Die Kostimulation über den CD28 Oberflächenrezeptor spielt eine entscheidende Rolle sowohl in der Proliferation von T-Zellen, in deren Differenzierung zu Effektorzellen, als auch in der Entwicklung und Kontrolle von regulatorischen T-Zellen. Diese Schlüsselrolle macht CD28 zu einer interessanten Zielstruktur, um den Einfluss monoklonaler Antikörper auf die Entwicklung und Homöostase von T-Zellen zu analysieren. Die hier verwendeten Antikörper lassen sich funktionell in zwei verschiedene Kategorien einteilen: zum Einen in konventionelle Antikörper (E18 mAk), welche die physiologische Rezeptor-Liganden Interaktion blockieren, und zum Anderen in superagonistische Antikörper (D665 mAk), die in der Lage sind ruhende T-Zellen ohne eine Ligation des T-Zell Rezeptors voll zu aktivieren. In der vorliegenden Arbeit konnte in verschiedenen in-vitro und in-vivo Experimenten gezeigt werden, dass eine Behandlung mit dem CD28 Superagonisten keinen Einfluss auf die Differenzierung von T-Zellen im Thymus nimmt, und die Zusammensetzung der einzelnen Zellpopulationen in diesem Organ unbeeinflusst bleibt. Bei Verwendung blockierender anti-Maus CD28 mAk zeigte sich in sämtlichen Untersuchungen eine beeinträchtigte Entwicklung von regulatorischen T-Zellen innerhalb des Thymus, während die anderen Zellpopulationen unbeeinflusst blieben. Auch in Analysen peripherer Lymphknoten lag der Anteil regulatorischer T-Zellen nach Behandlung mit E18 mAk unter den Kontrollwerten. Durch eine chronische Blockade von CD28 mittels E18 mAk ließ sich die Gesamtanzahl an Tregs in peripheren Lymphknoten, Milz und Thymus drastisch senken, ohne dass es zu einem vollständigen Verschwinden dieser Zellpopulation kam. Auch die absolute Zahl an CD4 positiven T-Zellen innerhalb der peripheren Lymphknoten, Milz und Thymus der behandelten Tiere lag deutlich unter der Kontrolle. Diese Beobachtungen waren 13 Wochen nach Beendigung der Antikörper-Applikationen vollständig reversibel und zu keinem Zeitpunkt des Experimentes ergaben sich klinische oder serologische Hinweise auf die Entwicklung von Autoimmunität trotz niedriger Treg- Zahlen über mehrere Wochen. / Costimulation via the CD28 receptor plays an important role not only in the proliferation of T cells and the differentiation to effector T cells, but also in the development and control of regulatory T cells (Treg). This key role makes CD28 an attractive target for analysing the influence of monoclonal antibodies on the development und homeostasis of T cells. The antibodies used in this work could be devided into two types: conventional antibodies (E18 mAb) on the one hand that are per se not stimulatory in vitro and block the interaction of CD28 with its ligands, and superagonistic antibodies (D665 mAb) on the other hand which can fully activate resting T cells even without ligation of the T-cell receptor. Different in vitro and in vivo experiments in this work could show that application of CD28 superagonists has no influence on differentiation of T cells in thymus. The composition of the single cell subsets in this organ stays completely unaffected. Treatment with conventional E18 mAb leads to an impaired development of Treg cells in thymus, while other populations stay unaffected. Similar results were obtained by analysing peripheral lymphnodes. Chronic application of E18 mAb reduces the representation of Treg cells within the CD4 T-cell compartment in peripheral lymphnodes, spleen and thymus, along with a strong reduction of the CD4 compartment at large. Importanty, however, no signs of autoimmunity were detected during or after release from anti-CD28 treatment, during which Treg numbers swiftly recover.

A CD8+ cell-mediated host defense relies on cognate killing of infected target cells and on local inflammation induced by the secretion of IFN-g. Using assays of single cell resolution, it was studied to what extent these two effector function of CD8+ cells are linked. Granzyme B (GzB) is stored in cytolytic granules of CD8+ cells and its secretion is induced by antigen recognition of these cells. Following entry into the cytosol GzB induces apoptosis in the target cells. It was measured whether GzB release by individual CD8+ cells is accompanied by the secretion of IFN-gƒnƒnand of other cytokines. HIV peptide libraries were tested on bulk peripheral blood mononuclear cells and on purified CD4+ and CD8+ cells obtained from HIV infected individuals. The library included a panel of previously defined HLA class I restricted HIV peptides and an overlapping 20-mer peptide-series that covered the entire gp120 molecule. To characterize the in vivo differentiation state of the T-cells, freshly isolated lymphocytes were tested in assays of 24h duration. The data showed that only ~20% of the peptides triggered the release of both GzB and IFN-g from CD8+ cells. The majority of the HIV peptides induced either GzB or IFN-g, ~40% in each category. The GzB positive, IFN-g negative CD8+ cells did not produce IL-4 or IL-5, which suggests that they do not correspond to Tc2 cells but represent a novel Tc1 subclass, which was termed Tc1c. Also the IFN-g positive, GzB negative CD8+ cell subpopulation represents a yet undefined CD8+ effector cell lineage that was termed Tc1b. Tc1b and Tc1c cells are likely to make different, possibly antagonistic contributions to the control of HIV infection. Since IFN-g activates HIV replication in latently infected macrophages, the secretion of this cytokine by Tc1b cells in the absence of killing may have adverse effects on the host defense. In contrast, cytolysis by Tc1c cells in the absence of IFN-g production might represent the protective class of response. Further studies in the field of Tc1 effector cell diversity should lead to valuable insights for management of infections and developing rationales for vaccine design. / Im Verlauf von Infektionskrankheiten basiert die Verteidigung durch CD8+-Zellen auf der direkten Tötung von infizierten Zellen über die Perforin/Granzyme-Kaskade und auf der Entzündungsbildung verursacht durch die Sekretion von Interferon-Gamma (IFN-g). In der vorliegenden Arbeit wurde die Granzyme B (GzB) Sezernierung als direkter Nachweis für das Abtöten von Zellen und parallel die Produktion von IFN-g durch HIV