Die Telomere sind spezialisierte DNA-Protein-Komplexe, die sich an den Enden der Chromosomen der eukaryotischen Zellen befinden. Die Telomerase ist ein Ribonukleoprotein, welches für die vollständige Replikation der Telomere bei den meisten Eukaryoten verantwortlich ist. Die katalytische Untereinheit des Enzyms (hTERT beim Menschen) besitzt Reverse-Transkriptase-Aktivität, und nutzt eine integrierte RNA (hTR beim Menschen) als Template, um Telomer-Wiederholungssequenzen an den Enden der Chromosomen zu synthetisieren. Die Telomerase ist in den meisten normalen humanen somatischen Zellen unterdrückt. In den meisten Krebszellen jedoch, stellt die Reaktivierung der Telomerase zur Beibehaltung der Telomerlänge eine Voraussetzung für deren unbegrenztes Wachstumspotential dar. Im Rahmen dieser Arbeit sollte ein neuer, einfacher und selektiver Assay für den Nachweis der humanen Telomerase entwickelt werden. In dem neuen Assay sollten die beiden Kernkomponenten des Enzyms, die Protein-Untereinheit und die RNA, die Targets sein. Der Test ist in seiner Grundstruktur wie folgt aufgebaut : 1. Immobilisierung der Telomerase über die hTERT an eine Festphase, beschichtet mit Phosphorothioat-modifizierten (PS) Oligonukleotiden oder Heparin. Zusammen mit der Telomerase werden bei diesem Schritt die Heparin-bindenden Proteine, die in der Probe enthalten sind, an die Festphase gebunden. 2. Spezifischer Nachweis der hTR. Zur Detektion der hTR wird ein Oligonukleotid-Ligations-Assay (OLA) oder eine Reverse-Transkriptase-PCR (RT-PCR) eingesetzt. In der optimierten Endversion wurde zur Immobilisierung des Enzyms eine Festphase, beschichtet mit PS-Oligonukleotiden, verwendet. Die hTR wurde mittels RT-PCR nachgewiesen. Mit dem neuen Assay wurden erfolgreich 75 Tumorzellen detektiert. / Telomeres are specialized DNA-Protein structures located at the ends of linear eukaryotic chromosomes. Telomerase is a ribonucleoprotein, which is responsible for the complete replication of the telomeres in most eukaryotes. The catalytic reverse transcriptase protein subunit (hTERT in humans) of the nucleoprotein uses an integral RNA (hTR in humans) as a template for the addition of telomeric repeat sequences to the ends of chromosomes. Telomerase is repressed in most normal human somatic cells, while the reactivation of telomerase to maintain telomere length is necessary for the unlimited growth potential of most human cancer cells. The aim of this work was the development of a new, simple and selective assay for the detection of human telomerase. The targets of the new assay were the two core subunits of the enzyme : hTERT and hTR. The test comprises two principal steps : 1. Immobilization of the telomerase via the hTERT subunit on a solid phase, coated with heparin or phosphorothioate-modified (PS) oligonucleotides. In this step telomerase is bound together with the heparin-binding proteins of the analysed sample to the surface. 2. Specific detection of the hTR. For the detection of the hTR an oligonucleotide ligation assay (OLA) or a reverse transcriptase PCR (RT-PCR) was used. In the optimized final version of the assay a PS-coated solid phase was used for the immobilization of the enzyme. Reverse transcriptase PCR was applied for detection of the hTR. 75 tumor cells were successfully detected with the new assay.

Die 12/15-Lipoxygenasen (12/15-LOXs) gehören zu einer heterogenen Klasse Lipid-peroxidierender Enzyme, deren biologische Rolle noch nicht vollständig geklärt ist. Eine Reihe experimenteller Daten deuten darauf hin, dass diese Enzym an Reifungs- und Differenzierungsprozessen beteiligt sind und auch für die Pathogenese verschiedener Erkrankungen (Asthma bronchiale, Entzündung, Atherosklerose) bedeutsam zu sein scheinen. Die Expression von 12/15-LOXs wird in vielen Säugetierzellen durch TH2-Zytokine reguliert und die Zytokin-induzierte Signaltransduktionskaskade verläuft über die Aktivierung van JAK-Kinasen und STAT6. Nach einer Stimulation von A549 Lungenkarzinomzellen mit Interleukin-4 (IL-4) kommt es erst nach 12 Stunden zu einer Hochregulation der 12/15-LOX mRNA Expression. Untersuchungen zum Induktionsmechanismus haben gezeigt, dass Genistein, ein Hemmstoff von Tyrosinkinasen, die Phosphorylierung von STAT6 und dessen Bindung an den Promoter des 12/15-LOX Gens verhinderte. Damit konnte die Induktion der katalytisch aktiven LOX geblockt werden. In Gegensatz dazu verhinderte Zykloheximid, ein spezifischer Hemmstoff der Proteinbiosynthese, die Expression der 12/15-LOX mRNA nicht, Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die Neusynthese eines Transkriptionsfaktors im Rahmen der IL-4 induzierten Transduktionskaskade unwahrscheinlich ist. Weiterhin wurde beobachtet, dass IL-4 die zelluläre Histonacetyltransferase-Aktivität stark erhöhte und dass dieser Effekt überwiegend auf die enzymatische Aktivität des (CREB-bindenden Protein)-bindenden Proteins (CBP) zurückzuführen ist. Transfektion der Zellen mit E1A, einem viralen Protein, welches als Hemmstoff der Histonacetyltransferase-Aktivität von CBP/p300 bekannt ist, führte zu einer Unterdrückung der 12/15-LOX Expression. Andererseits stimuliert Natriumbutyrat, ein Hemmstoff der Histondeacetylase, die 12/15-LOX Synthese. Damit konnte gezeigt werden, dass die Acetylierung von Histonproteinen und von STAT6 ein essentieller Prozesse bei der IL-4 induzierten 12/15-LOX Expression in A549 Zellen ist. Weiterhin belegen diese Daten, dass sowohl die Phosphorylierung als auch die Acetylierung von STAT6 an der transkriptionellen Aktivierung des 12/15-LOX Gens beteiligt sind, obwohl beide Prozesse eine unterschiedliche Kinetik aufweisen. STAT6 Phosphorylierung erfolgt innerhalb der ersten Stunde nach IL-4 Stimulation, während die Acetylierungsreaktion zeitlich verzögert abläuft. Zusammenfassend kann die Signaltransduktionskaskade, die in A549 Zellen zur Expression der 12/15-LOX führt, wie folgt beschrieben werden: IL-4 induziert über die Aktivierung von JAK-Kinasen eine Phosphorylierung von STAT6, dessen Bindung an den 12/15-LOX Promotor jedoch zunächst durch nicht-acetylierte Histonproteine verhindert wird. Nach 9-11 Stunden werden Histone und der phosphorylierte STAT6 durch die Acetyltransferase-Aktivität von CBP/p300 acetyliert. Diese Reaktion führt zu einer Veränderung der Histonstruktur, wodurch die Bindung von modifizierten