Kardialen Strukturen, wie dem koronaren oder endokardialen Endothel, dem Myokard und auch dem Perikard werden unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen zunehmend autokrine oder parakrine Funktionen zugesprochen. Es ist gut belegt, dass das Herz durch Freisetzung von löslichen Mediatoren nach Myokardischämie einen entscheidenden Anteil an der postischämischen Regulation der Vasomotion hat. Allerdings weniger bekannt ist die Bedeutung einer Mediator-vermittelten kardialen Autoregulation bei postischämischen Veränderungen der Myokardkontraktilität. In dieser Arbeit wird eine neue negativ inotrope Substanz(en) (NIS) beschrieben, die nach myokardialer Ischämie aus isolierten Herzen freigesetzt wird und die an sequentiell perfundierten Herzen, die als Bioassay eingesetzt werden, einen deutlichen kardiodepressiven Effekt hervorruft. In isolierten Feld-stimulierten Rattenkardiomyozyten reduziert NIS dosisabhängig die systolische Zellverkürzung und den Ca2+-Transienten (Konfokale Laser Scan Mikroskopie). Der negativ inotrope Effekt setzt sowohl in isolierten Herzen als auch Kardiomyozyten schnell ein und ist reversibel. Katecholamine maskieren und überspielen den negativ inotropen Effekt in Abhängigkeit von der Ischämiedauer. Voltage clamp Untersuchungen auf Einzelzellebene zeigten, dass NIS den Ca2+-Einstrom Ica über die L-Typ Ca2+-Kanäle reduziert. Somit scheint NIS die Myokardkontraktilität und Zellverkürzung über eine Verminderung der intrazellulären systolischen Ca2+-Konzentrationen durch Blockade der L-Typ Ca2+-Kanäle zu reduzieren und nicht etwa über eine Ca2+-Desensitivierung. Derzeit ist noch nicht geklärt, über welchen Mechanismus NIS den Ca2+-Einstrom blockiert. Da weder die Gewebsspiegel von cGMP und cAMP noch die PKA Aktivität durch NIS moduliert werden, ist es unwahrscheinlich, dass eine Dephosphorylierung von Untereinheiten des L-Typ Ca2+-Kanals der Funktionsweise von NIS zu Grunde liegt. Die Ergebnisse legen nahe, dass NIS direkt mit dem Ca2+-Kanal interagiert, z.B. durch Bindung an ein Kanalprotein. Die chemische Struktur von NIS ist derzeit noch ungeklärt, allerdings gibt es Hinweise, dass es sich nicht um ein Protein handelt. Die Substanz(en) ist stabil, Hitze-resistent (56°) und ein dialysierbares Molekül mit einem geringen Molekulargewicht (< 0.5 kDa). Die kardiodepressorische Substanz(en) wird nicht vom Koronarendothel freigesetzt. Eine abschließende Bewertung, ob NIS durch Aggravation der kontraktilen Dysfunktion myokardschädigend oder durch Senkung des myokardialen Sauerstoffverbrauches kardioprotektiv wirkt, ist derzeit noch nicht möglich. / Autocrine and paracrine functions are increasingly being attributed under physiological and pathophysiological conditions to cardiac structures such as the coronary or endocardial endothelium, the myocardium, and the pericardium as well. Reliable evidence exists to confirm that the heart, through the release of soluble mediators after myocardial ischemia, plays a decisive role in post-ischemic regulation of vasomotion. Less well-known, however, is the significance of mediator-effected cardiac autoregulation in cases of post-ischemic changes of myocardial contractility. This study describes a new negative inotropic substance or substances, NIS, released from isolated hearts after myocardial ischemia. NIS elicits marked cardiodepressive effects on sequentially perfused hearts used as bioassays. In isolated field-stimulated rat cardiomyocytes, NIS reduces, as a function of dose, systolic cell shortening and Ca2+ transients (as detected by confocal laser-scan microscopy). The negative inotropic effect occurs quickly both in isolated hearts as well as in cardiomyocytes, and is reversible. Catecholamines counteract the negative inotropic effect, as a function of ischemia duration. Voltage-clamp investigations on the single-cell level have disclosed that NIS reduces Ca2+ inflow Ica via L-type Ca2+ channels. NIS appears to decrease myocardial contractility and cell shortening through reduction of intracellular systolic Ca2+ concentration, by blockade of L-type Ca2+ channels: and not, say, by Ca2+ desensitization. It has not yet been definitely established by which mechanism NIS blocks Ca2+ inflow. Since NIS modulates neither the tissue level of cGMP and cAMP, nor PKA activity, it is improbable that NIS acts by dephosphorization of sub-units of the L-type Ca2+ channel. The results of this study imply that NIS directly interacts with the Ca2+ channel, perhaps by binding to a channel protein. Although the chemical structure of NIS has not yet been elucidated, there are indications that it is not a protein. The substance(s) is/are stable, heat resistant (up to 56°C), and dialyzable as a molecule with low molecular weight (< 0.5 kDa). It is not yet possible to provide conclusive evaluation of whether NIS acts to damage the myocardium by aggravation of the contractile dysfunction, or whether it exerts cardioprotective action by diminishing myocardial oxygen consumption.

