In der vorliegenden Arbeit sind physiologische und anatomische Auswirkungen einer Lärmexposition auf subcortikale Strukturen des zentralen auditorischen Systems zu unterschiedlichen Zeitpunkten posttraumatisch untersucht worden. Dabei sollte zwischen akuten (TTS-Gruppe) und langfristigen Effekten (PTS-Gruppe) unterschieden werden. Normalhörende Mäuse wurden für 3 Stunden mit einem Bandrauschen (5-20 kHz) bei 115 dB SPL beschallt und mittels Hirnstammaudiometrie der Hörverlust bestimmt. In der TTS- und der PTS-Gruppe lag im Vergleich zur Kontrolle eine signifikante Hörschwellenverschiebung mit einem höheren Hörverlust in der TTS-Gruppe vor. Zur Untersuchung zentraler Veränderungen wurden neuronale Spontanaktivitäten mittels Einzelzellableitungen im Hirnschnitt ermittelt. Weiterhin sind histologisch die Zelldichten in den Versuchsgruppen bestimmt worden. Außerdem wurde ein manganverstärktes MRT durchgeführt, um die calciumabhängige Aktivität darzustellen. Die untersuchten auditorischen Strukturen waren der Nucleus cochlearis (CN), der inferiore Colliculus (IC) und der mediale Kniehöckers (MGB). Die Ergebnisse zeigen, dass es einen Unterschied in den akuten und langfristigen Auswirkungen einer Lärmexposition gibt. In der TTS-Gruppe sind ausschließlich die Kerngebiete des CN im Hirnstamm betroffen, was auf direkte Einwirkungen der Lärmexposition hindeutet und akute toxische Exzitation im Gewebe auslösen kann. In der PTS-Gruppe treten physiologische und anatomische Veränderung in höheren Strukturen der Hörbahn auf. Dabei kann es sich sowohl um späte direkte Lärmauswirkungen als auch um plastische Veränderungen handeln, die durch die lärminduzierte Deprivation ausgelöst wurden. Einerseits kommt es zu einem dramatischen Zellverlust in den untersuchten Gebieten. Zum anderen steigt die calciumabhängige Aktivität in einigen Strukturen stark an. Dies kann sowohl durch veränderte neuronale Aktivitätsmuster, aber auch durch plastische und neurodegenerative Prozesse bedingt sein. / In the present study, noise-induced physiological and anatomical changes in subcortical structures of the central auditory system were investigated at different posttraumatic stages. Thus, it should be distinguished between acute (TTS group) and long-term (PTS group) effects of noise damage. Normal hearing mice were exposed to a band noise (5-20 kHz) for 3 hours at 115 dB SPL. Auditory brainstem responses were measured to determine the produced hearing loss. A significant threshold shift was detectable in the TTS as well as in the PTS group. This effect was greater in TTS animals. To investigate central changes, neuronal spontaneous activities were recorded from single units in brain slices. Further, cell densities were determined by histological techniques. In addition, calcium dependent activity was measured using manganese enhanced MRI. Investigations were carried out in central auditory structures of the cochlear nucleus (CN), the inferior colliculus (IC) and the medial geniculate body (MGB). The results demonstrate a difference in acute and long-term effects of noise exposure. In the TTS group, only the CN in the brainstem was affected, indicating a direct noise impact leading to acute excitotoxicity. In the PTS group, physiological and anatomical changes could also be observed in higher structures of the auditory pathway. The effects can be related to long-lasting noise damage as well as neural plasticity caused by deprivation of auditory input. The results show a dramatic cell loss within the investigated structures. Further, there is an increase in calcium dependent activity in several auditory brain regions which can be caused by changes in neuronal activity patterns, neuroplasticity and neurodegenerative processes.