STAT6 und damit die Expression des 12/15-LOX Gens ermöglicht wird. Als wesentliche zellphysiologische Konsequenz der IL-4 induzierten 12/15-LOX Expression in A549 Zellen, wurde eine Apoptoseinduktion beobachtet. Das endogene 12/15-LOX Produkt 15-HETE bindet an den Kernrezeptor PPARg und induziert damit den programmierten Zelltod. Vorinkubation von A549 Zellen mit dem LOX-Hemmstoff NDGA oder der Einsatz von PPARg Dominant Negativ Vektor verhinderten die Apoptose. Mechanistische Untersuchungen zum Ablauf des durch IL-4 induzierten Zelltodes zeigten, dass der Prozess überwiegend dem extrinsischen Mechanismus folgt, bei dem Kaspasen-8 direkt zu einer Aktivierung der Effektorkaspase-3 führt. Der mitochondriale Mechanismus (Spaltung von Bid bzw. initiale Cytochrom C Freisetzung) scheint dabei nicht involviert zu sein. Die IL-4 induzierte Apoptose könnte von patho-physiologischer Bedeutung für den Verlauf von Lungenerkrankungen sein, bei denen Zellen mit hoher konstitutiver 12/15-LOX Expression, z.B. eosinophile Granulozyten, beteiligt sind. Hepoxiline sind bioaktive Mediatoren des 12/15-LOX Weges der Arachidonsäurekaskade, die durch Isomerisierung des primären Oxygenierungsproduktes 12S-HpETE gebildet werden. Zu Beginn unserer Untersuchungen war überwiegend unklar, welche Enzyme an der Isomerisierungsreaktion beteiligt sind. Bei der Suche nach geeigneten zellulären Modellen für die Untersuchung dieser Fragestellung fanden wir heraus, dass in den Ratteninsulinom-Zellen Rinm5F, die wegen ihres Mangels an Glutathionperoxidasen eine geringe Kapazität zur Reduktion von 12S-HpETE aufweisen, die Synthese von Hepoxilin A3 (HXA3) besonders hoch ist. Da wir vermuteten, dass 12/15-LOXs für die Isomerisierung von 12S-HpETE zu HXA3 verantwortlich sein könnten, verfolgten wir eine duale Forschungsstrategie um experimentelle Hinweise für unsere Arbeitshypothese zu finden. In den 12/15-LOX exprimierenden Rinm5F Zellen führte eine Immunopräzipitation mit 12/15-LOX spezifischen Antikörper zu einen vollständigen Verlust der 12/15-LOX- und der Hepoxilinsynthase-Aktivität eines Zelllysates. Beide Aktivitäten wurden fast vollständig im Immunopräzipitat wiedergefunden. 2. Transfektion von HeLa Zellen, die selbst keine 12/15-LOX exprimieren, mit 12/15-LOX und gleichzeitige Hemmung der zellulären Glutathionperoxidasen (Depletion von GSH mit Diethlmaleat) führte zu einer deutlichen zellulären Hepoxilinsynthese. Bei entsprechenden Kontrolltransfektanten wurde diese Aktivität nicht beobachtet. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass rekombinante 12/15-LOXs (Expression in E. coli) in vitro eine intrinsische Hepoxinsynthase-Aktivität aufweisen, wenn 12S-HpETE als Substrat angeboten wird. Diese Daten belegen, dass 12/15-LOXs neben den bisher beschriebenen katalytischen Aktivitäten (Oxygenase, Hydroperoxidase, Leukotrienesynthase) auch Hepoxilinsynthase-Aktivität aufweisen. / 12/15-Lipoxygenases (human 15-LOX-1, rat 12/15-lipoxygenase) belong to family of lipid peroxidising enzymes. The enzyme has been implicated with roles in a variety of pathological conditions such as asthma, atherosclerosis, inflammation and in cellular differentiation. The enzyme expression in most human cell types is tightly regulated by Th2 cytokines, interleukin-4 (IL-4) and interleukin-13 (IL-13). Interleukin-4 (IL-4) induces expression of reticulocyte-type 15-lipoxygenase-1 (15-LOX-1) in various mammalian cells via the Janus kinase/signal transducer and activator of transcription 6 (STAT6) signaling system. 15-LOX-1 mRNA expression was first observed only 12h post IL-4 stimuation and required a minimum of 11h exposure to the cytokine. The mechanism of 15-LOX-1 induction in A549 lung epithelial cells and the observed delay was studied and it was found that genistein, a potent tyrosine kinase inhibitor, prevented phopsphorylation of STAT6, its binding to the 15-LOX-1 promoter, and the expression of catalytically active enzyme. In contrast, cycloheximide did not prevent 15-LOX-1 induction. Surprisingly, it was observed that IL-4 up-regulated the histone acetyltransferase activity of CREB-binding protein (CBP)/p300, which is responsible for acetylation of nuclear histones and STAT6. The acetylation of both proteins appears to be essential for the IL-4-induced signal transduction cascade, because inhibition of CBP/p300 by the viral wild-type E1A oncoprotein abrogated acetylation of both histones and STAT6 and strongly suppressed transcriptional activation of the 15-LOX-1 gene. Moreover, the inhibition by sodium butyrate of histone deacetylases, which apparently suppress 15-LOX-1 gene transcription, synergistically enhanced the IL-4-stimulated 15-LOX-1 expression. These data suggest that both phosphorylation and acetylation of STAT6 as well as acetylation of nuclear histones are involved in transcriptional activation of the 15-LOX-1 gene, although these reactions follow differential kinetics. STAT6 phosphorylation proceeds within the first hour of IL-4 stimulation. In contrast, CBP/p300-mediated acetylation requires 9-11 h, and similar kinetics were observed for the expression of the active enzyme. Thus, the results suggest that in the absence of IL-4, nuclear histones may be bound to regulatory elements of the 15-LOX-1 gene, preventing its transcription. IL-4 stimulation causes rapid phosphorylation of STAT6, but its binding to the promoter appears to be prevented by nonacetylated histones. After 9-11 h, when histones become acetylated, STAT6 binding sites may be demasked so that the phosphorylated and acetylated transcription factor can bind to activate gene transcription. The proinflammatory cytokine IL-4 is secreted in large amounts during allergic inflammatory response in asthma and plays a pivotal role in the airway inflammation. IL-4 has been shown to up-regulate 15-lipoxygenase and produce 15(S)-hydroxyeicosatetraenoic acid (15(S)-HETE) in A549 cells via the Janus kinase/STAT6 pathway under coactivation of CREB binding protein/p300. IL-4 has also been shown to up-regulate peroxisome proliferator-activated receptor (PPARg ) nuclear receptors in macrophages and A549 cells. In this study it is observed that 15(S)-HETE binds to PPARg nuclear receptors and induces apoptosis in A549 cells. Moreover, pre-treatment of cells with nordihydroguaiaretic acid, a 15-lipoxygenase