Gibt es eine erhöhte Asthma-Mortalität Deutschlands im internationalen Vergleich? Im internationalen Vergleich der Asthmamortalitätsraten, die alle Altersgruppen berücksichtigen, ist Deutschland seit Ende der 60er Jahre führend. Im allgemeinen ist der Tod durch Asthma bronchiale eine relativ seltene Todesursache. In der Asthma-Poliklinik der Charité wurden zwischen den Jahren 1980 und 1999 nur 3 gesicherte und 7 wahrscheinliche Todesfälle durch Asthma bronchiale dokumentiert. Bezüglich der Asthmamortalitätsrate der 5-34jährigen verzeichnete Deutschland im weltweiten Vergleich durchschnittliche Werte. In der Altersgruppe der >60jährigen weist Deutschland eine zwischen drei- und sechsfach erhöhte Asthmamortalität gegenüber westlichen Vergleichsstaaten auf. Der Anteil der Asthmamortalität an der Gesamt-COPD-Mortalität Deutschlands ist überdurchschnittlich hoch. Hinsichtlich der Einflußfaktoren Prävalenz, Therapie, medizinische Versorgung und soziale Bevölkerungsungleichheiten gab es keinen Hinweis auf eine Ursache, die für das Vorliegen einer erhöhten wahren Asthmamortalität Deutschlands verantwortlich sein könnte. Es zeigte sich lediglich eine vergleichsweise geringfügig verstärkte Abneigung deutscher Ärzte bezüglich der Verordnung von Kortikosteroiden. Demgegenüber können insbesondere Fehldiagnosen auf Totenscheinen zu Verfälschungen von Asthmamortalitätsstatistiken führen. In 11 retrospektiven Untersuchungen zu Todesfällen im Zusammenhang mit Asthma bronchiale wurden bei ungefähr 40% falsche Todesursachen ermittelt. Waren bei den 70jährigen nur noch bei 50%. Deutsche Ärzte neigen überproportional häufig dazu, die Todesursache Asthma zu wählen. Zusammenfassend gibt es keinen Anhalt auf eine real vorliegende erhöhte Asthmamortalität Deutschlands. Alle Ergebnisse weisen auf eine Verfälschung der Asthmamortalitätsstatistiken durch unkorrekte Totenscheindiagnosen insbesondere bei Verstorbenen >60 Jahre hin. Zu epidemiologischen Zwecken sollten zukünftig nur noch die Asthmasterblichkeitsraten der 5-34jährigen gewählt werden. / Is there an increased german asthma mortality in the international comparison? Since the late 60's Germany has got the highest asthma mortality worldwide concerning all ages. Generally asthma as the cause of death is seldom. In the Asthma-Poliklinik of the Charité Berlin only 3 reliable and 7 probable asthma death were documented between 1980 and 1999. In difference to the asthma mortality of all ages german asthma mortality of the age 5-34 years is average. Concerning the age >60 years death of asthma in Germany are 3-6 times higher than in other western countries. The asthma-part of the german COPD-mortality is above the average. As to the most important influences on the true asthma mortality (prevalence, therapy, medical care and social inequalities) there is no indication of a cause of an increased german asthma mortality besides a slight aversion against corticosteroids of german physicians. Furtheron inaccuracies of death certification can lead to a falsification of asthma mortality statistics. There were 11 retrospective studies of death certificaion involving the word asthma showing in 40% wrong diagnosis of death. In the age 70 years only 50% were accurate. German physicians use the diagnosis asthma above-averaged. In conclusion there is no hint of a real increased german asthma mortality. All results point to a falsification of the international asthma mortality statistics as a consequence of inaccuracies in death certification especially in ages >60 years. For epidemiological purposes only asthma mortality rates of the ages 5-34 years should be used.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Identifizierung von Geschlechterunterschieden (GU) in der Expression von miRNAs im späten Stadium der Myokardhypertrophie, sowie der möglichen Rolle von ERbeta bei der Regulierung dieser GU. Unsere früheren Studien identifizierten ERβ als determinierenden Faktor für die beobachteten GU bei Druckbelastung. Unter anderem führte eine Deletion des ERbeta zur Aufhebung der zuvor beobachteten GU auf physiologischer und fibrotischer Ebene, sowie in der Genexpression. In dieser Studie wurden insgesamt 30 miRNAs mit Geschlechter- und/oder Geschlecht*Operation-Interaktionseffekten 9 Wochen nach TAC in WT Mäusen identifiziert. Die gleichen Effekte waren in ERbeta-/- Tieren nicht zu beobachten, teilweise aufgrund einer höheren Expression dieser miRNAs in