Die zunehmende Antibiotikaresistenz vieler Krankheitserreger ist ein weltweites Problem, welches zu einem klinischen Bedarf an neuen antimikrobiellen Substanzen führt. Sphingolipide einschließlich Ceramide stellen eine vielfältige Gruppe strukturverwandter Lipide dar und bestehen aus einem Sphingosin-Grundgerüst, welches mit einer Fettsäure verbunden ist. Sowohl das Sphingosin-Grundgerüst allein als auch Sphingolipide zeigen eine antibakterielle Wirkung gegenüber einer Vielzahl pathogener Mikroorganismen. Die Intensität der Hemmung hängt von der Sphingolipidstruktur und dem Mikroorganismus ab. Neuere Studien konnten zeigen, dass Sphingosin, Ceramide und Ceramid-Analoga in N. meningitidis aufgenommen werden und eine bakteriostatische oder bakterizide Wirkung zeigen. Jedoch ist die antibakterielle Wirkungsweise noch nicht genau bekannt. Um mehr über den Wirkmechanismus zu erfahren haben wir die ultrastrukturellen Veränderungen von N. meningitidis nach Inkubation mit azido-funktionalisierten Sphingolipiden mit elektronenmikroskopischen Verfahren (transmissionselektronenmikroskopische und rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen) untersucht. Mittels korrelativer Licht- und Elektronenmikroskopie (CLEM) konnten wir die azido-funktionalisierten Sphingolipide nach Aufnahme in N. meningitidis lokalisieren. Zum Anfärben der funktionalisierten Sphingolipide wurde die kupferfreie Azid-Alkin-Cyccloaddition verwendet. / The increasing antibiotic resistance of many pathogens is a worldwide problem that leads to a clinical need of new anti-microbial compounds. Sphingolipids, including ceramides, represent a diverse group of structurally related lipids and are composed of a sphingosine backbone coupled to a fatty acid. Solely the sphingosine backbone as well as the sphingolipids show antibacterial activity against a wide range of pathogenic microorganisms. The rate of inhibition depends on the sphingolipid structure and the microbial strain. Recent studies revealed the uptake of sphingosine, ceramides and ceramide analogues by N. meningitidis and a bacteriostatic or bactericidal effect. However, the mechanism of the bactericidal effect is still unknown. To elucidate the antibacterial mechanism, we studied the ultrastructural changes after incubation of N. meningitidis with azido-modified sphingolipids by using electron microscopy techniques (transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). Due to correlative light-electron microscopy (CLEM) we were able to localize the azido-modified sphingolipids after incorporation in N. meningitidis. Copper-free azide-alkyne cycloaddition was used to stain the azido-modified sphingolipids.

Die Pseudodistomine gehören zu den ersten Piperidinalkaloiden marinen Ursprungs, die 1987 von Ishibashi et al. aus der Tunikate (Ascidie) Pseudodistoma kanoko isoliert wurden. Aus der gleichen Tunikate wurde 1995 das Pseudodistomin C isoliert. Die amphiphilen Piperidinalkaloide zeigen eine Antitumor-Aktivität gegen bestimmte Mäuseleukämiezellen, wobei Pseudodistomin C auch eine Cytotoxizität gegen menschliche HeLa-abgeleitete Krebszellen KB aufweist. In der Einleitung wird ausführlich auf Vorkommen, Struktur, Biogenese, pharmakologische Perspektiven und literaturbekannten Synthesen dieser amphiphilen Piperidin-Alkaloide eingegangen. Im Hauptteil wird zunächst eine gescheiterte Synthese ausgehend von D-Ribose über das Konzept einer Tandem Wittig-[3+2]-Cycloaddition beschrieben. Daraufhin wird ein völlig neuer Syntheseweg vorgestellt, welcher den formalen Aufbau des Pseudodistomin C über einen bekannten Piperidin-Grundkörper ermöglich. Des weiteren konnte das vollständig geschützte Pseudodistomin E synthetisiert werden. / Pseudodistomines belong to the first known piperidine alkaloids of marine origin, isolated by Ishibashi et al. from the tunicate (ascidie) pseudodistoma kanoko in 1987. From the same tunicate Pseudodistomin C was isolated in 1995. The amphiphilic piperidin alkaloids show an antitumor activity against certain leukemic cells derived from mice, whereas Pseudodistomin C also exhibits an antitumor activity against human HeLa-derived cancer cells KB. The introduction goes into details about occurrence, structure, biogenesis, pharmacological perspectives and literature known synthesis of these amphiphilic piperidine alkaloids. The main part starts with a failed synthesis based on D-ribose by the concept of a tandem wittig-[3+2]-cycloaddition. Consequently an entirely new synthesis pathway is presented, which enables the formal buildup of Pseudodistomin C by a known piperidine compound. Furthermore I was able to synthesize the fully protected Pseudodistomin E.

