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Die Degranulation von Mastzellen soll durch Glycosphingolipide, welche mit der Zellmembran wechselwirken inhibiert werden. Der Sphingosingrundkörper wurde in zehn-stufigen Synthese ausgehend von N-Boc-Serin, aufgebaut. Die anschließende Glycosylierung erfolgte nach der Trichloracetimidatmethode in sehr guten Ausbeuten und stellte den Schlüsselschritt dar. Durch die Variation von unter Anderem der Amidseitenkette, der Glycosylkopfgruppe und des Sphingosingrundkörpers wurde eine Vielzahl an Derivaten für das Screening im Degranulationsassay bereitgestellt. / The present dissertation covers the synthesis of glycosphingolipids which interact with the cell membrane in order to inhibit the degranulation of mast cells. The sphingosin body was synthesized in ten steps starting from N-Boc-Serin. The key step, the glycosylation was achieved using the trichloracetimidat method. The variation of the amid sidechain, the gylcosyl headgroup and the sphingosin body created a number of derivatives that were tested in the degranulation assay.

Die Degranulation von Mastzellen soll durch Glycosphingolipide, welche mit der Zellmembran wechselwirken inhibiert werden. Der Sphingosingrundkörper wurde in zehn-stufigen Synthese ausgehend von N-Boc-Serin, aufgebaut. Die anschließende Glycosylierung erfolgte nach der Trichloracetimidatmethode in sehr guten Ausbeuten und stellte den Schlüsselschritt dar. Durch die Variation von unter Anderem der Amidseitenkette, der Glycosylkopfgruppe und des Sphingosingrundkörpers wurde eine Vielzahl an Derivaten für das Screening im Degranulationsassay bereitgestellt. / The present dissertation covers the synthesis of glycosphingolipids which interact with the cell membrane in order to inhibit the degranulation of mast cells. The sphingosin body was synthesized in ten steps starting from N-Boc-Serin. The key step, the glycosylation was achieved using the trichloracetimidat method. The variation of the amid sidechain, the gylcosyl headgroup and the sphingosin body created a number of derivatives that were tested in the degranulation assay.