ERbeta-/- Weibchen als bei den Männchen. Die vorliegende Studie zeigt eine Hemmung vieler miRNAs durch Östrogen (E2) und seine Rezeptoren in weiblichen Kardiomyozyten, welches somit die in vivo-Ergebnisse bestätigt und die protektive Rolle von E2 und ERβ im weiblichen Herzen unterstreicht. Sechs der miRNAs mit GU in WT-, aber nicht in ERbeta-/- Hypertrophie-Modellen wurden als mögliche Fibroseregulatoren identifiziert, da ihnen gemeinsame Inhibitoren des ERK-MAPK-Signalwegs als Zielgene vorhergesagt wurden. Die Expression dieser miRNAs, miR-106a, miR-106b, miR-21, miR-24, miR-27a und miR-27b, war in kardialen Fibroblasten durch E2 geschlechterabhängig reguliert. Zusammengefasst bestätigt diese Arbeit die schützende Rolle von E2 und ERbeta im weiblichen Herzen. E2 und seine Rezeptoren hemmen die Expression vieler miRNAs in weiblichen Kardiomyozyten und kardialen Fibroblasten, sowie in vivo. In männlichen Herzen und kardialen Fibroblasten scheint ERalpha der Hauptakteur zu sein, welcher insbesondere mögliche Fibrose-bezogene miRNAs reguliert. Die verschiedenen Rollen der ERs in weiblichen und männlichen Herzen sind ein bestimmender Faktor der beobachteten GU bei Myokardhypertrophie. / The present study aimed to identify sex-differently expressed miRNAs in a late stage of hypertrophy (9 weeks) and the possible role of ERs in the regulation of these differences. Our previous studies identified ERbeta as an important determinant factor of the observed sex differences in pressure overload, playing different roles in males and females. This report identified a total of 30 miRNAs with sex and/or sex*surgery interaction effect 9 weeks after TAC in WT mice. The same effects were not observed in ERbeta-/- animals partially due to the higher expression of these miRNAs in ERbeta-/- females than in their WT counterparts. This study reveals a repression of a number of miRNAs by estradiol and its receptors alpha and beta in female cardiomyocytes, confirming the in vivo results and accentuating the important protective role of oestrogen and ERbeta in the female heart. Six of the miRNAs with sex differences in WT but not in ERbeta-/- hypertrophy models were found to be possible fibrosis regulators by putatively targeting common ERK/MAPK pathway inhibitors. MiR-106a, miR-106b, miR-21, miR-24, miR-27a and miR-27b were subjected to a different regulation by estradiol in cardiac fibroblasts in a sex-dependent manner. In conclusion, this study reinforces the oestrogen and ERbeta protective roles in the female hearts. Estradiol and ERs repress many miRNAs’ expression in both female cardiomyocytes and cardiac fibroblasts, as well as in vivo. In male hearts and cardiac fibroblasts, ERalpha is apparently the major player, regulating in particular potential fibrosis –related miRNAs. The different roles of ERs in male and female hearts are a determinant factor of the observed sex differences in cardiac hypertrophy.

Die Arbeit sollte klären, ob die pulmonalprotektiven Effekte von AT III bei LPS-induziertem ARDS auch auf einer Stimulation der pulmonalvaskulären PGI2-Freisetzung beruhen. Die Freisetzung von Big ET-1 und ET-1 unter septischen Bedingungen sollte quantifiziert sowie mögliche Effekte von AT III auf diese Freisetzung untersucht werden. Dabei wurde das Modell der isolierten Rattenlunge verwendet. Die Perfusion der Lunge mit LPS führte zu einer Steigerung der Kon-zentration von 6-Keto-PGF1(, dem stabilen Metaboliten von PGI2, auf das 1,6fache und der Konzentration von TxB2, dem stabilen Metaboliten von TxA2, auf das 2,9fache gegenüber der Kontrollgruppe. Die Konzentration von ET-1 erhöhte sich unter LPS auf das 1,6fache, während der Big ET-1 Spiegel konstant blieb. Die Gabe von AT III hatte keinen Effekt auf die Freisetzung von PGI2 und TxA2. Die kombinierte Gabe von LPS und AT III wirkte ebenso wie die Gabe von LPS allein. Die Konzentrationen von Big ET-1 und ET-1 erhöhten sich unter 2 U/ml AT III auf das 1,7- bzw. 1,2fache und unter 5 U/ml AT III auf das 1,6- bzw. 1,3fache gegen-über den Kontrollen. Die kombinierte Gabe von LPS und AT III führte zu einem signifikant höheren Big ET-1-Spiegel vom 2,6fachen des Basalwertes, während sich die Konzentration von ET-1 nicht von der unter LPS bzw. AT III allein unterschied. Die Gabe von Cicaprost, einem stabilen synthetischen PGI2-Analogon, beeinflußte weder die basale noch die durch 2 U/ml AT III und 50 µg/ml LPS stimulierte Big-ET-1- und