inhibitor, prevented PPARg activation and apoptosis. The latter was accomplished by the interaction of the 15(S)-HETE/PPARg complex with the adapter protein Fas-associating protein with death domain and caspase-8, as shown by transfection of Fas-associating protein with death domain dominant negative vector and cleavage of caspase 8 to active subunits p41/42 and p18. Whereas IL-4 and PPARg ligands failed to induce cleavage of Bid and release of cytochrome c from mitochondria, they caused translocation of the proapoptotic protein Bax from cytoplasm to mitochondria with a concomitant decrease in the Bcl-XL level. The cells were, thereofre, observed to follow the extrinsic pathway of apoptosis where caspase-8 directly activates the effector caspase-3, bypassing the mitochondria. The data also suggests that in IL-4-stimulated cells the 15(S)-HETE/PPARg complex down-regulates Bcl-XL, and the translocation of Bax to the mitochondria commits the cell to apoptosis. The IL-4-induced apoptosis may contribute to severe loss of alveolar structures and infiltration of eosinophils, mononuclear phagocytes, etc., into the lung tissue as observed in chronic asthma patients. The 12(S)-lipoxygenase (12-LOX) pathway of arachidonic acid (AA) metabolism after dioxygenation to 12(S)-hydroperoxy-eicosatetraenoic acid is bifurcated in a reduction route to formation of 12(S)-hydroxy-eicosatetraenoic acid (12-HpETE) and an isomerization route to formation of hepoxilins. Interestingly, rat insulinoma RINm5F cells, which are devoid of cytoplasmic glutathione peroxidase (cGPx)/phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase (PHGPx), were observed to produce solely hepoxilin A3 (HXA3). Since HXA3 synthesis was abolished in heat-denatured or cGPx- or PHGPx-transfected cells, suggesting that a HXA3 synthase activity regulated by cGPx/PHGPx is present. To confirm this assumption AA was incubated with HeLa cells overexpressing the rat 12/15-LOX. Neither HXA3 nor 12(S)-HETE were detected due to abundance of cGPx/PHGPx. But, pretreatment of transfected cells with diethyl maleate, an inhibitor of glutathione and PHGPx, restored HXA3 synthase and 12-LOX activities. Moreover, recombinant rat 12/15-LOX produced HXA3 when incubated with 12-HpETE. Further confirmation was obtained by immunoprecipitation with 12/15-LOX specific antibodies. Immunoprecipitation of Rinm5F lysates results in the depletion of hepoxilin synthase activity. The hepoxilin synthase activity was localised in the immunoprecipitated protein. Thus, cells containing rat 12/15-LOX also possess an intrinsic HXA3 synthase activity, which is activated by inhibition of cGPx/PHGPx. In normal cells HXA3 is down-regulated by cGPx/PHGPx, but, it is persistently activated in oxidatively stressed cells deficient in cGPx/PHGPx, such as Rinm5F. Furthermore, formation of corresponding epoxyhydroxy products was observed when 15-HpETE was used as substrate, indicating a broad range of specificity for the enzyme.

Das Nijmegen-Breakage-Syndrom (NBS) ist ein autosomal-rezessiv vererbtes Chromosomenbruchsyndrom, dem in > 90% der Patienten eine 5bp-Deletion im Nbs1-Gen zugrundeliegt. Klinisches Hauptmerkmal ist ein stark erhöhtes Krebsrisiko, insbesondere für B-Zell-Lymphome. Bereits bekannt ist die Funktion des entsprechenden Genprodukts, Nibrin, bei den für die Krebsprävention wichtigen Mechanismen der DNA-Reparatur und der Zellzykluskontrolle. Daneben spielt die Apoptose eine essentielle Rolle bei der Krebsentstehung. Zu untersuchen ob Nibrin auch hier Funktionen übernimmt war Gegenstand dieser Arbeit. Eine Störung der Apoptose könnte dabei mitverantwortlich für das hohe Krebsrisiko der NBS-Patienten sein. Kern der Arbeit war die Untersuchung von NBS-B-Lymphozyten hinsichtlich ihrer Fähigkeit, nach einer DNA-Schädigung die Apoptose zu induzieren. Hierzu wurde in den entsprechenden Zellen mittels Bleomycin der Apoptoseprozess ausgelöst und die prozentualen Apoptoseraten durchflusszytometrisch bestimmt. Die Mehrheit der NBS-Zelllinien zeigte eine Störung in der Apoptoseinduktion im Sinne signifikant verminderter Apoptoseraten. Dies weist auf eine Funktion des Nibrins bei der Induktion der Apoptose hin. Andere NBS-Zelllinien zeigten normale Apoptoseindices. Dies könnte auf dem individuellen genetischen Hintergrund der Zellen beruhen, der auch für die erhebliche klinische Variabilität des Krankheitsbildes verantwortlich ist. Eine Korrelation der Apoptoseraten mit der Krebsinzidenz zeigte, dass alle Patienten mit reduzierten Apoptoseraten bereits Lymphome entwickelt hatten, während Patienten mit normalen Apoptoseindices bisher keine Lymphome aufwiesen. Möglicherweise gibt es also generell zwei Gruppen von NBS-Patienten - Patienten mit höherem und mit niedrigerem Entartungsrisiko, wobei eine verminderte Apoptoseinduktion als Risikofaktor für Krebs angesehen werden könnte. / The human genetic disorder, Nijmegen-Breakage-Syndrome (NBS), is characterised by an in increased risk for cancer, particularly B-cell-lymphoma. The Nbs1-gene codes for a protein, Nibrin, involved in the processing/repair of DNA double strand breaks and in cell cycle checkpoints - mechanisms relevant for cancer-prevention. As a third mechanism, apoptosis is important in preventing cancer. To evaluate whether Nibrin plays a role in this process was the aim of this study. Failure of apoptosis-induction could be another factor responsible for the high cancer risk in NBS. For this purpose we examined a set of NBS-B-cell-lines for their capacitiy to enter into apoptosis after a DNA-damaging treatment with Bleomycin. The majority of NBS-cell-lines showed a deficiency in apoptosis-induction. This may indicate a function of Nibrin in mechanisms of apoptosis-regulation. Some NBS-cell-lines showed a proficient apoptotic response, though. The reason may be found in the variable genetic background of the cell lines, also responsible for the high clinical variability of the disease. Correlation of apoptosis rates with cancer incidence showed that all patients deficient in apoptosis had already developed B-cell-lymphoma, whereas patients with normal rates had not developed lymphoma so far. Possibly there are two groups of NBS-patients- patients with higher and with lower risk of malignancy, with reduced apoptotic rates being a risk-factor for the development of cancer in NBS.