peptid-spezifische T-Zellen in chronisch HIV-infizierten Patienten gemessen. Eine Auswahl von in vorhergehenden Arbeiten definierten HLA-Klasse-I spezifischen HIV-Peptiden und eine HIV-Peptide-Bibiliotek, bestehend aus sich überlappenden 20-mer Peptiden, die das gesamte Gp120 Molekül von HIV-1 darstellten, wurden benutzt, um T-Lymphozyten aus frisch von HIV-infizierten Patienten gewonnenen mononukleären Zellen aufgereinigte CD8+-Zellen zu stimulieren. ELISPOT-Assays wurden benutzt, um die Sekretion von GzB und IFN-g mit einer Auflösung auf der Ebene der Einzelzelle zu messen. Nur ~20% der Peptide lösten die Freisetzung von sowohl GzB als auch IFN-g von CD8+ Zellen aus. Die Mehrheit der Peptide induzierte entweder GzB oder IFN-g, je ~40% in der jeweiligen Kategorie. Granzyme B-positive Zellen produzierten in parallel gemessen kein IL-4 oder IL-5. Da sie aus diesem Grunde keine Tc2 Zellen darstellen, wurden sie als neue Untergruppe Tc1c definiert. Diese GzB+/IFN-g- CD8+ Zellen vermutlich eine durch Apoptose induziertes Absterben von infizierten Zellen auslösen, ohne gleichzeitig eine Entzündungsreaktion zu verursachen. Die GzB-/IFN-g+ CD8+-Zellen stellen ebenfalls eine neue bisher unbeschriebene Zelluntergruppe dar und wurden als Tc1b Zellen bezeichnet. Diese könnten Entzündungsreaktion verursachen, ohne gleichzeitig direkt das Abstreben von Zellen zu induzieren und im Verlauf der HIV Infektion eine antagonistische Rolle zu den Tc1c Zellen einnehmen. Diese Tc1-CD8+ Effektorzell-diversität könnte die Implementierung und Feineinstellung von fundamental verschieden Verteidigungsstrategien gegen HIV und andere Infektionskrankheiten ermöglichen. Die hier vorgelegten Studien liefern eindeutige Indizien dafür, dass es in HIV-Infizierten eine signifikante Population von GzB sezernierenden CD8+-Zellen gibt, die weder IFN-g noch IL-4 oder IL-5 produzieren und daher in der Lage sind, mit Hilfe der Perforin/Granzyme-Kaskade zu töten, ohne dabei klassische Tc1 oder Tc2-Zellen darzustellen. Die höhere Sensitivität des GzB ELISPOT-Assays Zytotoxizität im Vergleich zum Chromium-Release-Assay zu messen, bietet eine hilfreiche Methode zum besseren Verständnis CD8+-Zell vermittelter Immunität. Die Ergebnisse führen zu der Schlussfolgerung, dass es im Menschen die von uns erstmals beschriebenen GzB+/IFN-g- und GzB-/IFN-g+ Untergruppen von CD8+-Zellen gibt. Aufgrund der verschiedenen Effektorfunktionen die diese vermutlich ausüben, erscheint es wichtig ihre jeweiligen Anteile im Kampf gegen HIV und andere Infektionskrankheiten zu ermitteln. Bei der Beurteilung von Immunantworten, ausgelöst durch experimentelle HIV-Impfstoffe, dürfte es sich als ausgesprochen wichtig erweisen, diese GzB produzierenden CD8+-Zellen neben den konventionell gemessenen IFN-g sezernierden CD8+-Zellen zu berücksichtigen. Diese Vorgehensweise sollte wertvolle Einblicke gewähren, in wie weit der jeweilige Phänotyp von Effektorzellen den höheren oder effektiveren Schutz gewährt und daher wertvolle Hilfe beim Management von Infektionen und im Bereich des Impfstoffdesign liefern.

In der vorliegenden Arbeit werden Studien zu verschiedenen Aspekten der Stimulation von humanen Vg9Vd2-T-Lymphozyten vorgestellt. Ein Schwerpunkt war die Charakterisierung der Erkennung von Bisphosphonaten durch Vg9Vd2-T-Zellen. Weder die Alkylmonophosphonate Ethyl- und Propylphosphonat noch 3-Aminopropylphosphonat bewirkten eine Stimulation von Vg9Vd2 T-Lymphozyten. Anscheinend ist also für die gd-T-Zell-stimulierende Aktivität von Aminobisphosphonaten das Vorhandensein sowohl der Methylenbisphosphonat-Gruppe als auch des Amino-Stickstoffs entscheidend. Es wurden verschiedene Pamidronat-Derivate untersucht, die sich durch Substituenten am Stickstoffatom unterscheiden. Die meisten dieser Verbindungen konnten Vg9Vd2-T-Zellen aktivieren, die Art der Substituenten hatte aber großen Einfluss darauf, welche Konzentration des jeweiligen Bisphosphonats für eine gd-T-Zell-Antwort nötig war. Besonders negativ auf die gd-T-Zell-stimulierende Aktivität wirkte sich aus, wenn das Stickstoffatom Teil einer Säureamidbindung war. Das lässt darauf schließen, dass die Gegenwart einer positiven Ladung (durch Protonierung des Stickstoffatoms) von Bedeutung für die Bioaktivität dieser Verbindungen ist. Beim Vergleich verschiedener Bisphosphonate mit stickstoffenthaltenden Heteroaromaten (Fünfringe mit ein bis drei Stickstoffatomen) zeigte sich, dass sowohl die Position des basischen Stickstoffatoms im Ring als auch Art und Position von Ringsubstituenten Einfluss auf deren gd-T-Zell-stimulierende Aktivität haben. Es ergaben sich Hinweise, dass sich eine gesteigerte Neigung eine positive Ladung in der Seitenkette zu tragen bei diesen Verbindungen genau wie bei Aminobisphosphonaten günstig auf das gd-T-Zell-aktivierende Potential auswirkt. Durch Behandlung mit Zoledronat wurde die monozytäre Zelllinie THP-1 stimulierend für Vg9Vd2-T-Zellen. Auch weitere Zelllinien und Lymphozyten des peripheren Bluts (PBL) konnten nach Vorinkubation mit Zoledronat Vg9Vd2-T-Zellen aktivieren. Dabei genügten bei den PBL deutlich geringere Zoledronat-Konzentrationen um einen Effekt zu erzielen als bei den untersuchten Zelllinien. Für die indirekte Stimulation von Vg9Vd2-T-Zellen durch Zoledronat mittels THP-1 Zellen oder PBL war Zell-Zell-Kontakt zwischen den präsentierenden Zellen und den gd-T-Zellen Voraussetzung. Die Anwesenheit von alkalischer Phosphatase hatte keine Auswirkungen auf die gd-T-Zell-Aktivierung durch Zoledronat. Dies spricht dafür, dass Vg9Vd2-T-Zellen Oberflächenstrukturen auf anderen Zellen erkennen und dass freie Phosphoantigene bei der gd-T-Zell-Stimulierung durch Stickstoff enthaltende Bisphosphonate keine Rolle spielen. Wurde die Vorinkubation von THP-1 Zellen mit Zoledronat in Gegenwart von Saponin, einem Detergenz das die Durchlässigkeit der Zellmembran reversibel erhöht, durchgeführt, reichten deutlich niedrigere Konzentrationen des Bisphosphonats aus, um die THP-1 Zellen stimulierend für gd-T-Lymphozyten zu machen. Das ist ein Hinweis darauf, dass für die Aktivierung von Vg9Vd2-T-Zellen durch Zoledronat intrazelluläre Vorgänge in den „antigenpräsentierenden“ Zellen verantwortlich sein könnten. Beim Vergleich verschiedener N-BPs hinsichtlich ihrer