Scs2p ist ein integrales Membranprotein des Endoplasmatischen Retikulums (ER), dessen Deletion zu einer geringeren Expression der Inositol-1-P Synthase INO1 in Inositol-freiem Medium führt und dessen Überexpression die Inositol-Auxotrophie eines Stammes mit einer defekten "unfolded protein response" supprimiert. scs2 Mutanten weisen zudem eine erhöhte Sensitivität gegen Tunicamycin auf, eine Substanz, welche die N-Glykosylierung von Proteinen im ER inhibiert. Für die mutmaßlichen Orthologen von Scs2p in höheren Eukaryoten wurde eine Funktion dieser Proteine im vesikulären Transport postuliert. In dieser Arbeit wurde Scs2p als mit Cue1p, einer Komponente der ER-assoziierten Proteindegradation, quervernetzbares Protein identifiziert, und daraufhin begonnen, die Funktion von Scs2p näher zu charakterisieren. Eine Deletion von SCS2 hatte keinen Einfluß auf die bekannten Cue1p-abhängigen Degradationswege. Auch die Induktion der "unfolded protein response" (UPR) infolge einer Akkumulation von falsch gefalteten Proteinen wurde durch eine Deletion von SCS2 nicht beeinträchtigt. Eine Beeinträchtigung des Transportes durch den sekretorischen Weg konnte in scs2 Hefen ebenfalls nicht nachgewiesen werden. scs2 Mutanten zeigten eine generell verminderte Expression von Genen der Glycerolipid Biosynthese, deren Transkription über Ino2p/Ino4p reguliert wird. Dabei beeinträchtigte eine Deletion von SCS2 nicht die Induktion der UPR in Inositol-armem Medium und die darüber vermittelte Induktion der INO1 Expression. Ein analoger Phänotyp wurde auch in Mutanten beobachtet, in denen die Gene von Ubc7p, einer Komponente der ER-Degradation oder Lcb3p, einer Sphingosin-P Phosphatase, deletiert waren. Dabei bestand in bezug auf die Ino2p/Ino4p-abhängige Expressionsregulation keine epistatische Beziehung zwischen den drei Gendeletionen. Untersuchungen des Einflusses verschiedener Mutanten und Inhibitoren des Sphingolipid Stoffwechsels zeigten, daß Änderungen der Synthese von komplexen Sphingolipiden die Regulation der Inositol Synthese nur indirekt beeinflußten und gaben Hinweise auf eine Regulation des Glycerolipid Stoffwechsels durch Sphingosin. scs2 Mutanten erwiesen sich als sensitiv gegen Inhibitoren der Sphingolipid Biosynthese. Untersuchungen von Stämmen, in denen verschiedene Gene der Sphingolipid Synthese deletiert wurden, sowie Analysen der Lipidzusammensetzung zeigten, daß in scs2 Zellen eine Regulation beeinträchtigt ist, welche die IPC Synthase Aktivität bei einem verringerten Sphingolipid Gehalt der Zelle erhöht. Die geringere Expression von Genen der Glycerolipid Synthese und die niedrigere Kapazität zur Synthese von komplexen Sphingolipiden erwiesen sich als voneinander unabhängige Auswirkungen eines komplexen Phänotyps von scs2 Deletionsmutanten, wobei die primäre Funktion von Scs2p vermutlich nicht im Lipidstoffwechsel liegt. / Scs2p is an integral membrane protein of the endoplasmic reticulum (ER), whose deletion leads to a reduced expression of INO1 encoding inositol-1-phosphate synthase and whose over-expression suppresses the inositol auxotrophy of a strain with a defect unfolded protein response (UPR). scs2 mutants display an enhanced sensitivity to Tunicamycin, an inhibitor of protein N-glycosylation in the ER. It has been proposed that the putative orthologs of Scs2p in higher eukaryotes function in vesicular transport. In this work Scs2p, which was identified as a protein that can be crosslinked to Cue1p, a protein involved in ER-associated protein degradation, was further characterised. A deletion of SCS2 did not affect the known Cue1p-dependend degradation pathways. Cells lacking Scs2p normally induced the UPR upon an accumulation of misfolded proteins. An impairment of protein transport through the secretory pathway could also not be detected in scs2 cells. scs2 mutants displayed a generally reduced expression of genes involved in glycerolipid synthesis, whose transcription is regulated by Ino2p/Ino4p. The induction of the UPR in inositol-free medium and the subsequent upregulation of INO1 expression were not impaired in these cells. A similar effect was observed in strains lacking Ubc7p, a component of the ER -associated protein degradation system and in cells lacking the sphingoid base-1-phosphate phosphatase Lcb3p. Regarding the Ino2p/Ino4p-dependend gene expression no epistatic relationship was observed between Scs2p, Ubc7p and Lcb3p. An examination of the influence of various mutants and inhibitors of the sphingolipid pathway indicated that alterations of the synthesis of complex sphingolipids have only an indirect influence on the regulation of inositol synthesis and pointed towards a control of glycerolipid synthesis by sphingoid bases. scs2 cells were found to be sensitive to inhibitors of sphingolipid biosynthesis. The examination of strains lacking various enzymes involved in sphingolipid synthesis and direct analysis of lipid composition showed that a deletion of SCS2 impairs an upregulation of IPC synthase activity under conditions where the sphingolipid content of the cell is diminished. The reduced expression of genes involved in glycerolipid synthesis and the lower capacity for the synthesis of complex sphingolipids turned out to be mutually independent consequences of the complex phenotype of cells lacking Scs2p, whose primary function may not be in the lipid metabolism.

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Verticillium longisporum ist ein bodenbürtiger, phytopathogener Pilz, der Pflanzen der Familie der Brassicaceen befällt. Er dringt durch die Wurzel ein und verbreitet sich in der Pflanze über das Xylem. In dieser Arbeit wurden die metabolischen Veränderungen in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana während der Pflanzen-Pilz-Interaktion analysiert. Hierfür wurde die