Sphingolipide sind essentielle Bestandteile der Plasmamembranen aller eukaryotischen Organismen und besitzen als Signalmoleküle regulierende Eigenschaften auf diverse zelluläre Prozesse. Hierbei spielen die G-Protein-gekoppelten S1P-Rezeptoren eine wichtige Rolle. Diese werden durch das natürliche Sphingosin-1-phosphat sowie die Sphingosin-Derivate FTY720 und cis-4-Methylsphingosin selektiv adressiert. Diese Arbeit beschreibt die Synthese von fünfzehn neuartigen Sphingosin-Derivaten mit potenziell neuen biologischen Eigenschaften. Hierfür wurde die Leitstruktur des natürlichen D-erythro-Sphingosins an den Positionen 1, 3 und/oder 4 modifiziert. Die biologischen Studien mit diesen Verbindungen lieferten erste Erkenntnisse zur Inhibition des S1P-induzierten Calcium-Anstiegs, der Wechselwirkung mit den S1P-Rezeptoren und der zellulären Lokalisation in Chlamydia trachomatis infizierten Zellen. Darüber hinaus wurde eine Methode, die einen schnelleren und variablen Zugang zu den 4-verzweigten Sphingosin-Derivaten erlaubt, etabliert. / Sphingolipids are essential constituents of plasma membranes in all eukaryotic organisms. They also participate as signalling molecules in almost all physiological processes. Here G-protein coupled S1P receptors play an important role. These receptors are selectively addressed by natural ligand sphingosine-1-phosphate as well as by sphingosine analogues FTY720 and cis-4-methylsphingosine. This work describes the synthesis of fifteen sphingosine analogues with potential biological activity. For this purpose, the natural lead structure of D-erythro-sphingosine was modified at positions 1, 3 and/or 4. The biological studies of these compounds provided the first insights to the inhibition of S1P-induced calcium increase, the interaction with S1P receptors and the cellular localization in Chlamydia trachomatis infected cells. Moreover, an adapted method that allowed faster and adaptable access to 4-branched sphingosines was established.

Für die Ätiopathogenese der Atherosklerose spielen eine Vielzahl von Mediatoren eine Rolle. Dabei werden durch das Endothel sowohl protektive als auch schädliche Mediatoren sezerniert. High Density Lipoproteine (HDL) stellen einen bedeutenden protektiven Marker für das kardiovaskuläre Risiko dar, u.a. durch die Aktivierung der endothelialen NO-Synthase (eNOS). HDL besteht zu 50 % aus Proteinen und zu 50 % aus Lipiden. Welche Komponenten des HDL für die eNOS Aktivierung verantwortlich sind, ist nicht bekannt gewesen. Im ersten Abschnitt dieser Promotionsarbeit konnte erfolgreich gezeigt werden, dass die Lysophospholipide, Sphingosin-1-Phosphat (S1P) und Sphinsosylphosphorylcholin (SPC), die strukturelle Bestandteile der Lipidfraktion von HDL darstellen, für einen Teil der HDL induzierten eNOS Aktivierung durch Stimulation des S1P3-Rezeptors verantwortlich sind. Diese eNOS Aktivierung wird durch den intrazellulären Einstrom von Calcium und durch die Aktivierung der Akt-Kinase induziert. Im zweiten Abschnitt dieser Promotionsarbeit konnte nachgewiesen werden, dass das oral verfügbare Lysophospholipid-basierte Medikament, FTY720, das ein strukturelles Analogon des S1P ist, den HDL induzierten Signaltransduktionsweg der eNOS Aktivierung in gleicher Weise induziert. Im dritten Abschnitt dieser Promotionsarbeit konnte ein neuartiges endothelabhängig sezerniertes gemischtes Dinukleosidpolyphosphat, Uridin-Adenosin-Tetraphosphat (Up4A), identifiziert werden. Up4A ist ein Agonist an den P2X- und P2Y-Purinrezeptoren. Up4A induziert bei Applikation in eine isoliert perfundierte Rattenniere hauptsächlich über die Aktivierung des P2X1-Rezeptors und des P2Y2/P2Y4-Rezeptors eine starke Vasokonstriktion im renalen Perfusionsgebiet mit einhergehender Erhöhung des mittleren renalen Perfusionsdrucks. Die direkte Infusion von Up4A in vivo in eine WKY-Ratte führt zu einer signifikanten Erhöhung des mittleren arteriellen Blutdrucks. / In the pathogenesis of atherosclerosis many mediators are included. Therefore the endothelium plays a crucial part by secreting protective but also deleterious factors. High density lipoproteins are an established protective factor in the risk profile of cardiovascular events especially by activating the endothelial NO synthase (eNOS). HDL is composed of 50 % proteins and 50 % lipids. Which component of HDL is responsible for the eNOS activation was not known. In the first part of this dissertation it could be shown, that the lysophospholipids, sphingosine-1-phosphate (S1P) and sphingosylphosphorylcholine (SPC), which are structural compounds of the lipid fraction of HDL, are responsible for a significant part of the HDL induced eNOS activation by stimulating the specific S1P3 receptor. In the signal transduction mechanism the activation of Akt kinase and an influx of calcium is involved. In the second part of this dissertation it could be shown, that the orally active lysophospholipide based drug FTY720, which is a structural analogue of S1P, is able to induce the same signal transduction mechanism activated by HDL including the stimulation of the S1P3 receptor. In the last part of this dissertation a new endothelium dependent vasoconstrictor, the dinucleoside polyphosphate uridine-adenosine-tetraphosphate (Up4A), could be for the first time identified. Up4A is a potent agonist of the P2X- and P2Y-purinoceptors. Via activating the P2X1 receptor and the P2Y2/P2Y4 receptor Up4A induce a strong vasoconstriction in the renal perfusion system in the model of the isolated perfused rat kidney with an adjacent increase of the mean perfusion pressure. By injection of Up4A in vivo in a Wistar Kyoto rat the mean arterial pressure also increase significantly.

