Thesis--Zürich. / Without thesis statement. "Korrigenda": leaf inserted. Bibliography: p. 133.

Univ., Diss. u.d.T.: Nordalm,Jens: Erich Marcks (1861-1938) und die Generation der Rankerenaissance--Bonn, 2001.

Dissertation--Philosophische Fakultät--Universität Bonn, 2000. Titre de soutenance : Erich Marcks (1861-1938) und die Generation der Rankerenaissance. Historie als Kunst, Wissenschaft und Politik. / Bibliogr. p. [387]-408.

Le cancer du sein inflammatoire (CSI) est l’une des formes la plus agressive en raison de son potentiel métastatique élevé. Le diagnostic est basé sur des signes cliniques avec une émergence rapide, mais en réalité ces signes sont subjectifs et non spécifiques. Malgré le traitement multidisciplinaire, le pronostic reste mauvais avec une survie à 5 ans inférieure à 50% vs 90% dans le cancer du sein non inflammatoire (CSNI). Les CSI sont rares en Europe et aux Etats-Unis, représentant moins de 2% du CS. En Afrique du Nord et en particulier en Tunisie, ils représentent plus de 5% des CS. Notre équipe a trouvé des gènes significativement plus sur-exprimés dans CSI dans une signature moléculaire indépendante des sous-types moléculaires et était composé de 79 gènes. Nous nous sommes intéressés particulièrement à MARCKS qui code pour le substrat majeur de la protéine kinase C. Dans le cadre de cette thèse, nous avons tenté de mieux comprendre les aspects épidémiologiques et cliniques des CSI associés à une distribution géographique différente. Nous analyserons les caractéristiques histo-cliniques et de pronostic sur une série de 219 patientes de CSI traitées à l'Institut Salah Azaiez (Tunis) de 2008 à 2013. Les résultats de cette série historique tunisienne ont été comparés à ceux de la littérature. Évaluer si la protéine MARCKS pourrait être un nouveau marqueur spécifique du CSI par une analyse IHC sur des échantillons de tumeurs CSI et CSNI de patientes française et tunisiennes (N = 502). Les corrélations entre l'expression de MARCKS et les critères cliniques et biologiques ont été établies. / Inflammatory Breast Cancer (IBC is one of the most aggressive breast cancers due its high metastatic potential. The diagnostic is based on clinical signs with rapid emergence but in reality these signs are subjective and non-specific. Despite the multi-modality treatment, the prognosis remains poor with survival in 5-year inferior to 50% vs 90% in non-Inflammatory Breast Cancers (non-IBC). IBC were rare in Europe and USA, represented at least 2% of breast cancer (BC), more frequent in North Africa and particularly in Tunisia which they present more than 5% of BC. Our team has found genes most significantly over-expressed in IBC given a molecular signature independent from the molecular subtypes and was composed of 79 genes. We were interested particularly to MARCKS gene that encodes for the major substrate of protein kinase C. As part of this thesis, we have attempted to better understand the epidemiological and clinical aspects of IBCs associated with a different geographical distribution. We will analyze the histo-clinical characteristics and the prognosis on a series of 219 patients with IBC treated at the Salah Azaiez Institute (Tunis) from 2008 to 2013. The results of this historical Tunisian series were compared with those of literature. Evaluate whether MARCKS protein could be a new specific marker for IBC by an IHC analysis on IBC and non-IBC tumor samples of French and Tunisian patients (N=502). Correlations between the expression of MARCKS and clinical and biological criteria were established.

