Topische Glukokortikoide (GCs) sind wirksam bei Therapie von entzündlichen Hauterkrankungen. Durch ihr Nebenwirkungspotential (z.B. Induktion von Hautatrophie) ist ihr Einsatz jedoch begrenzt. Für die Medikamentenentwicklung ist die Bestimmung des atrophogenen Potenzials neuer Verbindungen daher von großer Bedeutung. Derzeit stehen dafür keine prädiktiven in vitro Modelle zur Verfügung. Ziel dieser Arbeit war daher die Etablierung solcher Modelle. Es wurden kutane Zelltypen (3T3-Zellen, Rattenfibroblasten, HaCaT-Zellen, humane Keratinozyten [NHEK] und Fibroblasten) und Vollhautmodelle (CellSystems AST-2000 und Phenions FTSM) untersucht. Atrophie-Marker, die Proliferation, Kollagen-Metabolismus und Epidermisdicke betreffend, wurden auf mRNA-, Protein- bzw. zellulärer Ebene gemessen. Außerdem wurden mittels Genexpressionsanalysen von GC-behandelter Nagerhaut neue potenzielle Marker identifiziert, deren Regulation in vitro jedoch nicht bestätigt werden konnte. Nach Pilotexperimenten wurden 3 Modelle ausgewählt und für Evaluierungsexperimente mit Referenz-GCs behandelt: 1). MMP1, -2, -3 und -9 mRNA-Expression in NHEK, 2). COL1A1 und COL3A1 mRNA-Expression in 3T3-Zellen, 3.) Epidermisdicke, Kollagen- und MMP-Synthese in FTSM. Die Messparameter der 3 Modelle erwiesen sich als dosisabhängig reguliert und korrelierten mit dem atrophogenen Potenzial der GCs. Schließlich wurde die Prädiktabilität der 3 in vitro Modelle für die in vivo Situation im Nager analysiert. In allen 3 in vitro Systemen induzierte die Behandlung mit einem selektiven GC-Rezeptor-Agonisten weniger atrophogene Effekte als das Referenz-GC. Ähnliche Ergebnisse wurden auch in vivo im Rattenhautatrophie-Modell gefunden. Zusammenfassend wird eine Kaskade von 3 in vitro Modellen empfohlen, um das atrophogene Potential von GC-Rezeptor-Liganden zu bestimmen. Der tatsächliche prädiktive Wert für die klinische Situation sollte in weiteren Studien untersucht werden. / Topical glucocorticoids (GCs) are effective for the therapy of inflammatory skin diseases. However, their use is limited by their side effect potential, with skin atrophy being the most prominent one. Thus, determining the atrophogenic potential of novel compounds is of importance for drug development. Currently, there are no according predictive in vitro models available. The aim of this study was to establish such atrophy models. Rodent and human cutaneous cell types (3T3 cells, rat fibroblasts, HaCaT cells, human keratinocytes [NHEK] and fibroblasts) and human full-thickness skin equivalents (CellSystems AST-2000 and Phenions FTSM) were investigated. Atrophy markers related to proliferation, collagen metabolism and epidermal thickness were measured on mRNA, protein and cellular level, respectively. Additionally, by gene expression profiling of GC-treated rodent skin novel potential markers were identified, but subsequently not confirmed in vitro. After pilot studies 3 models were selected and treated with reference GCs for evaluation experiments: 1.) MMP1, -2, -3 and -9 mRNA expression in NHEK, 2.) COL1A1 and COL3A1 mRNA expression in 3T3 cells, 3.) epidermal thickness, collagen and MMP synthesis in FTSM. The read out parameters of all 3 test systems turned out to be regulated dose-dependently and correlated with the atrophogenic potential of the GCs. Finally, the predictability of the 3 recommended in vitro test system for the rodent in vivo situation was analyzed. In all 3 in vitro test systems, the treatment with a novel selective GC receptor agonist induced less atrophogenic effects than the reference GC clobetasol. Indeed, similar results were found in the hr/hr rat skin atrophy model. In summary, a cascade of 3 in vitro models is recommended to be applied for the characterization of the atrophogenicity of GC receptor ligands. Further experiments are necessary to eventually demonstrate the true predictability of these models for the clinical situation.