ET-1-Freisetzung. Nicardipin, ein Blocker der L-Typ-Kalzium-Kanäle, Heparin und N-Acetyl-Heparin, ein nicht an AT III bindendes Heparin, antagonisierten jeweils den stimulierenden Effekt von AT III auf die Big-ET-1- und ET-1-Freisetzung komplett. Staurosporin, ein Proteinkinase C-Inhibitor und Genistein, ein Tyrosinkinase-Inhibitor hatten keinen Effekt auf die durch AT III stimulierte Big-ET-1- und ET-1-Freisetzung. SCHLUßFOLGERUNGEN: Das für den protektiven Effekt des AT III bei ARDS verantwortlich gemachte PGI2 scheint nichtpulmonalen Ursprungs zu sein. Eine PGI2-mediierte Hemmung der pulmonalen ET-1-Sekretion war nicht zu beobachten und scheint somit nicht am protektiven Effekt des AT III beim septischen ARDS beteiligt zu sein. Der beobachtete stimulierende Effekt des AT III auf die Freisetzung der pulmonalen Endotheline ist von möglicher pathophysiologischer Relevanz, da er die erwähnte protektive Wirkung des AT III mit hoher Wahrscheinlichkeit abschwächt. Dieser stimulierende Effekt des AT III scheint dabei an der intakten Rattenlunge weder von der Proteinkinase C noch von Tyrosinkinasen vermittelt zu sein. Weiterhin ist festzustellen, daß die stimulierende Wirkung des AT III auf die pulmonalvaskuläre Freisetzung von Big ET-1 und ET-1 von einem Kalziumeinstrom durch L-Typ-Kalzium-Kanäle und damit von der intrazellulären Kalziumkonzentration abhängig ist. Wie die gleiche Wirksamkeit von Heparin und N-Azetyl-Heparin zeigt, erfordert die Blockade des AT-III-Effektes durch die Heparine keine direkte Bindung an AT III, was auf die zusätzliche Rolle der intrazellulären Kalziumfreisetzung über IP3 hinweist. / The aim of the present study was to clarify if the pulmonary protective effects of AT III in LPS-induced ARDS can be attributed to a stimulation of the pulmonary vascular release of PGI2. The pulmonary vascular release of big ET-1 and ET-1 under septic conditions and the possible influence of AT III was to be investigated. To this end, we used the model of the isolated perfused rat lung. Exposure of the lung to LPS increased the release of 6-Keto-PGF1(, the stable metabolite of PGI2, 1.6fold and the production of TxB2, the stable metabolite of TxA2, 2.9fold compared with control lungs. The release of ET-1 increased 1.6fold under LPS, whereas the concentration of big ET-1 was unchanged. The application of AT III had no effect on the release of PGI2 and TxA2. The effects following combined application of LPS and AT III were similar to the effects of LPS alone. Compared with controls, AT III, at 2 U/ml, increased the perfusate levels of big ET-1 and ET-1 1.7fold and 1.2fold, respectively; the administration of 5 U/ml AT III raised big ET-1 and ET-1 1.6fold and 1.3fold, respectively. Combined application of LPS and AT III resulted in a 2.6fold rise of big ET-1 levels compared with controls, whereas concentrations of ET-1 did not differ from those in the presence of LPS or AT III alone. Cicaprost, a stable PGI2 analogue, affected neither the basal nor the AT III plus LPS-stimulated release of big ET-1 and ET-1. Nicardipin, an L-type calcium channel blocker, heparin and N-acetyl heparin, a heparin derivative devoid of AT III affinity, each antagonized completely the AT III-stimulated increase in big ET-1 and ET-1 levels. Staurosporin, an inhibitor of protein kinase C, and genistein, an inhibitor of tyrosine kinases, did not influence the AT III effects on endothelins. CONCLUSIONS: In ARDS, the well-known rise in plasma PGI2 in response to AT III obviously originates from non-pulmonary sources. PGI2 does not suppress the pulmonary ET-1 secretion; therefore, this mechanism seems not involved in the AT III-induced lung protection during septic ARDS. The AT III-mediated stimulation of the release of pulmonary endothelins is of potential pathophysiological relevance, because it may blunt the protective effects of AT III in ARDS. In the intact rat lung, this stimulatory effect of AT III is mediated neither by protein kinase C nor by tyrosine kinases. Moreover, the observed effect of AT III on pulmonary endothelins is based on calcium influx through L-type calcium channels and depends on the intracellular calcium activity. The equipotency of heparin and N-acetyl heparin in inhibiting the AT III action demonstrates that direct binding of AT III is not essential for the blocking effect of heparins. This fact points to additional involvement of an IP3-dependent intracellular calcium release.