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MARCKS-Protein ist in den Signalübertragungsweg der Zelle involviert. Durch einen Adsorptions-/Desorptionszyklus mit der Zellmembran reguliert es die Konzentration bestimmter Botenmoleküle. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit strukturelle Änderungen der Membran, verursacht durch die Membran-Protein-Wechselwirkung, mit einem Reaktions-Diffusions-System korrelieren. Die elektrostatische Wechselwirkung von MARCKS-Protein mit negativ geladenen Membranlipiden geschieht an der inneren Seite der Zellmembran. Als Modellsystem lässt sich dies mit einer monomolekularen Lipidschicht an der Wasser-Luft-Grenzfläche realisieren. Anhand von oberflächensensitiven Messungen konnte gezeigt werden, dass die Wechselwirkung von MARCKS mit negativ geladenen Membranlipiden und damit die Adsorption an der Membran, zu einer Änderung der Membrantopologie führt. Damit verbundenen ist auch der partielle Einbau von MARCKS in die Membran, was zu einem größeren molekularen Flächenbedarf führt. Dieser korreliert mit dem Anstieg des lateralen Drucks der Lipidmonoschicht bei konstanter Fläche. Die Desorption von MARCKS kann durch die Wechselwirkung mit PKC induziert werden, detektierbar durch die Reduktion des lateralen Drucks. Bei Vorhandensein eines Reservoirs an MARCKS und PKC oszilliert der laterale Druck, was als zyklische Adsorption und Desorption von MARCKS an bzw. von der Lipidschicht interpretiert wird. Anhand der experimentellen Ergebnisse wurde ein mathematisches Modell entwickelt, dass dieses oszillierende Verhalten als ein Reaktions-Diffusions-System erklärt.

MARCKS-Protein ist in den Signalübertragungsweg der Zelle involviert. Durch einen Adsorptions-/Desorptionszyklus mit der Zellmembran reguliert es die Konzentration bestimmter Botenmoleküle. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit strukturelle Änderungen der Membran, verursacht durch die Membran-Protein-Wechselwirkung, mit einem Reaktions-Diffusions-System korrelieren. Die elektrostatische Wechselwirkung von MARCKS-Protein mit negativ geladenen Membranlipiden geschieht an der inneren Seite der Zellmembran. Als Modellsystem lässt sich dies mit einer monomolekularen Lipidschicht an der Wasser-Luft-Grenzfläche realisieren. Anhand von oberflächensensitiven Messungen konnte gezeigt werden, dass die Wechselwirkung von MARCKS mit negativ geladenen Membranlipiden und damit die Adsorption an der Membran, zu einer Änderung der Membrantopologie führt. Damit verbundenen ist auch der partielle Einbau von MARCKS in die Membran, was zu einem größeren molekularen Flächenbedarf führt. Dieser korreliert mit dem Anstieg des lateralen Drucks der Lipidmonoschicht bei konstanter Fläche. Die Desorption von MARCKS kann durch die Wechselwirkung mit PKC induziert werden, detektierbar durch die Reduktion des lateralen Drucks. Bei Vorhandensein eines Reservoirs an MARCKS und PKC oszilliert der laterale Druck, was als zyklische Adsorption und Desorption von MARCKS an bzw. von der Lipidschicht interpretiert wird. Anhand der experimentellen Ergebnisse wurde ein mathematisches Modell entwickelt, dass dieses oszillierende Verhalten als ein Reaktions-Diffusions-System erklärt.

Zellmembranen sind hochspezialisierte Mehrkomponentenlegierungen, welche sowohl die Zelle selbst als auch ihre Organellen umgeben. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei vielen biologisch relevanten Prozessen wie die Signaltransduktion und die Zellbewegung. Aus diesem Grund ist eine genaue Charakterisierung ihrer Eigenschaften der Schlüssel zum Verständnis der Bausteine des Lebens sowie ihrer Erkrankungen. Besonders Krebs steht im engen Zusammenhang mit Veränderungen der biomechanischen Eigenschaften vom Gewebe, Zellen und ihren Organellen. Während Veränderungen des Zytoskeletts von Krebszellen im Fokus vieler Biophysiker stehen, ist die Bedeutung der Biomechanik von Zellmembran weitgehend unklar. Zellmembranen faszinieren Wissenschaftler jedoch nicht nur wegen ihrer biomechanischen Eigenschaften. Sie sind auch Beispiele für eine selbstorganisierte und heterogene Landschaft, in der Prozesse fernab des Gleichgewichtes, wie z.B. räumliche und zeitliche Musterbildungen, auftreten. Die vorgelegte Dissertation untersucht erstmals umfassend die zentrale Rolle der Zellmembran und ihrer molekularen Architektur für die Signalübertragung, die Biomechanik und die Zellmigration. Hierfür werden einfache Modellmembranen aber auch komplexere Vesikel und ganze Zellen mittels etablierter physikalischer Methoden analysiert. Diese reichen von Fourier- Analysen zur Charakterisierung von thermisch angeregten Membranundulationen über Massenspektrometrie und ‘Optical Stretcher’ Messungen von ganzen Zellen bis hin zur Filmwaagentechnik. Des Weiteren wird ein Modellsystem vorgestellt, welches sowohl einen experimentellen als auch einen mathematischen Zugang zum ‘ME-switch’ ermöglicht. Die vorgelegte Dissertation bietet neue Einblicke in wichtige Funktionen von Zellmembranen und zeigt neue therapeutische Perspektiven in der Membran- und Krebsforschung auf.