Die Magnetresonanzelastographie (MRE) stellt ein nichtinvasives Verfahren dar, welches die Bestimmung der in vivo Scherelastizität weicher Gewebe ermöglicht. Im Rahmen diese Arbeit wurden Methoden zur Bestimmung isotroper und anisotroper Scherelastizitäten anhand von MRE Wellenbildern entwickelt und evaluiert. Alle in dieser Arbeit vorgestellten Methoden basieren auf planarer MRE, d.h. auf der Aufnahme einer einzelnen Auslenkungskomponente innerhalb der Bildschicht. Dadurch wird die MRE erheblich beschleunigt. Allerdings stellen sich dadurch auch besondere Anforderungen an die Datenauswertung zur Bestimmung aussagekräftiger elastischer Kenngrößen. Anhand von planaren MRE-Experimenten an Gewebephantomen und menschlicher Skelettmuskulatur sowie mittels numerischer Simulation wird gezeigt, dass bei Beachtung weniger experimenteller Randbedingungen und einer darauf abgestimmten Datenauswertung, korrekte Elastizitäten ermittelt werden können. Ein besonderer Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Analyse experimenteller Einflüsse wie Bildrauschen und -auflösung auf die ermittelten elastischen Kenngrößen. Des Weiteren werden Methoden zur Bestimmung anisotroper Elastizitäten sowie zur Analyse von Streueffekten im MRE-Wellenbild vorgestellt. Die behandelten Einflüsse auf die Amplituden und Wellenlängen im MRE-Bild, werden vergleichend diskutiert und zusammengefasst, um ein einfaches Verfahrensprotokoll zur Analyse experimenteller in vivo MRE-Daten zu entwickeln. Alle in dieser Arbeit verwendeten Methoden und Programme sind im Anhang zusammengefasst und auf Anforderung erhältlich. / Magnetic resonance elastography (MRE) is a noninvasive method that allows the determination of in vivo shear elasticity of soft tissues. In this thesis methods for the determination of isotropic and anisotropic shear elasticities from MRE wave data were developed and evaluated. All methods presented in this work are based on planar MRE, i.e. they are based on the measurement of a single displacement component in the image plane. This way measurement time in MRE is greatly reduced. However, this imposes specific requirements on data evaluation in order to determine significant elastic constants. On the basis of planar MRE experiments on tissue mimicking gels, human skeletal muscle and numerical simulations it is demonstrated that correct shear elasticities can be determined, taking into account a small set of experimental boundary conditions as well as the employment of complementary data evaluation strategies. This thesis is particularly focussed on the analysis of noise and image resolution on the determined elastic constants. Moreover, methods for determining anisotropic elasticity and analyzing shear wave scattering effects on MRE wave data are introduced. The investigated influences on wave amplitudes and wave lengths are compared and discussed to develop a simple measurement protocol for the evaluation of in vivo MRE data. All methods employed in this work are summarized in the appendix along with the corresponding computer code, which is available on demand.

Die Auswertung von Microarray-Daten beginnt oft mit information retrieval-Ansätzen, welche die Datenmassen auf eine im Hinblick auf eine bestimmte Fragestellung besonders interessante und überschaubare Menge von Genen bzw. probe set IDs reduzieren sollen. Vorraussetzung für eine effiziente Suche im Datenbestand ist jedoch eine Semantisierung bzw. Formalisierung der verwendeten Datenformate. Hier wird eine Ontologie als standardisiertes und semantisch definiertes Repräsentationskonstrukt vorgestellt, welches die Formalisierung von Fachwissen in einem interaktiven Wissensmodell erlaubt, das umfassend abgefragt, konsistent interpretiert und gegebenenfalls automatisiert weiterverarbeitet werden kann. Anhand einer molekularbiologischen Ontologie aus 1200 hierarchisch strukturierten Begriffen und am Beispiel des Toll-Like Receptor-Signalwegs wird aufgezeigt, wie ein solch ein objektorientiertes Beschreibungsvokabular zur Annotierung von Genen auf Affymetrix-Microarrays genutzt werden kann. Die Annotationsbegriffe werden über ontologische Konzepte, deren Eigenschaften und deren semantische Verbindungen (relationale Slots) im Wissensbank-Editor Protégé-2000 modelliert. Annotation bedeutet hier ein Gen formal in einen definierten funktionalen Kontext einzubetten. In der Anwendung der Wissensbank entspricht eine Annotation einem "drag and drop" von Genen in ontologische, die Funktion dieser Gene beschreibende, Konzepte. Die weitergehende kontextuale Annotation erfolgt über eine Vernetzung der Gene zu anderen Konzepten oder Genen. Das so erstellte vernetzte Wissensmodell (die knowledgebase) ermöglicht ein inhaltsbasiertes, assoziatives und kontextgeleitetes "Wissens-Browsing". Ontologisch annotierte Gendaten erlauben auch die Anwendung automatischer datengetriebener Visualisierungsstrategien, wie am Beispiel semantischer Netze gezeigt wird. Eine ontologische Anfrageschnittstelle erlaubt auch semantisch komplexe Anfragen an den Datenbestand bei erhöhter Trefferquote und Präzision. / Functional gene annotations provide important search targets and cluster criteria. We introduce an annotation system that exploits the possibilities of modern knowledge management tools, i.e. ontological querying, inference, networking of annotations and automatic datadriven visualization of the annotated model. The Gandr (gene annotation data representation) knowledgebase is an ontological framework for laboratory-specific gene annotation and knowledgemanagement. Gandr uses Protégé-2000 for editing, querying and visualizing microarray data and annotations. Genes can be annotated with provided, newly created or imported ontological concepts. Annotated genes can inherit assigned concept properties and can be related to each other. The resulting knowledgebase can be visualized as interactive semantic network of nodes and edges representing genes with annotations and their functional relationships. This allows for immediate and associative gene context exploration. Ontological query techniques allow for powerful data access. Annotating genes with formal conceptual descriptions can be performed using ‘drag and drop’ of one or more gene instances onto an annotating concept. Compared with unstructured annotation systems, the annotation process itself becomes faster and leads to annotation schemes of better quality owing to enforcement of constraints provided by the ontology. GandrKB enables lab-bench scientists to query for implicit domain knowledge, inferred from the ontological domain model. Full access to data semantics through queries for properties and relationships ensures a more complete and adequate reply of the system.