Aktivität gegenüber gd-T-Zellen und ihrer antiresorptiven Potenz ergab sich eine erstaunlich gute Korrelation. Dies könnte darauf hinweisen, dass beide Effekte durch den gleichen Mechanismus – die Hemmung der Farnesylpyrophosphat-Synthase – zustande kommen. Die Gegenwart von Farnesol oder Geranylgeraniol während der Vorinkubation von THP-1 Zellen mit Zoledronat verringerte deren gd-T-Zell-stimulierendes Potential nicht, so dass vielleicht nicht die Verarmung an längerkettigen Isoprenoiden sondern die Anreicherung von Vorläufern zu Veränderungen in den Zellen führt, die diese schließlich erkennbar für Vg9Vd2-T-Zellen machen. Zusätzlich wurden im Rahmen dieser Arbeit einige Versuche zu bakteriellen Phosphoantigenen durchgeführt. Mittels einer selektiven HPLC-MS/MS-Methode gelang uns in einer E. coli-Probe der Nachweis eines Vg9Vd2-T-Zell-stimulierenden Pyrophosphats mit der molekularen Masse von 3-Formyl-1-butyl-pyrophosphat, einem Phosphoantigen das in Mykobakterien gefunden worden war (Belmant und Mitarbeiter, 1999). Eine weitere Strukturaufklärung war aufgrund der äußerst geringen Konzentration des Phosphoantigens nicht möglich. 2-C-Methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphat (MEcPP) ist ein Zwischenprodukt des 2-C-Methylerythritol-4-phosphat- (MEP) Wegs der Isoprenoidbiosynthese. Es wird in manchen Bakterien – z. B. Corynebacterium ammoniagenes – bei oxidativem Stress verursacht durch Benzylviologen (BV) akkumuliert. Es konnte gezeigt werden, dass Extrakte aus C. ammoniagenes, die in Gegenwart von BV kultiviert wurden, in einem höherem Maße Vg9Vd2-T-Zellen stimulieren als Proben von Bakterien, die ohne BV-Zusatz wuchsen; MEcPP wirkte selbst nicht als Phosphoantigen. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, dass bakterielle Phosphoantigene mit dem MEP-Weg assoziiert sind. / The present work focuses on different aspects of human Vg9Vd2 T lymphocyte stimulation. A main focus of this work was the characterisation of bisphosphonate recognition by Vg9Vd2 T cells. Neither the alkyl monophosphonates ethyl and propyl phosphonate nor 3-aminopropylphosphonate were able to stimulate Vg9Vd2 T lymphocytes. Apparently both the methylene bisphosphonate group and the amino group are crucial for the Vg9Vd2 T cell stimulating ability of aminobisphosphonates. We examined pamidronate derivates bearing different substituents at the nitrogen atom. Most of these compounds activated Vg9Vd2 T cells. But the nature of the substituent greatly influenced the bisphosphonate concentration necessary for gd T cell stimulation. When the nitrogen was part of an amide bond, there was a pronounced negative effect on the Vg9Vd2 T cell stimulating capacity. It can be concluded that the bioactivity of bisphosphonates depends on the presence of a positive charge (through protonation of the nitrogen atom). Comparing different bisphosphonates with nitrogen containing heteroaromatic side chains (five membered rings containing one to three nitrogen atoms) we found that the position of the basic nitrogen in the ring as well as the nature and position of ring substituents influenced their gd T cell stimulating activity. There was evidence that a higher tendency towards a positive charge in the side chain had a positive effect on the Vg9Vd2 T cell activating potential of these compounds, as we also found for aminobisphosphonates. Zoledronat pulsed cells of the monocytic cell line THP-1 stimulated Vg9Vd2 T cells. Other cell lines and peripheral blood lymphocytes (PBL) also activated Vg9Vd2 T cells after incubation with zoledronate. There was a distinctly lower concentration of zoledronate needed for PBL to become stimulatory as for the analyzed cell lines. Cell-cell-contact between the presenting cells and the Vg9Vd2 T cells was necessary for the indirect stimulation by zoledronate pulsed THP-1 cells or PBL. Alkaline phosphatase did not abolish the gd T cell activation by zoledronate. That points to the possibility that Vg9Vd2 T cells recognize surface structures on other cells and that free phosphoantigens are not involved in gd T cell stimulation by nitrogen containing bisphosphonates. When THP-1 cells were incubated with zoledronic acid in the presence of saponin, a detergent that reversibly enhances the permeability of the cell membrane, the bisphosphonate concentration needed for rendering THP-1 cells gd T cell stimulating was clearly reduced. That indicated that intracellular events caused by zoledronate (and other nitrogen containing bisphosphonates) in the “antigen presenting cells” could result in their stimulating activity. Comparing the gd T cell stimulating activity of various N-BPs with their antiresorptive potency produced an amazingly good correlation. This could indicate that both effects are based on the same mechanism – the inhibition of farnesyl pyrophosphate synthase. The presence of farnesol or geranylgeraniol during the incubation of THP-1 cells with zoledronate did not diminish their gd T cell stimulating potential. So maybe not the depletion of longer chain isoprenoids but the accumulation of precursors results in changes that finally render the cells recognisable by Vg9Vd2 T lymphocytes. Within the scope of this work we also conducted experiments concerning bacterial phosphoantigens. Using a selective HPLC-MS/MS method we detected in Escherichia coli a Vg9Vd2 T cell stimulating pyrophosphate with the molecular mass of 3-Formyl-1-butyl pyrophosphate, a phopsphoantigen found in mycobacteria (Belmant et al., 1999). Due to the exceedingly low concentration of the phosphoantigen no further structure determination was possible. 2-C-Methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate (MEcPP) is an intermediate of the 2-C-Methylerythritol 4-phosphate (MEP) pathway of isoprenoid biosyntheses. In some bacteria like Corynebacterium ammoniagenes this compound is accumulated under conditions of oxidative stress caused by benzyl viologen (BV). We showed that C. ammoniagenes extracts from bacteria cultivated in the presence of BV had a higher Vg9Vd2 T cell stimulating capacity than from bacteria growing without addition of BV. MEcPP itself was not a phosphoantigen. That was further evidence for the association of bacterial phosphoantigens with the MEP-pathway.