Das Proteasom ist eine ATP- abhängige Protease, die sich aus vielen Untereinheiten zusammensetzt. Es ist für die Generierung der MHC Klasse I- restringierten Peptide verantwortlich, die im Folgenden auf der Zelloberfläche präsentiert werden. Nicht-funktionelle Proteine, die als so genannte defective ribosomal products (DRIP) bezeichnet werden, stellen eine wichtige Quelle für die Generierung von antigenen Peptiden, insbesondere jedoch von viralen Peptiden dar. Generell wird die Lehrmeinung vertreten, dass der Abbau von polyubiquitinierten Proteinen durch das 26S Proteasom zur Generierung von MHC Klasse I- Liganden führt. Allerdings ist weiterhin unklar, ob virale Proteine Ubiquitin- abhängig vom Proteasom abgebaut werden. Demnach sollte im Rahmen dieser Arbeit der Proteasom- abhängige Abbau des mCMV ie pp89 Proteins vor allem hinsichtlich einer Ubiquitinierung untersucht werden. Folglich wurden Konstrukte sowohl für ein rekombinantes pp89 (rek pp89) als auch für ein ODCpp89 Fusionsprotein entworfen. Somit konnten sowohl der in vitro Abbau dieser Proteine als auch die Prozessierung des spezifischen MHC Klasse I H2-Ld Epitops verfolgt werden. Experimente zum Nachweis von Ubiquitin- Protein- Konjugaten wurden in vivo mit stabil transfizierten Mausfibroblasten (B8 Zellen) durchgeführt. Die experimentellen Daten sprechen für einen schnellen in vitro Abbau des rek pp89 durch das 20S Proteasom. Das MHC Klasse I pp89 Epitop bzw. dessen 11mer Precursorpeptid wurden dabei mit hoher Präzision generiert. Spezifische CTL Assays weisen auf die Generierung des korrekten Epitops bzw. des Precursors hin. Nach Verdau des ODCpp89 Fusionsproteins durch 26S Proteasomen in Anwesenheit von Antizym konnten mit diesem Test ebenfalls das 9mer Epitop respektive das 11mer des pp89 nachgewiesen werden. Eine potentielle Ubiquitinierung des pp89 wurde in vivo in Zellkulturen untersucht. Nach Gabe von Proteasomeninhibitoren zu Mausfibroblasten konnte eine starke Akkumulierung von Ubiquitin- Konjugaten beobachtet werden. Allerdings konnte in den verschiedenen Versuchsansätzen kein Nachweis von pp89- Ubiquitin- Konjugaten erbracht werden. Demzufolge ist für die Generierung von viralen Epitopen ein Proteasom- abhängiger, aber Ubiquitin- unabhängiger Abbauweg denkbar. / The proteasome, an ATP-dependent, multisubunit protease, is responsible for the generation of most MHC class I restricted epitopes presented on the cell surface. Non-functional proteins, also known as defectice ribosomal products (DRiP), represent an important source for the generation of antigenic peptides in general and of viral epitopes in particular. It is widely accepted that the degradation of polyubiquitinated proteins by the 26S proteasome is a prerequisite for the generation of MHC class I ligands. However, the ubiquitin dependence for the proteasomal degradation of viral proteins is an issue so far unresolved. Therefore, the aim of this study was to analyze the proteasomal degradation of the mCMV ie pp89 in respect to an anticipated ubiquitinylation. Thus, a recombinant pp89 (recpp89) as well as an ODCpp89 fusion protein were generated. The in vitro processing of these proteins and the generation of a MHC class I H2-Ld epitope by proteasomes was further studied. Murine fibroblast cell lines (B8 cells) were used to analyze any in vivo evidence for potentially existing ubiquitin-protein conjugates. The experiments show that the recpp89 protein is rapidly degraded in vitro by the 20S proteasomes and that the correct MHC class I pp89 epitope or its 11mer precursor are generated with high fidelity. Furthermore, CTL assays, indicating the generation of the specific pp89 epitope or the 11mer precursor, also suggested a 26S proteasome-dependent degradation of the mCMV pp89-ODC fusion protein in the presence of antizyme. Treating cell cultures with proteasome inhibitors resulted in a significant accumulation of ubiquitin-conjugates in vivo. However, higher molecular weight pp89-ubiquitin conjugates were not detectable throughout the entire experimental set-up. Consequently, a proteasome-dependent, but ubiquitin-independent pathway can be postulated for the generation of viral epitopes.