Die Haplotypspezifische Extraktion (HSE) bietet für die Analyse von männlichen Mischprofilen einen neuen und direkteren Lösungsansatz, in dem die haploiden Y-chromosomalen DNS-Komponenten der einzelnen Individuen bereits vor der Analyse der individual spezifischen Marker separiert werden können und dadurch eine wirkliche physische Trennung erreicht wird. Die HSE verwendet Y-chromosomalen SNPs für die Erstellung allelspezifische Extraktionssonden, die nun gezielt nur die Marker der extrahierten DNS Komponente bzw. einer Person separieren sollen. Dabei werden im Hybridisationsschritt der HSE selektive nur komplett hybridisierte Sonden durch eine Polymerase verlängert. Während der Elongation erfolgt eine Biotinylierung des neu entstehenden Stranges, welcher dann selektiv durch Streptavidin markierte Eisenkügelchen extrahiert werden kann. Erste Durchführungen einer HSE zeigten nur eine sehr schwache bis keine Anreicherung. Während der Optimierung verschiedener Parameter wurde die Schlüsselstellung des Sondendesigns in der HSE-Technik deutlich. Die Ergebnisse zeigten, dass die neu entwickelten Sonden den Trennungserfolg der Mischprobe enorm verbessern und in einigen Fällen sogar zum Ausschluss des konkurrierenden Allels führten. Ein Vergleich der HSE Ergebnisse mit den simulierten Sondenparametern der getesteten Sonden ergab, dass der Extraktionserfolg der Sonde maßgeblich durch das Zusammenspiel von Sondenlänge und GC-Gehalt bestimmt wird. Durch dieses neu gewonnene Verständnis über den Einfluss der einzelnen Sondenparameter auf den Trennungserfolg der Mischprobe, können für künftige HSE Anwendungen Sonden effizienter erstellt und deren Wirksamkeit vorhergesagt werden. Zusätzlich konnte das neu entwickelte Vorhersage-Model der Sondenspezifität auch für weitere Extraktionsorte außerhalb des Y-Chromosoms bestätigt werden. Weiterhin konnte durch die Kombination verschiedener Sonden in einer Multiplex HSE mehrerer Y-chromosomaler Marker gleichzeitig getrennt. / Haplotype-specific extraction (HSE) allows the separation of diploid samples in their haploid components and offers in forensic a new straight forward method to separate Y-chromosomal mixed profiles, consisting of haplotype markers like short tandem repeats (STRs). The advantage of the HSE approach in mixture analysis is the real physical separation of the individual DNA components before the amplification of the STR markers. In order to use the HSE technique for the separation of male DNA mixtures, Y-chromosomal extraction probes were designed to single nucleotide polymorphisms (SNPs), which have been specific for one contributor of the male DNA mixtures. During extraction only complete matched probes are extended by a polymerase which results in the incorporation of biotinylated nucleotides. The synthesized and biotin labeled strand is separated by streptavidin coated magnetic beads. Finally, samples were analyzed by PCR coupled capillary electrophoresis for the detection of the extracted STR markers. First tests of a Y-chromosomal specific extraction showed only little till no enrichment of the targeted alleles. Therefore optimization tests of different parameters were carried out, which revealed the probe design as the key factor of successful HSE. A comparison between simulated probe parameters and their extraction success in HSE showed that the HSE probe efficiency mainly depends of the relation of probe length and GC-contents. Because of the new gained knowledge about the influence of the probe-design on the separation success, probes for future HSE application can be developed faster and cost-effective. The new prediction model for probe-specificity was also successful tested for the extraction of other genome-loci. Furthermore, a multiplex HSE approach was used to separate several STR markers simultaneously in one extraction reaction and therefore achieved the separation of one contributor Y-chromosomal haplotype.

