vorkommende, chronisch obstruktive Erkrankung der Lunge. Sie gilt als vierthäufigste Todesursache weltweit, wobei ein Viertel der akuten bakteriellen Exazerbationen auf eine Infektion mit Moraxella catharralis zurückzuführen sind. Sowohl das akute, als auch das chronische Entzündungsbild der COPD wird überwiegend durch neutrophile Granulozyten in den Atemwegen bestimmt, die neben antimikrobiellen Effektorfunktionen durch Freisetzung von Zytokinen auch die Entzündungsreaktion bzw. Immunantwort regulieren können. In dieser Arbeit wurde untersucht inwiefern die Interaktion von M.catarrhalis mit dem humanen Granuloyzten-spezifischen Rezeptor carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule (CEACAM)3 zu einer Aktivierung der neutrophilen Granuloyzten sowie zu einer NF-kappaB-abhängigen Chemokinproduktion führt. Primäre Granulozyten gesunder Spender sowie NB4 Zellen wurden mit M.catarrhalis in Anwesenheit verschiedener Inhibitoren, siRNA oder CEACAM-blockender Antikörper infiziert und anschließend die Chemokinsekretion mittels ELISA bestimmt. Mit Hilfe eines Luziferase Reportergenassays und Chromatinimmunpräzipitation wurde die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kappaB untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass die spezifische Interaktion von CEACAM3 mit M. catarrhalis UspA1 in einer Aktivierung neutrophiler Granulozyten resultiert. Desweiteren kommt es zu einer CEACAM3-UspA1 abhängigen Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kappaB und verstärkter Sekretion proinflammatorischer Chemokine. Die NF-kappaB-Aktivierung ist abhängig von der Phosphorylierung des CEACAM3 ITAM-like Motivs und erfolgt über den Syk und Card9 Signalweg. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass neutrophile Granulozyten in der Lage sind, die durch M. catarrhalis induzierte Atemwegsentzündung in der COPD über den Oberflächenrezeptor CEACAM3 spezifisch zu modulieren. / The chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is the fourth most common cause of death worldwide. 25 % of the acute bacterial exacerbations are caused by infection with the human restricted pathogen Moraxella catharralis. Both the acute and the chronic inflammatory stage of COPD are predominantly determined by neutrophil granulocytes in the respiratory tract, which in addition to antimicrobial effector functions can also regulate the inflammation or immune response by releasing cytokines. This work investigated if the interaction of M. catarrhalis with the human granulocyte-specific receptor carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule (CEACAM) 3 leads to an activation of the neutrophil granulocytes and to a NF-kappaB-dependent chemokine production. Primary granulocytes from healthy donors as well as NB4 cells were infected with M. catarrhalis in the presence of various inhibitors, siRNA or CEACAM-blocking antibodies, and then chemokine secretion was determined by ELISA. Using a luciferase reporter gene assay and chromatin immunoprecipitation, activation of the transcription factor NF-kappaB was investigated. In this work it could be shown that the specific interaction of CEACAM3 with M. catarrhalis UspA1 results in the activation of neutrophil granulocytes. Furthermore, there is a CEACAM3-UspA1-dependent activation of the transcription factor NF-kappaB and increased secretion of proinflammatory chemokines. NF-kappaB activation is dependent on the phosphorylation of the CEACAM3 ITAM-like motif and occurs via the Syk and Card9 signaling pathways. The results suggest that neutrophil granulocytes are able to specifically modulate M. catarrhalis induced airway inflammation in COPD via the surface receptor CEACAM3.

Die invasive Aspergillose (IA) wird mehr und mehr zu einem lebensbedrohlichen Problem bei immunsupprimierten Patienten. Der Hauptverursacher der IA ist der Aspergillus fumigatus. Es existieren verschiedene DNS-Extraktions-Methoden und PCR Assays, um Aspergillus fumigatus DNS in Bronchiallavagen (BAL) nachzuweisen. Häufig sind diese Methoden langwierig und verdeutlichen den Bedarf an einer klinisch relevanten Methode, mit der der Aspergillus-fumigatus-DNS Nachweis schnell und zuverlässig erbracht werden kann. Wir haben eine schnelle Methode entwickelt, mit der wir quantitative Ergebnisse innerhalb sechs Stunden erhalten können. Es wurde ein Extraktionsverfahren auf mechanischer Basis (FastPrep), in Kombination mit einer real-time-PCR, basierend auf der TaqMan- Technologie, etabliert. Dazu wurde eine Aspergillus-fumigatus-spezifischeSonde entwickelt und ein Aspergillus-fumigatus-spezifisches Primerpaar eingesetzt. Durch den Einsatz einer Standardreihe wurden die Ergebnisse quantifiziert. Es wurden hauptsächlich Bronchiallavagen sowie andere Materialien von 204 Patienten untersucht. Die Patienten wurden hinsichtlich ihres Verdachtes an einer IA erkrankt zu sein, anhand bestimmter Kriterien (EORTC) in bestimmte Gruppen eingeteilt. Die Ergebnisse wurden innerhalb der einzelnen Gruppen analysiert. Bei allen 8 Patienten mit bewiesener IA gelang der Nachweis von Aspergillus-fumigatus-DNS. In dieser Gruppe konnten quantitativ die höchsten Werte gemessen werden. Des Weiteren konnte eine Rückläufigkeit der Werte mit abnehmendem Aspergillose-Verdacht, sowie nach erfolgter antimykotischer Therapie beobachtet werden. Die diagnostische Sensitivität der Methode beträgt 81,3%, die Spezifität liegt bei 93,7%. Der positive prädiktive Wert ist 72,2%, der negative prädiktive Wert beträgt 96,1%. Als zusätzlicher Baustein in einer umfangreichen Gesamtdiagnostik, kann diese Methode einen Beitrag zur Verbesserung molekularer Nachweisverfahren leisten. / Invasive aspergillosis (IA), often caused by Aspergillus fumigatus, is an important cause of death of immunocompromised patients. Several DNA-extraction methods and PCR assays are available for detecting Aspergillus fumigatus DNA in bronchoalveolar lavage (BAL) samples of patients with invasive aspergillosis. These methods are often time consuming and emphasize the need to develop a clinical relevant rapid DNA isolation assay that gives reliable results in a short time. We have developed a new and rapid method which yields results within six hours.This was achieved by combining high-speed cell disruption using a mechanical extraction procedure (FastPrep), with a real-time PCR assay based on TaqMan technology.A newly designed Aspergillus-fumigatus-specific probe and Aspergillus-fumigatus-specific primers were established. This combination also produces quantitative results by comparing the results with a DNA serial dilution used in the real-time PCR. BAL fluids and other material from 204 patients were analyzed. According to the risk for an IA, the patients were devided in different groups, using specific criteria published by the EORTC. The results were related to these groups. For all 8 patients with proven IA, the detection of Aspergillus-fumigatus-DNA succeeded. In this group, the highest amount of Aspergillus-fumigatus-DNA was detected. A decraesing quantitiy of Aspergillus-fumigatus-DNA could be detected after antifungal treatment and connected with the decreasing suspicion of an IA in the other groups. The diagnostic sensitivity of this method is 81,3%, the specifity is 93,7%. The positive predictive value is 72,2%, the negative predicitive value 96,1%. Adjunctive use of these method may be helpful in the diagnosis of IA.