Das Hauptthema der hier vorliegenden Arbeit befaßt sich mit dem B-Zell spezifischen Oberflächenprotein CD22, einem Mitglied der Siglec (Sialinsäure bindende Igähnliche Lektine) Proteinfamilie. Dieses Transmembranprotein besitzt sieben extrazelluläre Immunoglobulin-ähnliche Domänen und kann über die äußerste V-set Domäne seine Liganden: α2,6 verknüpfte Sialinsäuren binden. CD22 hat eine Transmembrandomäne und eine cytoplasmatische Domäne mit sechs potentiellen Tyrosin Phosphorylierungsstellen, von denen drei eine ITIM-Sequenz (engl. immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif) aufweisen. CD22 defiziente Mäuse zeigten eindeutig, daß das Siglec CD22 ein negativer Regulator des BCR-Signals ist. Durch BCR-Kreuzvernetzung wird CD22 tyrosinphosphoryliert, die inhibitorische Tyrosinphosphatase SHP-1 gebunden, aktiviert, und ist nun in der Lage das BCR Ca2+ Signal zu inhibieren. Um die Rolle der CD22Ligandenbindungsdomäne, in vivo zu untersuchen, sollte in dieser Arbeit eine CD22 knock -in Maus erzeugt werden (CD22R130E Maus), in der die Ligandenbindungsdomäne von CD22 durch eine Punktmutation funktionell ausgeschaltet ist. In der hieraus resultierenden Mauslinie sollte dann die BZellentwicklung, Signaltransduktion und der Immunstatus analysiert werden. Der Vergleich des Phänotyps der CD22R130E Maus und der CD22 defizienten Maus sollte dann zeigen, wie die Adhäsions- und Signalleitungseigenschaften von CD22 zusammenhängen. Der „Targeting“ Vektor für die „Gene Targeting“ Experimente wurde von der Arbeitsgruppe Dr. Anton van der Merwe (von Christina Piperi) angefertigt. Ursprünglich wurde ein „Targeting“ Vektor aus genomischer C57BL/6-DNA verwendet, um den genetischen Hintergrund der CD22-defizienten Maus beizubehalten. Dieser Vektor wurde von mir für ES-Zell Transfektionen in der C57Bl/6 ES-Zellline verwendet. Aus den Gene Targeting Experimenten mit der C57Bl/6-III ES-Zelllinie konnten zwei ES-Zellklone isoliert werden, die eine korrekte homologe Integration des Targetvektors trugen. Aus einem Blastozysteninjektions- Experiment mit einem Cre-deletierten C57BL/6-III Subklon wurden sechs hochchimäre Mäuse erhalten, mit denen allerdings keine Keimbahntransmission erzielt werden konnte. Nach Problemen mit Keimbahntransmission von Klonen aus der C57BL/6-III ESZelllinie, wurden noch die BALB/c und die E14Tg2a ES-Zelllinie für neue Gene Targeting Experimente verwendet. Die Experimente mit der BALB/c ES-Zelllinie ergaben keine ES-Zellklone mit korrekter homologer Integration, dies beruhte wahrscheinlich auf dem nicht isogenen Hintergrund. Alle folgenden Experimente mit der E14Tg2a ES-Zelllinie (genetischer Hintergrund: 129/ola) wurden mit dem verlängerten R130E-Targetvektor (Targetvektor 2), der mit 129/ola DNA um 2,3 Kb in 5’-Richtung verlängert wurde, um den isogenetischen Anteil des Targetvektors zu erhöhen, durchgeführt. Aus diesen Experimenten resultierten wiederum zwei ESZellklone, deren korrekte homologen Rekombination durch Southern Blot bestätigt werden konnten. Bei den darauffolgenden Blastozysten-Injektionsexperimenten mit diesen zwei E14Tg2a Klonen konnten fünf chimäre Tiere gewonnen werden. Ein 80 %ig chimäres Männchen erzeugte eine hohe Anzahl von Nachkommen mit Keimbahntransmission. Bei der Analyse dieser Tiere trat das Resultat zutage, daß alle diese Tiere mit Keimbahntransmission einen wildtypischen Genotyp besaßen. Ein weiteres Mitglied der Siglecproteinfamilie, das murine SiglecG (ein Ortholog zu humanem Siglec10), wurde in dieser Arbeit untersucht. In Zusammenarbeit mit dem Labor von Dr. Paul Crocker sollte eine SiglecG knock out Maus hergestellt werden. Die Strategie für die Gene Targeting Experimente für einen SiglecG knock out basierten auf der Verwendung der BalbI ES-Zelllinie (aus BALB/c Mäusen), da hiermit sehr gute Erfahrungen vorlagen, was die Stabilität ihrer Pluripotenz und des Keimbahntransmissionspotenzials angeht. Daher wurde im Labor von Paul Crocker (von Sheena Kerr) ein Kontroll- und ein Targetvektor kloniert, mit dem große Teile der ersten und zweiten Ig-Domäne von SiglecG ausgeschaltet werden sollte. Mit diesem Vektor führte ich mehrere ES-Zell Transfektionsexperimente durch. Innerhalb der Zeitspanne meiner Doktorarbeit konnten keine ES-Zellklone mit einem korrekten homologen Integrationsereignis gewonnen werden. Mittels der ursprünglichen Strategie konnte die mir nachfolgende Doktorandin jedoch ES-Zell Klone isolieren, nach Blastozysteninjektion Keimbahntransmission erzielen und somit eine SiglecGdefiziente Maus generieren. Eine andere Zusammenarbeit kam mit Dr. Burkhard Kneitz (Physiologisches Chemie I, Biozentrum, Universität Würzburg) zustande. Seine Intention war es, die Rolle des TGF-β Signalmediators SMAD2 auf B-Zellebene näher zu untersuchen. Von Erwin Böttinger bekamen wir eine Mauslinie, in der das Smad2-Gen gefloxt ist, die mit der CD19-Cre Maus gekreuzt wurde. So wurde eine B-Zell spezifische SMAD2 knock out Maus (bSmad2-/-) erzeugt. Meine Aufgabe bestand darin, die B-Zellkompartmente und die Immunantworten der B-Zell spezifischen Smad2-defizienten Maus zu analysieren. Faßt man alle gewonnenen Daten aus den hier generierten B-Zell spezifischen Smad2 knock out Tieren zusammen, so kann man zu dem klaren Ergebnis kommen, daß der TGF-β Signalmediator Smad2 eine entscheidende Rolle bei der Weiterleitung von TGF-β Signalen in das Zellinnere von B-Zellen spielt. Hierbei zeigten sich klare Veränderungen, im Vergleich zu Kontrolltieren, eine Erhöhung der Zellzahl in den Peyerschen Plaques (PP), und der B1-Zellen im Peritoneum. Die IgA-Immunantwort war in bSmad-/- Tieren stark erniedrigt. Der für TGF-β beschriebene Effekt der Proliferationshemmung von aktivierten B-Zellen war bei aktivierten B-Zellen der bSmad2-/- Mäuse hingegen nicht beeinträchtigt. / The main topic of this thesis dealt with the B cell-specific transmembrane protein CD22, a member of the Siglec (Sialic-acid binding Ig-like lectin) protein family. This transmembrane protein posseses seven extracellular domains and is capable to bind α2,6 sialic acids via its most outer V-set domain. Furthermore there are one transmembrane domain and six potential tyrosine-based phosphorylation motifs, three of which match ITIM (immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif) consensus sequences. CD22 deficient mice clearly showed that the Siglec CD22 is a negativ modulator of BCR signalling. BCR engagement causes tyrosine phosphorylation of CD22, now the inhibitory tyrosine phosphatase SHP-1 is able to bind, is then getting activated and is thus inhibiting the BCR Ca2+ signal. To elucidate the function of the CD22 adhesion domain in vivo, especially concerning the connection with CD22 signalling, one main topic of this work was to generate a CD22 knock in mouse (CD22R130E), in order to functionally eliminate the CD22 adhesion domain through a point mutation. The resulting new mouse line should give the opportunity to investigate B-cell development, signal transduction and the immune status ot the CD22R130E mouse. The comparison between the phenotypes of the CD22R130E mouse and the CD22 deficient mouse should resolve the interplay of adhesion and signalling of CD22. The cloning of the targeting vector for the gene targeting experiments was done in the laboratory of Dr. Anton van der Merwe (by Christina Piperi). Basically, the idea was to keep the C57BL/6 genetic background, which was already used to generate the CD22 deficient mouse by Dr. Lars Nitschke (Nitschke et al. 1997). This vector was used by me for the ES cell transfection experiments with the C57Bl/6-III ES cell line. Finally, two ES-cell clones could be identified from gene targeting experiments with the C57BL/6 ES-cell line, which carried a correct homologous integrated target vector. With one Cre-deleted C57BL/6 subclone it was possible to generate six chimaeric animals from one injection experiment, although none of these animals could give rise to germline transmission. Since occurence of crucial problems with the germline transmission of C57BL/6-III ES-cell clones, the BALB/c and E14Tg2a ES-cell lines were used for new gene targeting experiments. With the following gene targeting experiments using the BALB/c ES-cell line no homologous recombinants were obtained. This was probably due to the non-isogenic background. All following experiments performed with the E14Tg2a ES-cell line (genetic background: 129/ola) were carried out with the elongated R130E-targeting vector (targeting vector 2). This vector was created by using a genomic 129/ola template, in order to gain a new isogenetic 2.3 kb 5’- fragment. These experiments gave rise to two ES-cell clones with a correct homologous recombination event confirmed by southern blot. It was now possible to generate five chimaeric animals out of three injection experiments with these two EScell clones. One male animal, with 80 % chimaerism, produced offspring with germline transmission. The analysis of these animals with germline transmission showed that all of them possessed a wildtype like genotype. This thesis dealt with a further member of the Siglec protein family, the murine SiglecG (an ortholog to human Siglec10). In collaboration with the laboratory of Dr. Paul Crocker a SiglecG knock out mouse was to be generated. The strategy to do the gene targeting experiments was based on the usage of the BalbI ES-cell line (from BALB/c mice), since it possesses well known stability concerning pluripotential and germline transmission potential. In the laboratory of Paul Crocker (by Sheena Kerr) a control and target vector was cloned, which should eliminate a large part of the first and second Ig-domain of SiglecG. I performed different ES-cell transfection experiments with this vector. Within the timecourse of my work it was not possible to gain any ES-cell clones with correct homologous integration events. Later on ES-cell clones, germline transmission and generation of the SiglecG deficient mouse was achieved with the original strategy by the following Phd student. Another collaboration was evolved by Dr. Burkhard Kneitz (Department of Physiological Chemistry I, Würzburg). His intention was to investigate the meaning of the TGF-β signalmediator SMAD2 in a B-cell specific manner. From Erwin Böttinger we received a mouse line with a floxed Smad2 gene, which was crossed with a CD19-Cre mouse line (Rickert et al. 1997). Thus a B-cell specific SMAD2 knock out mouse (bSmad2-/-) was generated. I had to analyse the B-cell compartments and the immune responses of the B-cell specific SMAD2 knock out mouse. Taking together all data gained with the newly generated B-cell specific SMAD2 knock out mouse showed that the signalmediator SMAD2 is a crucial downstream component of TGF-β signalling in B-cell biology. The crucial differences of bSmad2-/- animals in comparison to control animals were given in an increase of cells of Payers Patches (PP) and B1 cells of peritoneal lavages. The IgA immune response was strongly reduced in bSmad2-/- animals. The well known effect of TGF-β concerning inhibition of proliferation with activated B-cells (Kehrl et al. 1986; 1989; 1991) was not impaired with activated B-cells of bSmad2-/- animals.

Zytotoxische T-Zellen (CD8+) spielen eine wichtige Rolle bei retroviralen Infektionen des Menschen, wie HIV und HTLV. Ihre molekulare Wirkweise war bisher aber nicht bekannt. Die Infektion von Mäusen mit dem retroviralen Friend Virus Komplex (FV) wurde daher als Modell verwendet, um die antiviralen Mechanismen gegen Retroviren aufzuklären. Als erstens wurde die Beteiligung von CD8+ T-Zellen bei der Kontrolle der FV Infektion in Depletion-Experimenten gezeigt. In akut FV infizierten Tieren konnten außerdem aktivierte Virus-spezifische CD8+ T-Effektorzellen nachgewiesen werden, welche zytotoxische Moleküle produzierten. Die Infektion von „knockout“ Mäusen ergab, dass die CD8+ T-Zellen hauptsächlich den Exozytoseweg benutzten, um FV-infizierte Zellen zu eliminieren. Die Anwesenheit eines der drei am Exozytoseweg beteiligten zytotoxischen Moleküle Perforin, Granzym A oder Granzym B war in der akuten Phase der Infektion ausreichend, um die Virusreplikation zu kontrollieren. Diese Ergebnisse weisen auf neue molekulare Mechanismen von Granzymen bei der Virusabwehr hin. In Gegensatz zur Abwehr des pathogenen FV Komplex benutzten CD8+ T-Zellen nicht den Exozytoseweg zur Abwehr von apathogenen Retroviren. Eine Infektion von Mäusen mit dem nicht-pathogenen F-MuLV induzierte keine Produktion von zytotoxischen Molekülen in CD8+ T-Zellen. Die Infektion von „knockout“ Mäusen zeigte, dass F-MuLV von CD8+ T-Zellen über den Fas/FasL Weg kontrolliert wurde. Das pathogene Potential von Retroviren scheint also einen Einfluß auf den jeweils verwendeten Abwehrmechanismus von zytotoxischen T-Zellen zu haben. Trotz der wichtigen Funktion von CD8+ T-Zellen bei der Kontrolle der akuten FV Infektion, spielten diese Zellen bei der persistierenden Infektion keine Rolle mehr. Die Untersuchungen von aktivierten CD8+ T-Zellen aus persistierend infizierten Mäusen zeigte, dass die Zellen agranulär waren und keine zytotoxischen Moleküle produzierten. Folglich hatten sie auch keine zytotoxische Aktivität in vitro. Der Exozytoseweg von Virus-spezifischen CD8+ T-Zellen war also in der persistierenden FV Infektion gestört. So entwickelten viele persistierend infizierte Tiere nach einer Reinfektion eine Splenomegalie, was zusätzlich beweist, dass die Funktion von Virus-spezifischen T-Zellen auch in vivo gestört war. Mäuse, die chronisch mit FV infiziert waren, wiesen also einen kompletten Funktionsverlust von CD8+ T-Zellen auf, der offensichtlich eine wichtige Voraussetzung für die Persistenz des Virus darstellt. Da die CD8+ T-Zellen nicht mehr funktionell waren, mussten vermutlich CD4+ T-Zellen über den Fas/FasL-Weg die Kontrolle über die chronische Infektion übernehmen. Das Verständnis der molekularen Mechanismen der CD8+ T-Zell Abwehr gegen Retroviren ermöglicht es neue Strategien der Immuntherapie gegen retroviralen Infektionen zu entwickeln. / Cytotoxic T-cells play an important role in the control of retroviral infections such as HIV and HTLV; however the molecular mechanisms used by these cells is not known. We used the infection of mice with the retroviral Friend Virus complex as model to investigate the antiviral mechanisms of CD8+ T-cells. The participation of CD8+ T-cells in the control FV infection was shown in depletion experiments. Activated virus-specific CD8+ T-cells were found in acutely FV infected animals and these cells produced cytotoxic molecules. The infection of knockout mice indicated that CD8+ T-cells eliminated infected cells via the exocytosis pathway. The presence of one of these three molecules involved in the exocytosis pathway (perforin, granzyme A or granzyme B) was sufficient to control virus-replication. These results suggest new molecular mechanisms of granzyme in the defence against retroviral infection. In contrast to the control of pathogenic FV complex, CD8+ T-cells do not need the exocytosis pathway to respond to non-pathogenic retroviruses. The infection of mice with non-pathogenic F-MuLV did not induce the production of cytotoxic molecules in CD8+ T-cells and knockout mice with defects in perforin, granzyme A and granzyme B were not susceptible to F-MuLV infection. In contrast, knockout mice with defect in the Fas/FasL pathway were unable to control virus-replication. These data indicate that CD8+ T-cells used the Fas/FasL pathway to control non-pathogenic retroviruses whereas the exocytosis pathway was crucial to keep pathogenic retroviruses in check. The establishment of chronic Friend virus infections is enabled by the induction of CD4+ regulatory T cells that impair CD8+ T-cell functions and allow the virus to escape (Dittmer et al., 2004). The current study characterizes this CD8+ T-cell dysfunction by analyzing the production and release of cytolytic molecules by virus-specific CD8+ T-cells. During acute infection, FV-specific CD8+ T cells produced the cytotoxic molecules perforin and granzyme B, and actively degranulated cytotxic granules. In contrast, CD8+ T cells of the same specificity from chronically infected mice neither produced any of these cytotoxic molecules nor showed evidence of degranulation. The defect in cytotoxine production in T cells from persistently infected mice did not occur at the level of transcription as both CD8+ T-cells from acutely and persistently infected animals had equal levels of mRNA for perforin and granzyme. CD8+ T-cells from persistently infected mice were unable to induce apoptosis in target cells. These results demonstrate a broad impairment of cytolytic CD8+ T-cell effector functions associated with chronic retroviral infection.