Zellmembranen sind hochspezialisierte Mehrkomponentenlegierungen, welche sowohl die Zelle selbst als auch ihre Organellen umgeben. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei vielen biologisch relevanten Prozessen wie die Signaltransduktion und die Zellbewegung. Aus diesem Grund ist eine genaue Charakterisierung ihrer Eigenschaften der Schlüssel zum Verständnis der Bausteine des Lebens sowie ihrer Erkrankungen. Besonders Krebs steht im engen Zusammenhang mit Veränderungen der biomechanischen Eigenschaften vom Gewebe, Zellen und ihren Organellen. Während Veränderungen des Zytoskeletts von Krebszellen im Fokus vieler Biophysiker stehen, ist die Bedeutung der Biomechanik von Zellmembran weitgehend unklar. Zellmembranen faszinieren Wissenschaftler jedoch nicht nur wegen ihrer biomechanischen Eigenschaften. Sie sind auch Beispiele für eine selbstorganisierte und heterogene Landschaft, in der Prozesse fernab des Gleichgewichtes, wie z.B. räumliche und zeitliche Musterbildungen, auftreten. Die vorgelegte Dissertation untersucht erstmals umfassend die zentrale Rolle der Zellmembran und ihrer molekularen Architektur für die Signalübertragung, die Biomechanik und die Zellmigration. Hierfür werden einfache Modellmembranen aber auch komplexere Vesikel und ganze Zellen mittels etablierter physikalischer Methoden analysiert. Diese reichen von Fourier- Analysen zur Charakterisierung von thermisch angeregten Membranundulationen über Massenspektrometrie und ‘Optical Stretcher’ Messungen von ganzen Zellen bis hin zur Filmwaagentechnik. Des Weiteren wird ein Modellsystem vorgestellt, welches sowohl einen experimentellen als auch einen mathematischen Zugang zum ‘ME-switch’ ermöglicht. Die vorgelegte Dissertation bietet neue Einblicke in wichtige Funktionen von Zellmembranen und zeigt neue therapeutische Perspektiven in der Membran- und Krebsforschung auf.:1 Introduction 2 Background 2.1 The Cell Membrane 2.1.1 Lipids in Cell Membranes 2.1.2 Membrane Proteins 2.1.3 An Overview on Membrane Models 2.1.4 Lipid Rafts 2.2 Model Membranes – An Experimental Access to Cell Membranes 2.2.1 Surface Tension and Thermodynamic Equilibrium 2.2.2 Langmuir Monolayer 2.2.3 The Polymorphism of Langmuir Monolayers 2.2.4 Membrane Vesicles 2.3 Biological Membranes as Semiflexible Shells 2.3.1 Elasticity of Soft Shells 2.3.2 Helfrichs Theory About Bending Deformations 2.3.3 Membrane Undulation 2.4 Membranes in Cell Signaling 2.4.1 Signal Transduction Fundamentals 2.4.2 Phosphoinositides 2.4.3 Phosphatidylinositol Signaling Pathway 2.4.4 The Myristoyl-Electrostatic Switch 2.5 Reaction-Diffusion Systems 2.5.1 Diffusion 2.5.2 Michaelis-Menten Kinetics 2.5.3 Reaction-Diffusion Systems 3 Methods, Materials and Theory 3.1 Optical Microscopy 3.1.1 Fluorescence Microscopy 3.1.2 Phase Contrast Microscopy 3.2 Cell Culture and GPMV Formation 3.2.1 Tumor Dissociation and Cell Culturing of Primary Cells 3.2.2 Cell Lines and Cell Culturing 3.2.3 Preparation of Giant Plasma Membrane Vesicles 3.3 Optical Stretcher 3.4 Fourier Analysis of Thermally Excited Membrane Fluctuations 3.4.1 The Quasi-Spherical Model – Membrane Fluctuations 3.4.2 Determination of the Bending Rigidity 3.5 Mass Spectrometry 3.5.1 MALDI-TOF Mass Spectrometry 3.5.2 ESI Mass Spectrometry 3.6 Migration, Invasion and Cell Death Assays 3.7 Langmuir-Blodgett Technique 3.7.1 Langmuir Troughs and Film Balances 3.7.2 Experimental Setup and Monolayer Preperation 3.7.3 Phospholipids, Dyes and Buffer Solutions 4 Fluctuations in Cell Membranes 4.1 Cell Membrane Softening in Human Breast and Cervical Cancer Cells 4.1.1 Bending Rigidity of Human Beast and Cervical Cell Membranes 4.1.2 MALDI-TOF Analysis of Lipid Composition 4.1.3 Summary and Discussion 4.2 Targeting of Membrane Rigidity – Implications on Migration 4.2.1 ESI Tandem Analysis of Lipid Composition 4.2.2 Biomechanical Behavior of Whole Cells and Membranes 4.2.3 Migration and Invasion Behavior 4.2.4 Summary and Discussion 5 Oscillations in Cell Membranes 5.1 Mimicking the ME-switch 5.1.1 DPPC/PIP2 monolayers at the presence of MARCKS 5.1.2 Lateral organization of PIP2 in DPPC/PIP2 monolayers 5.1.3 Translocation of MARCKS 5.1.4 Phosphorylation of MARCKS by PKC 5.1.5 Summary and Discussion 5.2 Dynamic Membrane Structure Induces Temporal Pattern Formation 5.2.1 Mechanism of the Oscillation 5.2.2 Modeling the ME-switch 5.2.3 Time Evolution 5.2.4 Phase Diagrams and Open Systems 5.2.5 Summary and Discussion 6 Conclusion and Outlook Appendix Bibliography List of Figures List of Abbreviations Acknowledgement