In der vorliegenden Arbeit untersuchen wir verschiedene Aspekte von Herzrhythmen, von einzelnen Zellen bis zu den gesamten menschlichen Vorhöfen. Das Hauptprojekt ist die Entwicklung eines realistischen und effizienten Modells für die Erregungsausbreitung in den menschlichen Vorhöfen. Im ersten Kapitel untersuchen wir stimulierte Herzellen und den Verlust vom 1:1-Rhythmus für steigende Frequenzen. Weiter untersuchen wir Wellenausbreitung in Gewebe mit besonderen elektrophysiologischen Eigenschaften, die mit chronischen Erkrankungen der Vorhöfe in Verbindung stehen. Dann wenden wir uns Ionenmodellen zu, die ein zentraler Teil des Vorhofmodells sind. Wir untersuchen die Auswirkungen einer Verletzung der Ladungserhaltung, die in allen Ionenmodellen vorliegt, die die Konzentrationen der Ionen als Variablen enthalten, und erklären, warum diese Auswirkungen meist vernachlässigbar sind. Wir entwickeln weiter eine Methode, Ionenmodelle zu vereinfachen und dabei ihre für die Wellenausbreitung wichtigen Eigenschaften nur minimal zu verändern. Diese Methode wenden wir auf ein realistisches Ionenmodell für menschliches Vorhofgewebe an und kombinieren es mit anatomischen Daten, um das gewünschte realistische Vorhofmodell zu erhalten. Schließlich benutzen wir dieses Modell, um mögliche Mechanismen der Enstehung von Herzrhythmusstörungen zu untersuchen. / In this thesis, we study heart rhythms at different levels, from single cells to the entire human atria. The main project of this thesis is the development of a realistic and efficient model of wave propagation in the human atria. We start by studying paced single cells and their loss of 1:1 rhythmicity for increasing frequency. We go on to study wave propagation in tissue with special electrophysiologic properties, related to chronical disease of the atria. Then we treat ionic models, which are a central part of our atrial model. We discuss a recently discovered mathematical degeneracy present in all models of cardiac cells that include intracellular ion concentrations and we explain why this degeneracy has only a negligible effect on wave propagation. We develop a method to reduce the complexity of ionic models while closely retaining their wave propagation properties. Then we apply this method to a realistic ionic model of the human atria and combine it with anatomical data to get the desired model. We use this model to explore possible mechanisms for the genesis of arrhythmias.

Die vorliegende Untersuchung sollte die kontraktile Funktion von humanen Vorhoftrabekeln und linksventrikulären Papillarmuskeln der Ratte während Hypoxie / Reoxygenierung als Hauptkomponenten von Ischämie / Reperfusion charakterisieren. Weitere Merkmale der Ischämie wurden durch erhöhte extrazelluläre K+-Konzentration und Azidose simuliert. Einblicke in die zelluläre Ca2+-Regulation ergaben sich aus Aktionspotential-(AP)-messungen, der SR- Ca2+-ATPase-Aktivität und Kraft-Intervall- Beziehungen. Die Rolle des Energiestoffwechsels und der endogenen antioxidativen Kapazität für die kontraktile Funktion von infarktbedingt hypertrophiertem Rattenmyokard während Hypoxie / Reoxygenierung ist durch Messung der Kreatinkinase-(CK)-Aktivität, ihrer Isoenzymverteilung und der Aktivitäten von Superoxiddismutase (SOD) und Glutathionperoxidase (GSH-Px) charakterisiert worden. Der Einsatz der Radikalfänger Histidin und Butylhydroxytoluen während Hypoxie und schneller Reoxygenierung an Rattenpapillarmuskeln sollte zur Protektion gegen den toxischen Effekt unterschiedlicher reaktiver Sauerstoffspezies dienen. In den durchgeführten Experimenten zeigte sich eine geringere Empfindlichkeit des humanen Vorhofmyokards gegenüber reduzierter O2-Versorgung und Reoxygenierung als im Rattenmyokard. Die während simulierter Ischämie im humanen Myokard auftretende Azidose hat einen günstigen Effekt auf die Wiederherstellung der isometrischen Kontraktionskraft nach Reoxygenierung, was jedoch mit einer gestörten Regulation der kontraktilen Funktion verbunden ist. Hypertrophiertes Myokard in der chronischen Phase nach Infarkt zeigt eine verminderte Empfindlichkeit gegenüber Hypoxie / Reoxygenierung, was auf adaptive Veränderungen im Energiestoffwechsel (erhöhte CK-MB und CK-BB Isoenzyme mit kleinerem Km-Wert für Kreatinphosphat), in der endogenen antioxidativen Kapazität (Erhöhung der Aktivitäten von SOD und GSH-Px um 40% bzw. 50%) und in der Regulation der kontraktilen Funktion (verminderte SR Ca2+-ATPase-Aktivität und Isomyosinverschiebung von V1 nach V3) zurückgeführt werden kann. Eine bessere Erholung der kontraktilen Funktion nach Reoxygenierung kann durch schnellen pO2- Wiederanstieg erreicht werden. Der Einsatz von Pharmaka mit verschiedenen Angriffspunkten im Radikalstoffwechsel und besonders deren Kombination während Hypoxie / Reoxygenierung ermöglicht zusätzlich eine verbesserte Kardioprotektion. / This study characterizes the contractile function of human atrial trabeculae and rat left ventricular papillary muscles during hypoxia / reoxygenation as the major components of ischemia / reperfusion. Further characteristics of ischemia were simulated by