In der vorliegenden Arbeit wurde die zelluläre Regulation des monocyten-/ macrophagenspezifischen Oberflächenproteins CD163 untersucht und klinische Aspekte der löslichen Form des CD163 (sCD163) diskutiert. sCD163 wird in vivo durch einen inflammatorischen Reiz von der Zelloberfläche abgespalten. Bislang waren jedoch noch keine Mediatoren charakterisiert worden, die immer unter Entzündungsbedingungen vorhanden sind. In den eigenen Untersuchungen des Shedding von CD163 konnten für die Generierung des sCD163 neue endogene Aktivatoren identifiziert werden. Sowohl reaktive Sauerstoffspezies, wie Wasserstoffperoxid oder Stickstoffmonoxid, als auch das Produkt von endogenen Oxidationsreaktionen mit reaktiven Sauerstoffspezies 8-iso Prostaglandin F2a erwiesen sich als potente Aktivatoren des Shedding von CD163. Neben den bekannten physiologischen Funktionen des 8-iso Prostaglandin F2a konnte erstmals eine neue Funktion bei Entzündungen definiert werden. Dieser Effekt wurde spezifisch durch 8-iso Prostaglandin F2a hervorgerufen, da das isomere Prostaglandin F2a unter gleichen Bedingungen keinen Einfluss auf das Shedding von CD163 ausübte. Das Immunsuppressivum Cyclosporin A konnte ebenfalls als Induktor des Shedding von CD163 ermittelt werden. Damit konnte zusätzlich zur bekannten immunmodulatorischen Wirkung des Cyclosporin A eine weitere antiinflammatorische Wirkung über Monocyten/Macrophagen aufgezeigt werden. Durch Untersuchungen der Inhibierung des Shedding von CD163 konnten Gemeinsamkeiten bezüglich der in die sCD163-Generierung involvierten Mediatoren dargestellt werden. Obwohl die untersuchten Verbindungen wahrscheinlich über unterschiedliche Signalwege das Shedding von CD163 induzieren, waren die Anwesenheit von reaktiven Sauerstoffspezies und intrazellulärem Calcium und die Beteiligung einer TIMP-3-sensitiven Metalloproteinase an diesem Prozess essentiell. Bei einem Vergleich zwischen dem Shedding von CD163 und Tumor necrosis factor-a (TNF-a) ergaben sich Gemeinsamkeiten durch die Induktion des Shedding beider Verbindungen durch 8-iso Prostaglandin F2a und in sehr viel geringerem Maße durch Wasserstoffperoxid. Im Gegensatz dazu waren deutliche Unterschiede in dem Ausmaß der induzierten Stimulation des Shedding durch Stickstoffmonoxid, Prostaglandin F2a und Cyclosporin A zu erkennen. Im Hinblick auf die entgegengesetzten Wirkungen von sCD163 als antiinflammatorisch wirkende Verbindung und TNF-a als proinflammatorisches Cytokin, konnte dargestellt werden, dass die Freisetzung durch unterschiedliche Aktivatoren erfolgt. Nach Bestimmung der Konzentrationen von sCD163 und 8-iso PGF2a in bronchoalveolärer Lavage-Flüssigkeit von Patienten mit Cystischer Fibrose konnten keine abschließende Aussagen über die Eignung beider Parameter als biologische Marker für chronische Entzündungen der Lunge bei diesen Patienten getroffen werden. Weiterführend zu der Kenntnis, dass sCD163 die antiinflammatorische Wirkung über eine Interaktion des Proteins mit humanen T-Lymphocyten und nachfolgender Hemmung der Proliferation dieser Zellen ausübt, wurde diese Wechselwirkung genauer untersucht. In quantitativen Bestimmungen des sCD163 in isolierten T-Lymphocyten verschiedener Spender konnte erstmals gezeigt werden, dass sCD163 zu einem Teil konstitutiv in die T-Lymphocyten aufgenommen wird und dass diese Aufnahme durch proinflammatorische Aktivierung der T-Lymphocyten stark gesteigert werden kann. Durch fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen unstimulierter T-Lymphocyten konnte die intrazelluläre Lokalisation des sCD163 visualisiert werden. Nach Aktivierung der Zellen mit einem proinflammatorischen Reiz fand innerhalb der Zellen eine Translokalisation des sCD163 aus dem cytoplasmatischen Bereich zur Zellmembran statt. Damit konnte erstmals gezeigt werden, dass abhängig vom Aktivierungsstatus der T-Lymphocyten eine Umverteilung des sCD163 innerhalb der Zellen erfolgt. Eine quantitative Bestimmung des sCD163 und seines Bindungspartners in T-Lymphocyten nichtmuskuläres Myosin Typ IIA gelang mittels eines neu entwickeltem ELISA, der spezifisch sCD163 und Myosin ausschließlich im Komplex erfasst. Damit konnte durch die in dieser Arbeit beschriebenen Untersuchungen ein grundlegender Beitrag zur Charakterisierung der Regulation der Proteinexpression und des Shedding von CD163 in humanen Monocyten sowie der Interaktion des sCD163 mit T-Lymphocyten geleistet werden. / In the present thesis, cellular regulation of the monocyte/macrophage specific membrane protein CD163 was investigated and clinical aspects of the soluble form of CD163 (sCD163) were discussed. sCD163 is shed from the cell surface in vivo upon an inflammatory stimulus. So far no mediators had been characterized that are persistently present under inflammatory conditions. In the present investigation of the shedding of CD163, new endogenous activators for the generation of sCD163 were successfully identified. Both reactive oxygen species, as hydrogen peroxide or nitric monoxide, and the product of endogenous oxidative reactions 8-iso prostaglandin F2a turned out to be potent activators of the shedding of CD163. In addition to the known physiological functions of 8-iso prostaglandin F2a a novel function of this compound in inflammation was defined. This effect was specifically generated by 8-iso prostaglandin F2a as prostaglandin F2a did not influence the shedding of CD163 under the same conditions. The immunosuppressive drug cyclosporine A was also established as an inductor of the shedding of CD163. Accordingly, another anti-inflammatory effect via monocytes/macrophages was pointed out in addition to the well known immunomodulatory effects of cyclosporine A. Investigations of the inhibition of shedding of CD163 led to the identification of key mediators involved in the generation of sCD163. Even though the tested compounds may induce shedding via different signal transduction pathways, the presence of reactive oxygen species and intracellular calcium and the involvement of a TIMP-3 sensitive metalloproteinase were essential in this process. The tested activators revealed different abilities for inducing the formation of reactive oxygen species. Comparing shedding of CD163 and tumor necrosis factor-a (TNF-a), similarities in induced shedding by 8-iso prostaglandin F2a and to a lower extend by hydrogen peroxide were seen. In contrast, significant differences were recognized in the