Körperlich aktiv zu sein ist Grundlage unseres täglichen Lebens. Für alle diese Aktivitäten ist das kontinuierliche Zusammenspiel des senso-motorischen System (SMS) erforderlich. Die Kontrolle der verschiedenen afferenten und efferenten Subsysteme innerhalb des SMS basiert auf Feedback-Mechanismen, die die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts und der Stabilität während den verschiedensten statischen als auch dynamischen Aktivitäten ermöglichen. Trotz dieser Kontroll- und Stabilisierungssystems ist das kinematische und kinetische Resultat nicht konstant; stattdessen ist bei globalen „Ganzkörper-Bewegungen“, und lokaler Muskelanspannung ständig eine gewisse Variabilität vorhanden. Die Interpretation dieser Variabilität bei Bewegungshandlungen ist kontrovers. Wobei große Variabilität ist nicht zwangsläufig ein Indikator für Defizite des SMS darstellt. Das Ziel dieser Dissertation war, die Variabilität bei lokalen und globalen Bewegungshandlungen in statischen und dynamischen Ausgangstellungen zu quantifizieren. Darüberhinaus, wurde der Zusammenhang zwischen lokaler Variabilität der Muskelkraftproduktion und der Variabilität bei globalen Bewegungshandlungen. Die Ergebnisse zeigen, dass lokale und globale Variabilität von Bewegungshandlungen in Menge und Muster verändert sind, nach Störung des SMS durch: Ermüdung, Veränderungen der Umfeldbedingungen, Alterung und bei Personen mit Sturzerfahrung. Außerdem wurde gezeigt, dass sowohl zu große als auch zu kleine Variabilität, ein entscheidendes funktionelles Defizit bei älteren Personen darstellt. Dieser Dissertation hebt die Bedeutung der Variabilität während wiederholter Bewegungshandlungen hervor, welche einen funktionellen Biomarker für die Beurteilung von Bewegungsstörungen darstellt. In der klinische Praxis könnte dieser helfen bei der frühen Identifikation von Personen mit Bewegungsstörungen, zur Entwicklung von individual-spezifischen Rehabilitationsmaßnahmen, sowie der Beurteilung verschiedener Therapieansätze. / Undertaking activities is fundamental throughout daily living. In order to successfully perform these activities, continuous involvement of the human sensori-motor system (HSMS) is required. The HSMS involves feedback mechanisms to control numerous afferent and the efferent subsystems to ensure maintenance of balance and stability during both static and dynamic activities. Despite such control and stabilizing mechanisms, the kinematic and kinetic output of a task is not constant; instead variability occurs during continuous performance of both global tasks such as standing and walking, as well as local force production. The interpretation of variability during output task performance remains controversial, with larger levels of variability not always indicating deficits in human-motor performance. The aim of this dissertation was to assess variability during local as well as global task performance in static and dynamic settings. Furthermore, the association between the level of variability during local force production and variability during global tasks such as standing and walking was also investigated. The results within this dissertation showed that variability during task performance is modified in magnitude as well as in structure after perturbation due to fatigue, changes in environmental conditions, and aging, as well as in fall-prone elderly individuals. Furthermore, both high as well as low levels of variation constitute a key functional deficit among elderly individuals. This dissertation highlights the importance of considering trial-to-trial variations during continuous task performance as a key functional biomarker for motor-related pathologies. Effective assessment of such measures of variability in clinical settings could effectively complement current clinical practice for both early and effective identification of individuals with motor-related pathology, designing subject-specific rehabilitation programs, and evaluating therapy efficacy.

Im Subikulum der Ratte finden sich zwei unterschiedliche Typen von Pyramidalzellen, die sich auf Grund ihres intrinsischen Entladungsverhaltens unterscheiden. Die Funktion dieser beiden Zelltypen hinsichtlich der synaptischer Neurotransmission ist unklar. Bursterzellen und regulär feuernde Zellen zeigten nach tetanischer Reizung ein unterschiedliches Ausmaß der LTP. Neben der zellspezifischen Ausprägung der LTP fanden sich mehrere Hinweise auf eine zielspezifische Projektion der Efferenzen der vorgeschalteten Area CA1. Die durchgeführten Experimente legen den Schluss nahe, dass Axone von Pyramidalzellen der Area CA1 selektiv auf subikuläre Pyramidenzellen projizieren und so den hippokampalen Informationsfluss steuern und regulieren können. NMDA-Rezeptoren auf beiden Seiten des synaptischen Spaltes spielen hier eine besondere Rolle. Präsynaptische NMDAR der Untereinheit NR2B scheinen an der LTP in Bursterzellen beteiligt zu sein und über einen vermehrten Kalziumeinstrom in die Präsynapse eine langanhaltende Erhöhung