increased extracellular K+ concentration and acidosis during hypoxia. Insights into the cellular Ca2+ regulation were obtained from action potential recordings, from measurements of sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ transport, and from force-interval relations. We examined changes in SR calcium transport, creatine kinase (CK) system, the antioxidant enzymes glutathionperoxidase (GSH-Px) and superoxiddismutase (SOD) 6 wks. after infarction (MI) due to coronary ligation in rats. Phenotypic modifications vs. sham operation (SHAM) were related to the contractile response of hypertrophied papillary muscle to hypoxia / reoxygenation. The oxygen radical scavengers histidine and butylhydroxytoluene were applied during hypoxia and rapid reoxygenation to protect the myocardium against oxygen radical damage. Generally, human atrial trabeculae were less sensitive to reduced oxygen supply and reoxygenation when compared to rat papillary muscles. In human atrial trabeculae, isometric peak force development recovered better after simulated ischemia than after hypoxia but the regulation of contractile function was clearly disturbed. In rat papillary muscles, rapid reoxygenation caused a better recovery of contractile function after hypoxia. Application of the oxygen radical scavengers histidine, butylhydroxytoluene, and especially their combination during hypoxia / reoxygenation had additional cardioprotective effects. In MI vs. SHAM we observed under aerobic control conditions: decreses in isometric contraction and relaxation rate, a reduced Vmax-equivalent of sarcomeric shortening, a faster twitch-to- twitch decay of post-rest potentiation (PRC) which correlated closely to the decrease in SR Ca2+ uptake (-25%), a decrease in CK activity (-20%), reduced CK-MI and CK-MM, increased CK-MB and CK-BB, and enhanced activities of SOD (+40%) and GSH-Px (+50%). During hypoxia, an initial increase in peak force (PF) was followed by a slower PF decline in MI vs. SHAM. During reoxygenation, rates of contraction and relaxation recovered better in MI. In SHAM but not MI, twitch-to-twitch decay of PRC was accelerated after reoxygenation vs. aerobic control. The results suggest that adaptive changes in SR Ca2+ handling, CK isoenzymes, and antioxidant enzymes may contribute to higher resistance against reduced O2 supply and reoxygenation in hypertrophy due to MI.

Die Ergebnisse der Arbeit weisen mehrfach auf eine defizitäre IL-10 Produktion in Alveolarmakrophagen von Asthmatikern hin. Die reduzierte IL-10 Expression auf Protein- und Genebene korrelierte mit einer erhöhten Produktion proinflammatorischer Zytokine (TNF-?, MIP1-?, GM-CSF). Diese Beobachtung impliziert einen Defekt in der IL-10 Synthese, der in einer verstärkten und prolongierten pulmonalen Entzündungsantwort resultiert. Daraus läßt sich schlußfolgern, dass beim Asthma bronchiale eine Dysbalance zwischen pro- und antiinflammatorischen Zytokinen pathogenetisch von Bedeutung ist. Die verringerte Sensitivität von Alveolarmakrophagen auf die inhibitorischen Effekte von exogenem IL-10 im Vergleich zu Blutmonozyten ist durch Unterschiede in den Mechanismen der Signaltransduktion bedingt (37, 54). Der Nachweis der Expression von proinflammatorischen Zytokinen in Bronchialmyozyten (RANTES, IL-8) führte zu einer Neubewertung dieser Zellen als Immuneffektorzellen in der Pathogenese des Asthma bronchiale. Neben der Kontraktilität sind Myozyten auch aktiv an der Aufrechterhaltung der Atemwegsentzündung beteiligt. Die inhibitorischen Effekte von IL-10 und IL-13 auf die Synthese proinflammatorischer Chemokine (RANTES, IL-8, MIP-1() in migrierten Entzündungszellen und residenten Bronchialmyozyten konnten in verschiedenen Arbeiten gut dokumentiert werden. Die Vielzahl antiinflammatorischer Effekte von IL-10, die sich auf unterschiedliche Zellsysteme wie Monozyten, Makrophagen und Bronchialmyozyten erstrecken, unterstreicht die pathogenetische Bedeutung dieses Zytokins. Der molekulare Mechanismus, welcher die IL-10 Wirkung vermittelt, ist derzeit noch nicht vollständig aufgeklärt. Angenommen wird eine rezeptorvermittelte Inhibition von Transkriptionsfaktoren des Stat Systems und NF-(B (76). Zukünftige molekularbiologische und klinische Studien sind jedoch notwendig, um den Kenntnisstand der Effekte antiinflammatorischer Zytokine zu vertiefen, und die Gabe von rekombinantem IL-10 als möglichen Ansatz zur Therapie chronisch entzündlicher Lungenerkrankungen zu evaluieren (81). / The results of this present thesis show a deficiency of IL-10 production in alveolar macrophages in asthma. The reduced IL-10 expression on protein and m-RNA level correlated with an increased production of pro-inflammatory cytokines such as TNF-(, MIP1- ( and GM-CSF. These observations implicate an impaired IL-10 synthesis in asthma with a subsequent prolongation of the inflammatory response. This leads to the conclusion that a dysbalance between pro- and anti-inflammatory cytokines is present in asthma and may be therefore of pathogenetic importance. The reduced sensitivity of alveolar macrophages to the inhibitory effects of exogenous