extent of shedding induced via stimulation by nitric oxide, prostaglandin F2a, and cyclosporine A. With regard to the opposite effects of sCD163 as an anti-inflammatory compound and TNF-a as a pro-inflammatory cytokine it was demonstrated that shedding occurred via induction by different activators. The determination of concentrations of sCD163 and 8-iso prostaglandin F2a in bronchoalveolar lavage fluid of patients with cystic fibrosis allowed no conclusive statement about the suitability of both parameters as marker for chronic inflammation. In extension to earlier insights in the anti-inflammatory effects of sCD163 via interaction of the protein with human T-lymphocytes and subsequent inhibition of the proliferation of these cells these interactions were analyzed in detail. Quantifications of sCD163 in isolated T-lymphocytes from different donors revealed for the first time that sCD163 is constitutively taken up into T-lymphocytes and that this process can significantly be enhanced by pro-inflammatory activation of T-lymphocytes. The intracellular localization of sCD163 was visualized by fluorescence microscopy of T-lymphocytes. Upon activation of the cells by a pro-inflammatory stimulus a translocalization of sCD163 was observed within the cells from the cytoplasmatic region to the cell membrane. Thus, it was shown for the first time that an activation dependent translocalization of sCD163 occurs within the T-lymphocytes. The quantitative determination of sCD163 and non-muscular myosin type IIA as its intracellular binding partner in T-lymphocytes was successful using a newly developed ELISA that detects specifically sCD163 and myosin as a complex. To conclude, the investigations described in this thesis contributed substantially to the understanding of the regulation of the protein expression and shedding of CD163 in human monocytes and of the interaction of sCD163 with T-lymphocytes.

Proliferating cell nuclear antigen (PCNA) is a sliding clamp that acts as a central co-ordinator for mismatch repair as well as DNA replication. Loss of Elg1, the major subunit of the PCNA unloader complex, causes over-accumulation of PCNA on DNA and also increases mutation rate, but it has been unclear if the two effects are linked. In this study, I showed that timely control of PCNA retention on DNA by Elg1 replication factor C-like complex (Elg1-RLC) ensures correct mismatch repair. Although premature unloading of PCNA generally increases mutation rate, PCNA mutants PCNA-R14E and PCNA-D150E that spontaneously fall off DNA attenuate the mutator phenotype of elg1Δ. In contrast, PCNA-D21K that accumulates on DNA due to enhanced electrostatic PCNA-DNA interactions exacerbates the elg1Δ mutator phenotype. Next, I addressed how accumulation of PCNA on DNA increases mutation rate. Epistasis analysis suggests that PCNA over-accumulation on DNA predominantly prevents the Msh2-Msh6-dependent and Exo1-independent mismatch repair pathways. In elg1Δ, over-retained PCNA hyper-recruits the Msh2-Msh6 mismatch recognition complex through its PCNA-interacting peptide motif, causing accumulation of mismatch repair intermediates. The results suggest that PCNA retention controlled by the Elg1-RLC is critical for efficient mismatch repair: PCNA needs to be on DNA long enough to enable mismatch repair, but if it is retained too long it interferes with downstream repair steps.

No / We have investigated the surface localisation of the phosphotransferase system protein HPr in the equine pathogen Streptococcus equi subsp. equi using immunogold localisation and transmission electron microscopy. Like the LppC acid phosphatase lipoprotein, a reference surface antigen, the S. equi HPR could be clearly detected on the surfaces of intact cells. This study is consistent with previous reports that some streptococcal HPr is cell surface associated and suggests that the extracytoplasmic mobilisation and transfer of phosphate groups by streptococci warrant further investigation.

We sought increased understanding of men's decision-making process for prostate-specific antigen (PSA) screening, especially among elderly men, and a more knowledgeable basis for interventions to modify screening rates. A cross-sectional postal questionnaire assessed measures consistent with the Theory of Planned Behavior among a population-based age-stratified random sample of 452 Iowa men who were free of prostate cancer and aware of PSA. Our primary outcome was intention to receive PSA screening within a year; this encompassed the degree men wanted and planned to be screened. We examined three explanatory variables via structural equation modeling: attitude, social influence, and perceived control. Attitude included the degree screening is important-unnecessary, reassuring-worrisome, and useful-useless. Social influence encompassed the extent a man believed people expect him to, and think he should be screened. Perceived control covered the degree a man can be screened, if desired, and how much control he has over screening. We then examined attitude, social influence, and perceived control as dependent variables. We examined how potential outcomes of screening influenced attitude, how specific people affected overall social influence, and how specific factors influenced perceived control. Roughly 75% expressed intent to receive PSA screening within a year. Attitude, social influence, and perceived control each contributed significantly to the explanation of intentions (p<0.001); the model accounted for 72% of the variability in intention. Detecting cancer early, obtaining peace of mind, knowing their PSA value, and false test results were potential outcomes and each convincingly influenced attitude. A man's wife, primary care physician, urologist, family, friends, and people with cancer each visibly swayed overall perceived social influence. The impacts of health insurance, transportation, information, health problems, including PSA in routine exams, and primary care physicians on perceived control was less clear. Elderly men were unaware of the PSA controversy and believed physicians recommend screening men their age. Our results suggest potential strategies to modify screening rates that include messages to modify men's attitudes about PSA screening and messages that target socially influential people. Being uninformed appears to be an important problem among elderly men who receive PSA screening.