Background Growing evidence emphasizes the relevance of sphingolipids for metabolism and immunity of antigen-presenting cells (APC). APCs are key players in balancing tolerogenic and encephalitogenic responses in immunology. In contrast to the well-known prominent effects of sphingosine-1-phosphate (S1P) on lymphocyte trafficking, modulatory effects on APCs have not been fully characterized. Methods Frequencies and activation profiles of dendritic cell (DC) subtypes, monocytes, and T cell subsets in 35 multiple sclerosis (MS) patients were evaluated prior and after undergoing fingolimod treatment for up to 24 months. Impact of fingolimod and S1P on maturation and activation profile, pro-inflammatory cytokine release, and phagocytotic capacity was assessed in vitro and ex vivo. Modulation of DC-dependent programming of naïve CD4+ T cells, as well as CD4+ and CD8+ T cell proliferation, was also investigated in vitro and ex vivo. Results Fingolimod increased peripheral slanDC count—CD1+ DC, and monocyte frequencies remained stable. While CD4+ T cell count decreased, ratio of Treg/Th17 significantly increased in fingolimod-treated patients over time. CD83, CD150, and HLADR were all inhibited, but CD86 was upregulated in DCs after incubation in the presence of fingolimod. Fingolimod but not S1P was associated with reduced release of pro-inflammatory cytokines from DCs and monocytes in vitro and ex vivo. Fingolimod also inhibited phagocytic capacity of slanDCs and monocytes. After fingolimod, slanDCs demonstrated reduced potential to induce interferon–gamma-expressing Th1 or IL-17-expressing Th17 cells and DC-dependent T cell proliferation in vitro and in fingolimod-treated patients. Conclusions We present the first evidence that S1P-directed therapies can act additionally as immunomodulators that decrease the pro-inflammatory capabilities of APCs, which is a crucial element in DC-dependent T cell activation and programming.

Background Growing evidence emphasizes the relevance of sphingolipids for metabolism and immunity of antigen-presenting cells (APC). APCs are key players in balancing tolerogenic and encephalitogenic responses in immunology. In contrast to the well-known prominent effects of sphingosine-1-phosphate (S1P) on lymphocyte trafficking, modulatory effects on APCs have not been fully characterized. Methods Frequencies and activation profiles of dendritic cell (DC) subtypes, monocytes, and T cell subsets in 35 multiple sclerosis (MS) patients were evaluated prior and after undergoing fingolimod treatment for up to 24 months. Impact of fingolimod and S1P on maturation and activation profile, pro-inflammatory cytokine release, and phagocytotic capacity was assessed in vitro and ex vivo. Modulation of DC-dependent programming of naïve CD4+ T cells, as well as CD4+ and CD8+ T cell proliferation, was also investigated in vitro and ex vivo. Results Fingolimod increased peripheral slanDC count—CD1+ DC, and monocyte frequencies remained stable. While CD4+ T cell count decreased, ratio of Treg/Th17 significantly increased in fingolimod-treated patients over time. CD83, CD150, and HLADR were all inhibited, but CD86 was upregulated in DCs after incubation in the presence of fingolimod. Fingolimod but not S1P was associated with reduced release of pro-inflammatory cytokines from DCs and monocytes in vitro and ex vivo. Fingolimod also inhibited phagocytic capacity of slanDCs and monocytes. After fingolimod, slanDCs demonstrated reduced potential to induce interferon–gamma-expressing Th1 or IL-17-expressing Th17 cells and DC-dependent T cell proliferation in vitro and in fingolimod-treated patients. Conclusions We present the first evidence that S1P-directed therapies can act additionally as immunomodulators that decrease the pro-inflammatory capabilities of APCs, which is a crucial element in DC-dependent T cell activation and programming.