Der Zellzyklus organisiert die Zellteilung, und kontrolliert die Replikation der DNA sowie die Weitergabe des Genoms an die nächste Zellgeneration. Er unterliegt einer strengen Kontrolle auf molekularer Ebene. Diese molekularen Kontrollmechanismen sind für das Überleben eines Organismus essentiell, da Fehler Krankheiten begüngstigen können. Vor allem Krebs ist assoziiert mit Abweichungen im Ablauf des Zellzyklus. Die Aufklärung solcher Kontrollmechanismen auf molekularer Ebene ermöglicht einerseits das Verständnis deren grundlegender Funktionsweise, andererseits können solche Erkenntnisse dazu beitragen, Methoden zu entwickeln um den Zellzyklus steuern zu können. Um die molekularen Abläufe des Zellzyklus in ihrer Gesamtheit besser zu verstehen, eignen sich computergestützte Analysen. Beim Zellzyklus handelt es sich um einen Signaltransduktionsweg. Die Eigenschaften dieser Prozesse stellen Rekonstruktion und Übersetzung in digital lesbare Formate vor besondere Herausforderungen in Bezug auf Skalierbarkeit, Simulierbarkeit und Parameterschätzung. Diese Studie präsentiert eine großskalige Netzwerkrekonstruktion des Zellzyklus des Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae. Hierfür wurde die reaction-contingency Sprache benutzt, die sowohl eine mechanistisch detaillierte Rekonstruktion auf molekularer Ebene zulässt, als auch deren Übersetzung in ein bipartites Boolesches Modell. Für das Boolesche Modell mit 2506 Knoten konnte ein zyklischer Attraktor bestimmt werden, der das Verhalten einer sich teilenden Hefezelle darstellt. Das Boolesche Modell reproduziert zudem das erwartete phänotypische Verhalten bei Aktivierung von vier Zellzyklusinhibitoren, und in 32 von 37 getesteten Mutanten. Die Rekonstruktion des Zellzyklus der Hefe kann in Folgestudien genutzt werden, um Signaltransduktionswege zu integrieren, die mit dem Zellzyklus interferieren, deren Schnittstellen aufzuzeigen, und dem Ziel, die molekularen Mechanismen einer ganzen Zelle abzubilden, näher zu kommen. Diese Studie zeigt zudem, dass eine auf reaction- contingency Sprache basierte Rekonstruktion geeignet ist, um ein biologisches Netzwerk konsistent mit empirischer Daten darzustellen, und gleichzeitig durch Simulation die Funktionalität des Netzwerkes zu überprüfen. / The survival of a species depends on the correct transmission of an intact genome from one generation to the next. The cell cycle regulates this process and its correct execution is vital for survival of a species. The cell cycle underlies a strict control mechanism ensuring accurate cell cycle progression, as aberrations in cell cycle progression are often linked to serious defects and diseases such as cancer. Understanding this regulatory machinery of the cell cycle offers insights into how life functions on a molecular level and also provides for a better understanding of diseases and possible approaches to control them. Cell cycle control is furthermore a complex mechanism and studying it holistically provides for understanding its collective properties. Computational approaches facilitate holistic cell cycle control studies. However, the properties of the cell cycle control network challenge large-scale in silico studies with respect to scalability, model execution and parameter estimation. This thesis presents a mechanistically detailed and executable large-scale reconstruction of the Saccharomyces cerevisiae cell cycle control network based on reaction- contingency language. The reconstruction accounts for 229 proteins and consists of three individual cycles corresponding to the macroscopic events of DNA replication, spindle pole body duplication, and bud emergence and growth. The reconstruction translated into a bipartite Boolean model has, using an initial state determined with a priori knowledge, a cyclic attractor which reproduces the cyclic behavior of a wildtype yeast cell. The bipartite Boolean model has 2506 nodes and correctly responds to four cell cycle arrest chemicals. Furthermore, the bipartite Boolean model was used in a mutational study where 37 mutants were tested and 32 mutants found to reproduce known phenotypes. The reconstruction of the cell cycle control network of S. cerevisiae demonstrates the power of the reaction-contingency based approach, and paves the way for network extension with regard to the cell cycle machinery itself, and several signal transduction pathways interfering with the cell cycle.

MHC Klasse II Moleküle präsentieren Peptidantigene für die Überwachung durch CD4+ T Zellen an der Zelloberfläche. Um Sicherzustellen, dass diese Peptidliganden möglichst genau die intrazelluläre Proteinzusammensetzung widerspiegeln, hat sich im Verlauf der Evolution ein komplexer Prozessierungsweg entwickelt, welcher möglichst stabile Peptid/MHC Komplexe an die Zelloberfläche liefert. MHC Moleküle, welche ihren Liganden verloren haben, konvertieren zudem spontan in einen ‚nichtrezeptiven’ Zustand, was als zusätzlicher Sicherheitsmechanismus dient. Diese Studie zeigt jedoch, dass Aminosäureseitenketten kurzer Peptide diesen Sicherheitsmechanismus umgehen können indem sie katalytisch einen reversiblen Ligandenaustausch auslösen. Die katalytische Aktivität von Dipeptiden, wie z.B. Tyr-Arg (YR), war dabei stereospezifisch und konnte durch zusätzliche Modifikationen verstärkt werden, welche das konservierte H-Brückennetzwerk der so genannten P1-Tasche des MHC Moleküls adressierten. Die Dipeptide verstärkten dabei sowohl die Antigenbeladung als auch den Ligandenaustausch, wobei deren relative Aktivität genau mit den bekanten Ankerpräferenzen der P1 Tasche korrelierte. Letzteres weist somit auf eine direkte Interaktion der katalytischen Seitenkette des Dipeptides mit dieser Tasche hin. Der Verstärkungseffekt war auch in CD4+ T Zellassays zu beobachten, bei denen der alleleselektive Einfluss der Dipeptide direkt in eine deutliche Erhöhung der Sensitivität der antigenspezifischen T Zellantwort führte. Durch weitere molekulardynamische Berechnungen konnte die Hypothese unterstützt werden, dass die Besetzung der P1 Tasche durch Aminosäureseitenketten einen Kollaps der leeren Bindungstasche zum ‚nichtrezeptiven’ Zustand verhindert. Während der Antigenpräsentation könnte P1 somit unmittelbar als ‚Sensor’ für die Beladung mit Peptiden dienen. Diese Annahme konnte experimentell durch spektroskopische Untersuchungen unter Verwendung des ANS-Farbstoffes (8-Anilino-1-Naphtalensulfonsäure) sowie durch Messung der intrinsischen Tryptophanfluoreszenz bestätigt werden. Darüber hinaus konnten konformationsspezifische Antikörper, welche bislang lediglich mit unbeladenen MHC Molekülen in Verbindung gebracht wurden, hier als spezifische Sonden für den nichtrezeptiven Zustand definiert werden. Als mögliche Risikofaktoren könnten katalytische kurze Peptide eine Rolle bei der Auslösung von Autoimmunerkrankungen spielen. In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass sie die Beladung von Glutenantigenen auf das Zöliakie-assozierte HLA-DQ2 Molekül verstärken können. Zumindest in vitro konnte ihre Anwesenheit deshalb auch die antigenspezifische Antwort von CD4+ T Zellen verstärken, welche zuvor von Zöliakiepatienten isoliert worden waren. Auf der einen Seite könnten diese Peptide als ‚MHC-loading enhancer’ (MLE) deshalb als mögliche Risikofaktoren die Ausbildung entzündlicher (Auto-) Immunerkrankungen beschleunigen. Auf der anderen Seite könnten sie jedoch auch als ‚drug-like’ Vakzinadditiv zur Verbesserung von Immuntherapien führen. / MHC class II molecules present antigenic peptides on the cell surface for the surveillance by CD4+ T cells. To ensure that these ligands accurately reflect the content of the intracellular MHC loading compartment, a complex processing pathway has evolved that delivers only stable peptide/MHC complexes to the surface. As additional safeguard mechanism, MHC molecules quickly acquire a ‘non-receptive’ state once they have lost their ligand. This study shows that amino acid side chains of short peptides can bypass these safety mechanisms by triggering the reversible ligand-exchange. The catalytic activity of dipeptides such as Tyr-Arg (YR) is stereo-specific and could be enhanced by modifications addressing the conserved H-bond network near the P1 pocket of the MHC molecule. It enhanced both antigen-loading and ligand-release and strictly correlated with reported anchor preferences of P1, the specific target site for the catalytic side chain of the dipeptide. The effect was evident also in CD4+ T cell assays, where the allele-selective influence of the dipeptides translated into increased sensitivities of the antigen-specific immune response. The hypothesis that occupation of P1 prevents the ‘closure’ of the ‘empty’ peptide binding site into the ‘non-receptive’ state was further supported by molecular dynamic calculations. During antigen processing and presentation P1 may therefore function as important ‘sensor’ for peptide-load. Spectroscopic studies using ANS dye (8-aninilino-1-napthalenesulfonic acid) and intrinsic tryptophan fluorescence data, confirm the postulate by providing direct evidence for the conformational transitions. Moreover conformation specific antibodies previously described to be specific for ‘empty’ MHC could be shown to be a ‘probe’ for ‘receptive conformation’. As potent risk factors short peptides may be involved in the induction of autoimmune diseases. It could be shown here that they could enhance the loading of gluten derived antigen on celiac disease linked-HLA-DQ2 allele. At least in vitro the effect could enhance gluten specific CD4+ T cell response on T cell clones obtained from celiac disease patients. Thus, on one hand short peptides might work as ‘MHC loading enhancer’ (MLE) in the precipitation of inflammatory-‘autoimmune’ disorder, on the other hand they might be used as drug like vaccine ‘additive’ in various therapeutic settings.