IL-10 compared to peripheral blood monocytes may be caused by different signal transduction mechanisms. The expression of the proinflammatory cytokines RANTES and IL-8 in cultured human airway smooth muscle cells led to the conclusion that airway smooth muscle cells may act beside their contractile function as immunomodulatory cells in the pathogenesis of asthma. The inhibitory effects of IL-10 and IL-13 on the synthesis of proinflammatory cytokines (RANTES, IL-8, MIP1-() in immigrated inflammatory cells and resident cells such as airway smooth muscle cells have been shown in several publications that are part of the present thesis. The numerous antiinflammatory effects of IL-10 on different inflammatory cell systems such as monocytes/macrophages and smooth muscle cells underline the pathogenetic importance of this cytokine. The molecular mechanisms that mediate the IL-10 effects involve the transcription factors NF-(B and the Stat-System. Future studies are needed to determine the molecular mechanisms of the anti-inflammatory effects of IL-10 and IL-13 more deeply and to evaluate their application for the therapy of chronic inflammatory pulmonary diseases.

Asthma Bronchiale (AB) ist eine chronisch- obstruktive, teilweise reversible Entzündung der Atemwege, deren klinisches Korellat die bronchiale Hyperreagibilität (BHR) ist. Es lassen sich aufgrund ethiologischer Faktoren extrinsiches und intrinsisches AB unterscheiden, wobei ersteres auf einer allergischen Sensibilisierung und letzteres auf irritativen oder infektbedingten entzündlichen Prozessen beruht. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluß von bakteriellem Superantigen auf die Entzündungsreaktion und die bronchiale Hyperreagibilität untersucht. Stapylococcal enterotoxin B (SEB) wurde hierbei als Modellsubstanz in einem Mausmodell eingesetzt, da SEB produzierende Staphylokokken im Nasenrachenraum von Asthmatikern nachgewiesen werden konnten. Nasale Applikation von SEB induzierte in C57BL/6 Mäusen eine Entzündungsreaktion mit Influx von Lymphozyen und eosinophilen Granulozyten sowie gesteigerte Produktion von IL-4, IL-5 und TNF-alpha in der Lunge, welches in der Histologie und Bronchiallavage nachgewiesen wurde. Desweiteren führt SEB allergenunabhängig zur Ausbildung von BHR. SEB Applikation in einem Mausmodell der allergischen Sensibilisierung (gegen Ovalbumin in C57BL/6 Mäusen) verstärkt die allergische Entzündung in der Lunge und die BHR. CD23 (Low-Affinity IgE Rezeptor) Knock out Tiere zeigen nach allergischer Sensibilisierung und SEB Behandlung keinen Anstieg der TNF-alpha Produktion und keine Hyperreagibilität. Aus diesen Ergebnisse läßt sich schlußfolgern: I. Bakterielles Superantigen induziert das Vollbild des intrinsischen AB im Tiermodell. II. Bakterielles Superantigen kann das extrinsische, allergische AB verstärken. III. Der CD23 Rezeptor ist essentiell für die TNF-alpha Produktion und die Induktion von BHR. Diese Resultate sollten in klinischen Studien am Patienten überprüft werden, da aufgrund der hier vorliegenden Daten zu erwarten ist, daß Antibiotikatherapie, und damit Elimination superantigenproduzierender Bakterien im Nasenrachenraum, die klinische Symptomatik des AB reduzieren kann. / Asthma bronchiale (AB) is an obstructive, partially reversible chronic inflammatatory disease of the small airways, which clinical correlate is represented by airway hyperreactivity. Based on etiological factors, AB can be divided in extrinsic and intrinsic AB, where the first depends on an allergic sensitization and the latter on airway irritation by environmental factors or airway inflammation due to viral or bacterial infection. In this thesis, the role of bacterial superantigens in airway inflammation and -hyperreactivity is analyzed. Staphylococcal enterotoxin B (SEB) was used as a prototypic substance, since SEB producing Staphylo-coccal aureus can be found in the nose and pharynx of asthmatic patients. Nasal application of SEB in C57BL/6 mice resulted in airway inflammation characterized by an influx of lymphocytes and eosinophil granulocytes and increased production of IL-4, IL-5, and TNF-alpha, which was analyzed by histology and bronchiolalveolar lavage. Furthermore, SEB induced independent of aller-gens airway hyperreactivity. SEB application in a mouse-model of allergic sensitization (to ovalbumin in C57BL/6 mice) boosts the allergen-induced allergic inflammation and airway hyperreactivity. CD23 (low-affinity IgE receptor) knock out mice showed no increased TNF-alpha production and no air-way hyperreactivity after allergic sensitization and SEB treatment. These results demonstrate: I. Bacterial superantigen can induce intrinsic AB in a mouse model. II. Bacte-rial superantigen can significantly boost the allergic, extrinsic AB. III. The CD23 receptor is essential for TNF-alpha production and for the induction of airway hyperreactivity. Based on these findings, clinical surveys should be performed, since one could expect, that eradication of nasal bacterial carriage and therefore local superantigen sezernation should improve the AB- symptoms in affected patients.