To survive, neurons and other eukaryotic cells must rapidly repair (seal) plasmalemmal damage. Such repair occurs by an accumulation of intracellular vesicles at or near the plasmalemmal disruption. Diacylglycerol (DAG)-dependent and cAMP-dependent proteins are involved in many vesicle trafficking pathways. Although recent studies have implicated the signaling molecule cAMP in sealing, no study has investigated how DAG and DAG-dependent proteins affect sealing and, whether pharmacological inhibition of such proteins could promote immediate repair of damaged mammalian axons. To this end, I investigated the role of DAG, protein kinase C (PKC) and other DAG-activated proteins in plasmalemmal sealing in B104 neurons in vitro and rat sciatic nerves in vivo. Using dye exclusion to assess Ca2+-dependent vesicle-mediated sealing of transected neurites of individually identifiable rat hippocampal B104 cells, I now report that, compared to non-treated controls, sealing probabilities and rates are increased by DAG and cAMP analogs that activate PKC and Munc13-1, and protein kinase A (PKA). Sealing is decreased by inhibiting DAG-activated novel protein kinase C isozymes η (nPKCη) and θ (nPKCθ) and, Munc13-1, the PKC effector myristoylated alanine rich PKC substrate (MARCKS) or phospholipase C (PLC). DAG-increased sealing is prevented by inhibiting MARCKS or PKA. Sealing probability is further decreased by simultaneously inhibiting nPKCη, nPKCθ and PKA. Extracellular Ca2+, DAG or cAMP analogs do not affect this decrease in sealing. I also report that applying inhibitors of nPKC and PKA to rat sciatic axons crush-severed in vivo under physiological calcium, do not promote immediate repair by polyethylene glycol (PEG), as assessed by compound action potential conduction and dye diffusion through crush sites. These and other data suggest that DAG increases sealing through MARCKS and that nPKCη, nPKCθ and PKA are all required to seal plasmalemmal damage in B104 neurons, and likely all eukaryotic cells. / text