Die Etablierung von Hochdurchsatz-Technologien zur Durchführung von Genexpressionsmessungen führte in den letzten 20 Jahren zu einer stetig wachsende Menge an verfügbaren Daten. Sie ermöglichen durch Kombination einzelner Experimente neue Vergleichsstudien zu kombinieren oder Experimente aus verschiedenen Studien zu großen Datensätzen zu vereinen. Dieses Vorgehen wird als Meta-Analyse bezeichnet und in dieser Arbeit verwendet, um einen großen Genexpressionsdatensatz aus öffentlich zugänglichen T-Zell Experimenten zu erstellen. T-Zellen sind Immunzellen, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Funktionen des Immunsystems inititiieren und steuern. Sie können in verschiedene Subtypen mit unterschiedlichen Funktionen differenzieren. Der mittels Meta-Analyse erstellte Datensatz beinhaltet nur Experimente zu einem T-Zell-Subtyp, den regulatorischen T-Zellen (Treg) bzw. der beiden Untergruppen, natürliche Treg (nTreg) und induzierte Treg (iTreg) Zellen. Eine bisher unbeantwortete Frage lautet, welche subtyp-spezifischen gen-regulatorische Mechanismen die T-Zell Differenzierung steuern. Dazu werden in dieser Arbeit zwei spezifische Herausforderungen der Treg Forschung behandelt: (i) die Identifikation von Zelloberflächenmarkern zur Unterscheidung und Charakterisierung der Subtypen, sowie (ii) die Rekonstruktion von Treg-Zell-spezifischen gen-regulatorischen Netzwerken (GRN), die die Differenzierungsmechanismen beschreiben. Die implementierte Meta-Analyse kombiniert mehr als 150 Microarray-Experimente aus über 30 Studien in einem Datensatz. Dieser wird benutzt, um mittels Machine Learning Zell-spezifische Oberflächenmarker an Hand ihres Expressionsprofils zu identifizieren. Mit der in dieser Arbeit entwickelten Methode wurden 41 Genen extrahiert, von denen sechs Oberflächenmarker sind. Zusätzliche Validierungsexperimente zeigten, dass diese sechs Gene die Experimenten beider T-Zell Subtypen sicher unterscheiden können. Zur Rekonstruktion von GRNs vergleichen wir unter Verwendung des erstellten Datensatzes 11 verschiedene Algorithmen und evaluieren die Ergebnisse mit Informationen aus Interaktionsdatenbanken. Die Evaluierung zeigt, dass die derzeit verfügbaren Methoden nicht in der Lage sind den Wissensstand Treg-spezifischer, regulatorsicher Mechanismen zu erweitern. Abschließend präsentieren wir eine Datenintegrationstrategie zur Rekonstruktion von GRN am Beispiel von Th2 Zellen. Aus Hochdurchsatzexperimenten wird ein Th2-spezifisches GRN bestehend aus 100 Genen rekonstruiert. Während 89 dieser Gene im Kontext der Th2-Zelldifferenzierung bekannt sind, wurden 11 neue Kandidatengene ohne bisherige Assoziation zur Th2-Differenzierung ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass Datenintegration prinzipiell die GRN Rekonstruktion ermöglicht. Mit der Verfügbarkeit von mehr Daten mit besserer Qualität ist zu erwarten, dass Methoden zur Rekonstruktion maßgeblich zum besseren Verstehen der zellulären Differenzierung im Immunsystem und darüber hinaus beitragen können und so letztlich die Ursachenforschung von Dysfunktionen und Krankheiten des Immunsystems ermöglichen werden. / Within the last two decades high-throughput gene expression screening technologies have led to a rapid accumulation of experimental data. The amounts of information available have enabled researchers to contrast and combine multiple experiments by synthesis, one of such approaches is called meta-analysis. In this thesis, we build a large gene expression data set based on publicly available studies for further research on T cell subtype discrimination and the reconstruction of T cell specific gene regulatory events. T cells are immune cells which have the ability to differentiate into subtypes with distinct functions, initiating and contributing to a variety of immune processes. To date, an unsolved problem in understanding the immune system is how T cells obtain a specific subtype differentiation program, which relates to subtype-specific gene regulatory mechanisms. We present an assembled expression data set which describes a specific T cell subset, regulatory T (Treg) cells, which can be further categorized into natural Treg (nTreg) and induced Treg (iTreg) cells. In our analysis we have addressed specific challenges in regulatory T cell research: (i) discriminating between different Treg cell subtypes for characterization and functional analysis, and (ii) reconstructing T cell subtype specific gene regulatory mechanisms which determine the differences in subtype-specific roles for the immune system. Our meta-analysis strategy combines more than one hundred microarray experiments. This data set is applied to a machine learning based strategy of extracting surface protein markers to enable Treg cell subtype discrimination. We identified a set of 41 genes which distinguish between nTregs and iTregs based on gene expression profile only. Evaluation of six of these genes confirmed their discriminative power which indicates that our approach is suitable to extract candidates for robust discrimination between experiment classes. Next, we identify gene regulatory interactions using existing reconstruction algorithms aiming to extend the number of known gene-gene interactions for Treg cells. We applied eleven GRN reconstruction tools based on expression data only and compared their performance. Taken together, our results suggest that the available methods are not yet sufficient to extend the current knowledge by inferring so far unreported Treg specific interactions. Finally, we present an approach of integrating multiple data sets based on different high-throughput technologies to reconstruct a subtype-specific GRN. We constructed a Th2 cell specific gene regulatory network of 100 genes. While 89 of these are known to be related to Th2 cell differentiation, we were able to attribute 11 new candidate genes with a function in Th2 cell differentiation. We show that our approach to data integration does, in principle, allow for the reconstruction of a complex network. Future availability of more and more consistent data may enable the use of the concept of GRN reconstruction to improve understanding causes and mechanisms of cellular differentiation in the immune system and beyond and, ultimately, their dysfunctions and diseases.