Sphingolipide sind eine wichtige Klasse von Lipiden, die nicht nur als Strukturmoleküle von Bedeutung sind sondern auch in Signaltransduktionsprozessen eine wichtige Rolle spielen. Insbesondere die Sphingolipidmetaboliten Ceramid, Sphingosin und Sphingosin-1-phosphat sind an zellulären Prozessen wie Differenzierung, Apoptose, Proliferation und Inflammation beteiligt. Sphingomyelinasen üben daher als katabole Enzyme des Sphingolipidstoffwechsels eine wichtige Funktion aus. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Expression und Reinigung der rekombinanten humanen sauren Sphingomyelinase sowie ausgewählter varianter Formen des Enzyms, die verschiedene Subtypen der Niemann-Pick-Erkrankung widerspiegeln. Die Kinetiken und weitere Parameter der erhaltenen Enzyme wurden nach Michaelis-Menten bestimmt. Durch Gabe der rekombinanten Enzyme zu metabolisch radiomarkierten (NPA -/-) Fibroblasten wurde die Stimulation des Sphingolipidmetabolismus nachverfolgt. Mittels FT-IR Spektroskopie gelang die Bestimmung und Quantifizierung von Sekundärstrukturelementen im Wildtypenzym und den varianten Formen. Darüber hinaus wurde in SPR-Messungen die biomolekulare Interaktion der sauren Sphingomyelinase mit dem Krebstherapeutikum Siramesin untersucht. Siramesin, welches als Inhibitor der sauren Sphingomyelinase wirkt, induziert selektiv in Krebszellen den lysosmalen Zelltod. In diesem Zusammenhang wurde die saure Sphingomyelinase als potentielles Zielmolekül für Krebstherapien identifiziert. / Sphingolipids are an important class of lipid molecules. Beyond their structural role, they also serve as bioactive signalling entities. Sphingolipid metabolites like ceramide, sphingosine and sphingosine-1-phosphate are involved in many cellular processes including differentiation, apoptosis, proliferation, inflammation and intracellular trafficking. In this context, sphingomyelinases are of special interest. The present work focuses on the expression and purification of recombinant human acid sphingomyelinase and selectively chosen variant forms of the enzyme, representing prominent Niemann-Pick disease types. Subsequently the biochemical parameters of all obtained enzymes were determined by Michaelis-Menten kinetics. In order to asses the stimulation of sphingolipid metabolism metabolically radiolabeled (NPA -/-) cells were treated with the recombinant enzymes. Based on FT-IR spectroscopy, structural components of the acid sphingomyelinase and its variants, were determined and quantified. Furthermore SPR-experiments were performed to analyse the biomolecular interaction of immobilized acid sphingomyelinase and the anticancer agent siramesine. Siramesine acts as an inhibitor on acid sphingomyelinase, thereby triggering cancer-specific lysosomal cell death. In this context the human acid sphingomyelinase was identfied as a target for cancer therapy.

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Im Rahmen dieser Arbeit wurden fluoreszierende Sphingomyelin-Analoga zu Studium der sauren Sphingomyelinase (ASM) synthetisiert. Ausgehend von L-Serin wurde ein Sphingosin-Derivat mit natürlicher Stereochemie dargestellt. Anschließend wurde mittels Phosphorodichloridat-Chemie eine Aminoethylphosphat-Gruppe installiert. Zweifache Fluoreszenzmarkierung ergab Sonden mit der Fähigkeit zu Förster-Resonanzenergietransfer (FRET). Diese wurden als Substrate der ASM akzeptiert und erlaubten die Verfolgung der Enzymaktivität in vitro. Durch die Analyse der photophysikalischen Eigenschaften der Fluorophore wurde das allgemeine Konzept der Phasentrennungs-gestützten Signalverstärkung (PS) abgeleitet. Dieses Konzept wurde erfolgreich bestätigt durch die Synthese einer 30-mal leistungsfähigeren zweiten Generation der FRET-Sonde. Ein homogener Assay wurde entwickelt, der die Quantifizierung der ASM-Aktivität erlaubte. Unter Verwendung von gereinigter rekombinanter humaner ASM, HeLa-Zelllysaten oder Lysaten von murinen embryonalen Fibroblasten (MEFs) als Enzymquelle wurde ausschließlich unter den von der ASM bevorzugten Bedingungen eine vollständige und spezifische Hydrolyse der Sonde beobachtet. Des Weiteren erlaubte die Sonde die Detektion relativer Unterschiede der Aktivität der ASM in kultivierten MEFs mittels Fluoreszenzmikroskopie mit Zweiphotonenanregung (2PE). / Fluorescent sphingomyelin analogues have been synthesized to probe the acid sphingomyelinase (ASM). Starting from L-serine, a sphingosine with natural stereochemistry was synthesized. Subsequently, phosphorodichloridate chemistry was used to install an aminoethyl phosphate moiety. Dual fluorescent labeling afforded probes capable of Förster resonance energy transfer (FRET). They were recognized as substrates of ASM and allowed for monitoring of the enzyme’s activity in vitro. Through analysis of the fluorophores’ photophysical properties, the general concept of partition aided amplification of a FRET probe’s signal (PS) was developed. This concept was successfully confirmed by the synthesis of a second-generation probe with 30-fold improved response. A homogenous assay was developed, which allowed for a quantitation of ASM activity. Using either purified recombinant human ASM, or lysates of HeLa cells or mouse embryonic fibroblasts (MEFs) as an enzyme source, complete and specific cleavage was observed exclusively under conditions preferred by ASM. Furthermore, the probe enabled the detection of relative levels of ASM activity in cultivated MEFs using fluorescence microscopy with two-photon excitation (2PE).