In dieser Dissertation wurde eine isolierte Brachydaktylie vom Typ E (BDE) untersucht. Grundlage war eine Familie mit autosomal-dominanten Erbgang BDE. Der genetische Hintergrund ist eine balancierte Translokation t(8;12)(q13;p11.2). Der Bruchpunkt auf derivativem Chromosom der(8) liegt 86 kb strangaufwärts des chondrogenetisch essentiellen Kandidatengens PTHLH (Parathyroid hormone like hormone). PTHLH ist für die Differenzierungsrate von proliferativen Chondrozyten verantwortlich. Positiv oder negativ reguliertes Pthlh führen zu einer Dysbalance mit Brachydaktylie-ähnlichen Phänotypen in murinen Tiermodellen. Der Leserahmen des Kaliumkanals KCNB2 auf Chromosom 8 wurde durch die Translokation in Intron 2 getrennt. Chrondrogenetische KCNB2 Funktionen konnten durch in situ Hybridisierungen ausgeschlossen werden. Der Translokationsbruchpunkt auf der(8) liegt in einer in Mammalia hochkonservierten Region und beeinhaltet ein Bindungsmotiv für AP1 Transkriptionsfaktoren. Durch die Translokation befindet sich in unmittelbarer Nähe eine Kernkonsensussequenz für ETS Transkriptionsfaktoren. AP1 und ETS Transkriptionsfaktoren interagieren und wurden auf eine potentielle PTHLH Regulation untersucht. Epigenetische Histonmodifizierungen, charakteristisch für cis-regulatorische Elemente, sowie Reportergenassays mit AP1 und ETS1 Bindungsmotiven zeigten einen Bezug zur PTHLH Regulation. Bindungsassays mit AP1 und ETS1 Transkriptionsfaktoren an den Bruchpunktsequenzen, sowie funktionelle in vitro Experimente mit Chondrozyten verifizierten die Hypothese, dass der Translokationsbruchpunkt strangaufwärts von PTHLH regulatorische Eigenschaften besitzt. Die AP1 und ETS1 Transkriptionsfaktoren regulierten PTHLH positiv in ATDC5 und C28/I2 Chondrozyten. In chondrogeninduzierten Patientenfibroblasten war die PTHLH Expression inhibiert. Die molekulare Pathogenese der BDE wurde durch die bisher unbekannte chondrogene PTHLH Fehlregulation dargestellt. / We studied a 3-generation family with Brachydactyly Type E (BDE) and identified a t(8;12)(q13;p11.2) translocation. We identified PTHLH (Parathyroid hormone like hormone) on chromosome 12p11.2 and the ionchannel KCNB2 on chromosome 8q13 as candidate genes. KCNB2 was disrupted in intron 2, while the chromosome 12 breakpoint is localized 86 kb upstream of PTHLH; only the latter gene is involved in chondrogenesis. The 12p11.2 breakpoint is conserved and features an AP1 binding site 86 kb upstream of PTHLH. Due to the translocation, an ETS binding site from 8q13 resided near the AP1 site. Since both transcription factors interact, we tested if AP1 and ETS1 can activate PTHLH in ATDC5 and C28/I2 chondrocytes. We used the breakpoint sequences of the derivative chromosomes 8 and 12 and the nonaffected chromosome 8 and 12 allele sequences in reporter-gene assays. Reporter-gene constructs containing the der(8) breakpoint revealed activation in murine and human chondrocytes. The enrichment of histone modifications, implicating cis-regulatory effects were investigated in the breakpoint area. We found the enriched histone H3K4me1 modification at the chromosome 12 breakpoint position in murine and human chondrocytes, while affected fibroblasts showed higher H3K4me1 enrichment at the der(8) breakpoint compared to wt(12) allele. Furthermore, the breakpoint sequence bound to AP1 and C-ets-1 in EMSA. Western blotting after PMA-stimulated AP1 and ETS1 activation and overexpression of different AP1 and ETS1 combinations showed activated PTHrP expression in chondrocytes. In chondrogenic induced BDE fibroblasts PTHLH was inhibited, while IHH was upregulated. We suggest that PTHLH was dysregulated by the translocation in BDE chondrocytes. This could lead to BDE. We highlight the impact to characterize genomic breakpoints in detail and demonstrate a novel AP1- and ETS1-directed chondrogenic PTHLH regulation in wild-type chondrocytes and dysregulation in the pathogenesis of BDE.