Hintergrund. Die gegensätzlichen Wirkungen des L-Arginin-NO-Stoffwechsels bei Nierenerkrankungen wurden nachgewiesen. Die vorliegende Studie untersucht die Haupt-Endstrecke dieses Stoffwechselweges, die NO-cGMP-Signaltransduktion, sowie die Wirkung des spezifischen sGC-Stimulators Bay 41-2272 auf Schädigungs-, Matrixexpansions- und Progressionsphase der Anti-Thy1-induzierten Nierenerkrankungen im Rattenmodell. Methoden. Die anti-Thy1-Antikörperinjektion in zwei Nieren- oder uninephrektomierten Ratten induzierte eine Sequenz der Schädigungs-, Matrixexpansions- und Progressionsphase. Die Effekte der Behandlung mit Bay 41-2272 (10 mg/kg Körpergewicht/Tag) wurden durch die Messungen von systolischem Blutdruck, Proteinurie, Nierenfunktion, glomerulärer und interstitieller Matrixakkumulation, TGF-beta1-, Fibronectin- und PAI-1-Expression, Makrophageninfiltration, alpha1sGC, beta1sGC, sowie basaler und NO-stimulierter renaler cGMP-Produktion ermittelt. Im chronischen Anti-Thy1 Modell wurden die Effekte von Bay 41-2272 mit dem reinen Vasodilator Hydralazin (15 mg/kg Körpergewicht/Tag) verglichen. Ergebnisse. Im Vergleich zu den Kontrollen sind die sGC mRNA Expression und Aktivität signifikant im Matrixexpansionsprotokoll erhört, während sie im Schädigungsprotokoll komplett vermindert sind; im Progressionsprotokoll ist die sGC-cGMP-Kaskade im Tubulointerstitium hochreguliert, während die Aktivität im Glomeruli erniedrigt ist. Im Gegensatz zur Hydralazin-therapie erhörte die Bay 41-2272-Behandlung die glomeruläre und die tubulointerstitielle NO-cGMP-Signaltransduktion. Dies führte zu deutlich verringerten Makrophageninfiltration, Matrixakkumulation sowie einer verbesserten Nierenfunktion. Schlussfolgerung. Die Expression und Aktivität der sGC sind auf Transkriptionsebene im Verlauf der Nierenfibrose hochreguliert und korrelieren eng mit den pathologischen Veränderungen in den einzelnen Krankheitsphasen. Pharmakologische sGC-Stimulation reduzierte die TGF-beta-Überexpression sowie die Matrixakkumulation und verlangsamte den fortschreitenden Verlauf zur tubulointerstitiellen Fibrose und eingeschränkten Nierenfunktion über teilweise blutdruckunabhängige Mechanismen, obwohl die Mesangialzelllyse infolge der verminderten sGC-Expression unbeeinflusst blieb. Die Ergebnisse zeigen, dass die NO-cGMP-Signaltransduktion ein wichtiger antifibrotischer Mechanismus bei Nierenfibrose ist. / Background Controversial effects of L-arginine-NO pathway have been shown on renal disease. The present study analyzes the main downstream of L-arginine-NO pathway, the NO-cGMP signaling in and the effect of the specific sGC stimulator Bay 41-2272 on the injury, matrix expansion and progression phases in the rat model of anti-thy1-induced renal disease. Methods The injection of anti-thy1 antibody into rats with two kidneys or nephrectomized rats caused a sequence of the injury, matrix expansion and progression phases. The effects of Bay 41-2272 (10 mg/kg body weight/d) treatment on systolic blood pressure, proteinuria, kidney function, glomerular and tubulointerstitial matrix protein accumulation, expression of TGF- beta1, fibronectin and PAI-1, macrophage infiltration, alpha1sGC and beta1sGC mRNA expression and basal and NO-stimulated renal cGMP production were determined. In the chronic anti-thy1 model, the effect of Bay 41-2272 was compared side-by-side to the sole vasodilator hydralazine (15 mg/kg body weight/d). Results Compared to controls, sGC mRNA expression and activity were markedly increased in the matrix expansion protocol, while they were almost completely disrupted in the injury protocol; in the progression protocol, sGC-cGMP cascade was up-regulated in the tubulointerstitium, while its activity was decreased in glomeruli. In contrast to hydralazine therapy, Bay 41-2272 treatment enhanced both glomerular and tubulointerstitial NO-cGMP signaling significantly, resulting in markedly reduced macrophage infiltration, matrix expression and accumulation as well as improved kidney function. Conclusion The expression and activity of sGC are highly regulated at the transcriptional level during the course of renal fibrosis, and correlate closely with the pathological changes from the injury over the matrix expansion toward the final progression phase. Further pharmacologic sGC stimulation reduced TGF-beta overexpression and extracellular matrix accumulation and limited the progressive course of this model towards tubulointerstitial fibrosis and impaired renal function at least in part in a blood pressure-independent manner, although it demonstrated no effects on mesangial cell lysis due to lack of the receptor sGC. The results suggest that NO-cGMP signaling represents an important anti-fibrotic pathway in renal fibrosis.