Das Proteasom ist ein multikatalytischer, ATP-abhängiger Enzymkomplex, der kurzlebige und regulatorische Proteine in der Zelle abbaut. Im Rahmen der Proteinqualitätskontrolle werden durch das Proteasom auch fehlerhaft synthetisierte bzw. falsch gefaltete oder chemisch geschädigte Proteine degradiert. Zellen hämatopoetischen Ursprungs exprimieren sogenannte Immunoproteasomen, die durch drei alternative katalytische Untereinheiten (LMP2, MECL-1 und LMP7) charakterisiert sind. Unter dem Einfluss von Interferonen kommt es auch in nicht-hämatopoetischen Zellen zur de novo Assemblierung von IP. Sie weisen im Vergleich zu Standardproteasomen einen erhöhten Substratumsatz sowie veränderte Schnittpräferenzen auf. Dadurch können Standard- und Immunoproteasomen verschiedene MHC Klasse I-restringierte antigene Peptide generieren. Die vorliegende Arbeit untersucht die Relevanz der LMP2- bzw. der LMP7- Untereinheit im Rahmen der Coxsackievirus B3 Myokarditis. LMP7-/- Mäuse zeigen eine suffiziente CD8+ T Zell Antwort, die zur vollständigen Viruselimination nach der akuten Entzündungsphase beiträgt. Die reguläre Expression pro-inflammatorischer Zytokine und antiviraler Signalwege sowie CVB3-spezifischer IgG-Antikörper spricht gegen eine spezielle Funktion von IP bei der Induktion einer effektiven Immunantwort in diesem Modell. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass der verminderte Einbau aller IP-Untereinheiten in LMP7-defizienten Mäusen mit einer schweren Inflammation und Myokardschädigung einhergeht. Der verringerte Substratumsatz führt zur Akkumulation von polyubiquitinylierten, oxidativ geschädigten Proteinen sowie zur verstärkten Apoptose IP-defizienter Kardiomyozyten und inflammatorischer Zellen. / The standard proteasome is the major ATP-dependent multi-catalytic protein complex that is important for the proteolytic processing of short-lived and regulatory proteins. It also degrades exogenous or improperly synthesized, misfolded, and damaged proteins. Cells of hematopoietic origin predominantly express an alternative variant - the immunoproteasome, which is characterized by three specific catalytically active subunits (LMP2, MECL-1 and LMP7). In non-immune cells, these immunosubunits are also induced and incorporated into newly assembling IPs upon exposure to interferons. As compared to standard proteasomes, IPs display altered cleavage site preferences, resulting in the generation of a different spectrum of antigenic peptides for MHC class I presentation. The present thesis investigates the impact of LMP2- and LMP7 within the context of viral heart disease, making use of the well-established murine model of coxsackievirus B3 infection. LMP7-deficient mice demonstrate a potent CD8+ T cell capacity to control CVB3 infection, resulting in viral clearance after the acute stage of disease. The expression of pro-inflammatory cytokines, innate antiviral mediators, and CVB3-specific IgG antibodies argue against a specific role of IPs in the induction of an effective immune response against CVB3 infection. However, the impaired incorporation of all three immunosubunits in LMP7-deficient hearts coincides with severe inflammation and myocardial tissue damage. Exposure to IFN-γ gives rise to prolonged accumulation of oxidant-damaged, poly-ubiquitylated proteins in IP-deficient cardiomyocytes and inflammatory cells. Along with the restricted degradation of toxic protein aggregates, inflammatory cells and the adjacent myocardium are prone to increased apoptotic cell death.

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