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Prä- und Probiotika auf bakterielle Translokation (BT) und postoperative Infektionen nach großen viszeralchirurgischen Eingriffen untersucht. Dabei wurde aus methodischen Gründen zunächst BT nach Leber- (LR) und Colonresektion (CR) allein oder in Kombination experimentell im Rattenmodell quantifiziert und deren potentielle Pathomechanismen untersucht. Anschließend wurde der Einfluss von einzelnen Probiotika und einer Kombination verschiedener Probiotika und Präbiotika auf die Inzidenz bakterieller Infektionen nach Lebertransplantation (LTX) und pyloruserhaltender Pankreaskopfresektion (PPPD) in zwei prospektiv randomisierten klinischen Studien analysiert. Im experimentellen Teil der Untersuchungen wurde BT nach LR vor allem in Leber und Milz, nach CR hauptsächlich in mesenterialen Lymphknoten (MLK) und Milz nachgewiesen. Kombination von LR und CR führte zu einer Potenzierung der BT, parallel zum Ausmaß der LR. Durch Gabe von Probiotika wurde die Konzentration von Bakterien in den MLK signifikant gesenkt. Tiere mit einer hohen coecalen Laktobazillenkonzentration hatten eine signifikant niedrigere bakterielle Konzentration in allen untersuchten Organen als Tiere mit weniger Laktobazillen. CR führten zu einer Zunahme der coecalen gramnegativen Bakterienkonzentration und zu einer Abnahme der Laktobazillen. Histologische Veränderungen der Darmmukosa wurden nicht beobachtet. Die parazelluläre Permeabilität für Ionen, nicht aber für die höhermolekulare Laktulose war im Colon in allen Gruppen im Vergleich zur Kontrollgruppe erhöht. Probiotika beeinflussten die Zusammensetzung der coecalen Flora und damit auch die BT. In der ersten klinischen Studie verminderte postoperative orale Gabe von Laktobazillus plantarum und einer ballaststoffhaltigen Ernährungslösung die Inzidenz von bakteriellen Infektionen nach LTX im Vergleich zu selektiver Darmdekontamination und ballaststofffreier Ernährung signifikant. Die Gabe von Ballaststoffen und hitzeinaktivierten Laktobazillen führte zwar auch zu einer geringen Reduktion der Infektionen; diese war jedoch nicht signifikant. In der Mehrzahl wurden enteropathogene Bakterien isoliert. Die zweite klinische Studie untersuchte den Einfluss einer Kombination von vier verschiedenen Milchsäurebakterien und vier Präbiotika auf die Inzidenz bakterieller Infektionen nach LTX und PPPD. Im Vergleich zu Präbiotika und Placebo kam es zu einer deutlichen Verminderung der Infekte, die nach LTX auch signifikant war. In beiden Studien wurde die enterale Ernährung gut vertragen mit relativ wenig Nebenwirkungen. BT tritt somit sehr häufig auch nach kleineren viszeralchirurgischen Eingriffen auf und hat organspezifisch verschiedene Ursachen. Probiotika konnten sowohl tierexperimentell die BT vermindern als auch klinisch die Inzidenz bakterieller Infektionen nach großen viszeralchirurgischen Eingriffen senken. Da sie leicht zu verabreichen sind und wenig Nebenwirkungen verursachen, könnten sie breit eingesetzt werden. / In the present study, the impact of pre- and probiotics on bacterial translocation (BT) and postoperative bacterial infection rates was assessed. Due to methodological reasons, we first quantified BT following single liver (LR) and colon resection (CR) or a combination of both and analysed potential pathogenic mechanisms for BT. Then, we performed two prospective randomised clinical studies to analyse the influence of a single probiotic strain and a combination of different pre- and probiotics on the incidence of bacterial infections in patients with liver transplantation (OLT) or pylorus preserving partial pancreatoduodenectomy (PPPD). In the rat model, BT after LR mainly occurred in the liver and spleen, after CR mainly in the mesenteric lymph nodes (MLN) and spleen. BT was increased in the animals with combined operation, in parallel to the extent of liver resection. Probiotics significantly decreased the bacterial concentration in the MLN. Animals with a high cecal concentration of lactobacilli had significantly less BT than the others. CR led to an increase of cecal gramnegative bacterial concentrations and to a decrease of lactobacilli. No histological changes were observed in the intestine. Paracellular permeability for ions, but not for the larger molecule lactulose, was increased in the colon in all groups compared to the sham group. Probiotics had an influence on cecal bacterial concentration. In the first clinical study, postoperative oral administration of Lactobacillus plantarum and a fibre-enriched enteral diet significantly decreased bacterial infection rates after OLT compared to selective bowel decontamination and a fibre-free diet. Fibre and heat-inactivated Lactobacillus also led to a slight, but not significant decrease of infections. Mainly gut-derived bacteria were isolated. The second clinical study analysed the influence of a combination of four different lactic acid bacteria and fibres on bacterial infection rates after OLT and PPPD. Compared to fibres and placebo, infection rates were significantly lower after OLT and markedly lower after PPPD. In both studies, the study substances were well tolerated without serious side effects. BT even occurs following minor abdominal surgery and is caused by different mechanisms related to the kind of operation. Probiotics were able to diminish BT in the rat model as well as to decrease bacterial infection rates following major abdominal surgery in the clinical studies. As they are easy to administer and do not cause severe side effects, they could be useful in clinical practice.