Tumoren weisen oftmals einen veränderten Energiestoffwechsel auf, der durch den Begriff „Warburg-Effekt“ bzw. „aerobe Glykolyse“ charakterisiert ist. Hierunter wird die Stoffwechselsituation verstanden, auch in Gegenwart von Sauerstoff aus Glukose Laktat zu bilden. Benigne Zellen zeigen diesen Effekt in aller Regel nicht so stark wie Tumorzellen. In dieser Arbeit wurden neun Tumorzelllinien, die von unterschiedlichen humanen Tumoren etabliert wurden, hinsichtlich ihres Energiestoffwechsels untersucht. Da der Warburg-Effekt auf einem erhöhten Glukosemetabolismus beruht, wurde die Stärke der Glukoseaufnahme und Laktatbildung für die neun Tumorzelllinien bestimmt. Wesentliches Ziel dieser Arbeit war, einen Zusammenhang zwischen dem Warburg-Effekt und weiteren Eigenschaften der Tumorzellen wie ihrem Oberflächenprofil bzw. ihrer Malignität nachzuweisen. Zur Phänotypisierung wurden die Oberflächenmoleküle CD44 und CD24 ausgewählt, da sie Zellinteraktionen, Zelladhäsion und Zellmigration von Tumorzellen vermitteln. Die Malignität wurde im Xenograft-Modell überprüft. Hierzu wurden Tumorzellen unter die Haut immuninkompetenter Mäuse injiziert und anschließend die Wachstumsgeschwindigkeit der entstehenden, soliden Tumoren gemessen. Die Menge an produziertem Laktat durch Tumorzellen war eindeutig von der Anwesenheit von Glukose im Nährmedium abhängig. Insgesamt waren fünf der neun Tumorzelllinien starke Laktatbildner, was einer Laktatbildung von über 2,5 mmol/L innerhalb von 48 Stunden entspricht. Hierzu gehört u.a. die Mammakarzinomzelllinie MDAMB-231, wohingegen MCF-7, eine andere Mammakarzinomzelllinie, nur wenig Laktat bildete. Im Gegensatz zu MDAMB-231 wuchs MCF-7 zudem auch nicht im Xenograft-Modell. Dies scheint ein Hinweis darauf zu sein, dass starke Laktatbildner aggressiver, d.h. schneller wachsen, als schwache Laktatbildner. Darüber hinaus wurde in dieser Arbeit eine temperaturabhängige Aufnahme des Glukoseanalogons 2-NBDG beo-bachtet. Auch hier fiel die Tumorzelllinie MCF-7 im Vergleich zur Tumorzelllinie MDAMB-231 durch eine geringere Aufnahme von 2-NBDG auf. Dies wird als Hinweis darauf gedeutet, dass MCF-7 Glukose in erster Linie in den Mitochondrien veratmet, anstatt sie zu Laktat zu vergären. Die beiden Glukosetransporter GLUT-1 und GLUT-3 wurden hingegen auf den Zellen aller neun Tumorzelllinien gleichermaßen nachgewiesen. Lediglich auf den Zellen der Tumorzelllinien HT-29 und MDAMB-468 war GLUT-3 schwach exprimiert. Sechs der neun Tumorzelllinien weisen den so genannten „Phänotyp 1“ auf. Hierunter wird in dieser Arbeit die gemeinsame Expression von CD44 und CD24 auf der Zelloberfläche verstanden. Zwei Zelllinien waren ausschließlich positiv für CD44 („Phänotyp 2“), eine Zelllinie ausschließlich positiv für CD24 („Phänotyp 3“). Keiner dieser Phänotypen wies eine charakteristische Glukoseaufnahme bzw. Laktatbildung auf, auch wenn drei der fünf Zelllinien mit besonders starker Laktatbildung zum Phänotyp 2 bzw. 3 gehörten. Die im menschlichen Blut vorzufindende nicht-essentielle Aminosäure Glutamin ist auch in Kulturmedien unerlässlich. Deshalb wurde die Laktatbildung aus Glukose in neun Tumorzelllinien sowohl in An- als auch Abwesenheit von Glutamin gemessen. Dabei wurde festgestellt, dass sich die Menge an gebildetem Laktat nach Inkubation in Glukose-haltigem, aber Glutamin-freiem Medium (Glc+ Gln-) besonders stark verringerte. Dieses Phänomen wurde für die Tumorzelllinien HT-29, 23132/87, BXPC-3 und HRT-18 beobachtet und deutet darauf hin, dass Glutamin in diesen Tumorzelllinien in irgendeiner Form auf die Laktatbildung aus Glukose Einfluss nimmt. Denkbar wäre, dass Glutamin Enzyme der Glykolyse über einen allosterischen Effekt moduliert, wodurch die Laktatbildung ansteigt. Dass diese Zellen eine Glutamin-abhängige Laktatbildung in Form der Glutaminolyse aufweisen, konnte in dieser Arbeit nicht beobachtet werden. Um diese Beobachtung abschließend zu klären, sind jedoch weiterführende Untersuchungen notwendig. / Unlike normal cells, the energy metabolism in tumour cells is characterised by the Warburg effect, which means high aerobic glycolysis even in the presence of oxygen. Most of the glucose is metabolised to lactate, which is not observed to this extent in normal cells. The present thesis examines the energy metabolism of nine cancer cell lines which were all established from different human solid tumours. Because of the high glucose consumption of the Warburg effect, glucose uptake and lactate output were quantified. The objective was to find out whether there is a link between the Warburg effect and other properties of the tumour cells, e.g. the cell-surface phenotype or malignancy. The surface proteins CD44 and CD24, markers for cellular interactions, cellular adhesion and migration, were selected as phenotyping molecules. Tumour malignancy was validated in xenograft experiments in which tumour cells were injected subcutaneously into immunodeficient mice and the subsequent rate of tumour growth determined. The amount of lactate produced in tumours cells was dependent on the presence of glucose in the culture medium. Five out of nine tumour cell lines produced lactate in high concentrations (on average more than 2.5 mmol/L within 48 hours). One of these was MDAMB-231, a breast tumour cell line. In contrast, another breast tumour cell line, MCF-7, showed a low rate of lactate production and no growth in xenograft experiments. This implies that lactate production correlates with malignancy. Moreover, the uptake of the glucose analogon 2-NBDG was dependent on temperature. Again, MCF-7 showed a lower uptake of 2-NBDG than the cells of MDAMB-231, which suggests that MCF-7 metabolizes glucose in the mitochondria rather than via aerobic glycolysis. However, the expression of glucose carriers GLUT-1 and GLUT-3 was nearly equal on all tumour cell lines except for the cells of HT-29 and MDAMB-468 where GLUT-3 was seen only sparsely. Six out of nine tumour cell lines displayed the phenotype CD44+ / CD24+, meaning the concomitant expression of CD44 and CD24. The single expression of CD44 was seen on two tumour cell lines and one tumour cell line showed the single expression of CD24. A correlation between glucose uptake, lactate production and a particular phenotype respectively could not be shown unambiguously, albeit three out of five tumour cell lines with a high lactate production exhibited the single expression of CD44 or CD24. The non-essential amino-acid glutamine is a constituent of human blood and therefore, was added to the culture medium. The tumour cell lines’ lactate production was measured in the presence and absence of glutamine. The lactate production in some tumour cell lines decreased strongly in glutamine-free but glucose-containing culture medium (Glc+ Gln-). The tumour cell lines HT-29, 23132/87, BXPC-3 and HRT-18 showed this phenomenon, indicating an influence of glutamine on the metabolism of glucose to lactate. For example, glutamine may affect glycolysis by an allosteric impact on particular enzymes, resulting in a higher lactate production. Lactate production by glutaminolysis could not be proven within this thesis. Further investigations are required to elucidate this.