Das in der vorliegenden Arbeit vorgestellte Verfahren der nicht-radioaktiven Southern Blot Hybridisierung unter Verwendung einer Digoxigenin Markierung hat sich für die Darstellung von Rekombinationen im TEL-Genlokus genomischer DNA als sensitive Vergleichsmethode bewiesen. Es wurden insgesamt 122 Kinder mit dieser Methode auf das Vorliegen der Translokation t(12;21) untersucht. Bei einer nur relevante Faktoren berücksichtigenden Beschränkung des PatientInnenkollektivs auf protokollgerecht nach ALL-REZ BFM behandelte B-Vorläufer-Zell-ALL und Erstrezidive konnte eine Rekombination von TEL in 5 von 65 PatientInnen (7,7%) nachgewiesen werden. Lässt man die Einschlusskriterien der ALL-REZ BFM Studie unberücksichtigt, handelt es sich sogar um 7 von 71 (9,9%) PatientInnen. Damit bestätigen die hier vorliegenden Ergebnisse den Trend der aktuellen Diskussion über die Häufigkeit des Vorliegens des Fusionsgenes TEL-AML1 bei Erstrezidiven, die eine kumulative Inzidenz bei einem 10-jährigen Untersuchungszeitraum von 9 ± 5% angeben. Weiterhin konnte mit ereignisfreien Beobachtungszeiträumen nach dem 1. Rezidiv im Median von 8,6 Jahren ein Trend zu späten Rezidiven und somit eine mittelfristig günstige Prognose für die TEL-Rearrangement positiven Rezidivfälle konstatiert werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass TEL-AML1 positive PatientInnen eine Subgruppe darstellen, die lange erkrankungsfreie Intervalle mit zur Zeit üblichen Therapieprotokollen erreichen, nach Therapie der Ersterkrankung aber auch nach dem ersten Rezidiv. Auf Grund der sich aus dem retrospektiven PatientInnekollektiv ergebenen Selektion war es nicht möglich, statistisch signifikante Aussagen zur unabhängigen prognostischen Bedeutung für die langfristige Prognose von ALL im Kindesalter mit TEL-Rekombinationen zu treffen. / The presence of TEL/AML1 fusion gene in childhood acute lymphoblastic leukaemia (ALL) defines a subgroup of patients with better than average outcome. Around 20% of the patient at point of initial ALL diagnosis are characterised by this fusion transcript from translocation t(12;21)(p12;q22). However, the prognostic significance of this aberration has recently been disputed by the Berlin-Frankfurt-Munster (BFM) study group due to its relatively high incidence found in relapsed patients (19.6% and 21.9%, in two cohorts). Here we wanted to get more data in a long term follow up retrospect investigation by analysing DNA from frozen conserved bone marrow samples of 65 children. In the study presented here only five out of 65 (7.7%) patients selected as childhood B cell precursor acute lymphoblastic leukaemia only treated according to Berlin-Frankfurt-Munster (BFM) ALL relapse trial protocols (ALL-REZ BFM 82-96) (excluding T-lineage and Philadelphia chromosome (Ph)-positive leukaemia) carry this fusion. The detection was done due to a new developed non-radioactive Southern blotting with a Digoxigenin marked template. We could confirm the still good middle term prognosis in the relapsed TEL-AML1 positive subgroup. The TEL-AML1-positive and negative patients differed with respect to duration of last remission and age at initial diagnosis. At a median follow-up time of 8.6 years, children positive for TEL-AML1 had a higher probability of disease-free survival. Because of the small number of patients in this study it was not possible to get statistical significant facts about the independent prognostic impact for the long term prognosis of ALL in childhood with TEL rearrangement.