der Transmitterausschüttung herbeizuführen. Ebenso zeigten sich abhängig von der Zielzelle Hinweise auf eine unterschiedliche Aktivierung der präsynaptischen Adenylylcyclase-cAMP Kaskade. In Pilokarpin-behandelten Tieren ließ sich nach hochfrequenter Reizung keine langanhaltende Potenzierung der synaptischen Antworten nachweisen. Stattdessen scheinen polysynaptisch latente Verbindungen mittels tetanischer Stimulation aktivierbar zu sein. In einigen Fällen waren diese polysynaptisch latenten Verbindungen per se, in anderen Fällen nach Blockade der GABAergen Neurotransmission aktiv. In Hirnschnittpräparaten von Patienten mit pharmakoresistenter Temporallappenepilepsie konnte im Subikulum spontane rhythmische Aktivität mit einer Frequenz von 0,75 bis 3 Hz aufgezeichnet werden. Diese Aktivität, bestehend aus EPSP/IPSP Sequenzen, wurde sowohl in sklerotischem als auch in nicht sklerotischem Gewebe gefunden. In beiden Gruppen korrelierte die in vitro Aktivität sehr gut mit dem präoperativen Auftreten elektroenzephalografisch detektierter interiktaler Aktivität. Die Blockade GABAerger oder glutamaterger Neurotransmission hob die inhibitorische bzw. exzitatorische Aktivität auf. Dies legt den Schluss nahe, dass sowohl Interneurone wie Pyramidalzellen an der spontanen rhythmischen Aktivität beteiligt sind. / The subiculum plays a key role in processing memory information from the hippocampus to different cortical and subcortical brain regions. Subicular pyramidal cells are classified as regular firing or bursting cells according to their responses to supra-threshold depolarizing current pulses. Synaptic terminals arising from CA1 pyramidal cells do not function as a single compartment but show a specialized synaptic plasticity onto subicular pyramidal cells depending on the discharge properties of the synaptic target. Tetanic stimulation of CA1 axons caused a significantly stronger long-term potentiation (LTP) in bursting cells than in regular firing cells. Postsynaptic bursting was not necessary for the enhanced synaptic potentiation in bursting cells. The LTP in bursting neurons was independent of postsynaptic calcium, induced by presynaptic NR2B-containing autoreceptors and mediated via a adenylyl cylcase-cAMP-dependent signaling cascade. In pilocarpine-treated animals subicular LTP was impaired. A long-lasting increase in synaptic transmission could not be observed after titanic stimulation neither in regular firing cells nor in bursting cells. In human brain slices resected from patients from with drug-resistant temporal lobe epilepsy the subiculum displayed spontaneous rhythmic activity. In sclerotic but also in non-sclerotic hippocampal tissue the subiculum showed cellular and synaptic changes which suffice to generate spontaneous rhythmic activity that is correlated with the occurrence and frequency of interictal discharges recorded in the electroencephalograms of the corresponding patients.

Tumormodelle, in denen die maligne Transformation durch definierte Onkogene experimentell ausgelöst und unterhalten wird, bieten vielfältige Möglichkeiten, die komplexen Mechanismen der Tumorentstehung und Therapieresistenz zu untersuchen und neue Ansätze für Diagnostik und Therapie auszuarbeiten. KRAS-Onkogen-„getriebene“ Transformationsmodelle spiegeln neben anderen tumorspezifischen Veränderungen insbesondere die charakteristischen Änderungen des Transkriptoms wider. In der vorliegenden Arbeit wird ein Modell für Ovarialtumore auf Grundlage von Rose Zellen („Rat ovarian surface epithelium“) verwendet, um die Rolle von Transkriptionsfaktoren, welche durch die KRAS-vermittelte Signaltransduktion hoch reguliert werden, zu untersuchen. Die KRAS-transfomierten Derivate der normalen Rose Zellen zeigen die typischen Merkmale von ankerunabhängigen und invasiven Tumorzellen. Aufgrund der hohen Komplexität sind die Interaktionen zwischen der zytoplasmatischen Signaltransduktion und dem durch sie regulierten Transkriptionsfaktornetzwerk noch weitgehend unverstanden. Die Transkriptionsfaktoren Fosl1, Hmga2, Klf6, JunB, Otx1, Gfi1 und RelA wurden systematisch mittels RNA-Interferenz in KRAS-transformierten Rose Zellen transient ausgeschaltet. Danach wurden Proliferation, Morphologie (epithelial-mesenchymale Transition, EMT) und Ankerunabhängigkeit der Zellen bestimmt. Alle untersuchten Transkriptionsfaktoren beeinflussten die KRAS-induzierten morphologischen Veränderungen teilweise, belegt durch die Abnahme der EMT-Merkmale nach siRNA-vermittelter Ausschaltung. Der Knock-down der Transkriptionsfaktoren Otx1, Gfi1 und RelA hemmte die Proliferation, während Fosl1, Hmga2, Klf6 und JunB die generelle Proliferationsfähigkeit nicht beeinflussten, jedoch spezifisch die ankerunabhängige Proliferation blockierten. Diesen Faktoren kommt daher eine spezifische Funktion in der neoplastischen Transformation zu, da die Ankerunabhängigkeit sehr gut mit der Tumorigenität korreliert ist. Um die Beteiligung der Transkriptionsfaktoren an der Deregulation von Zielgenen zu erfassen, wurden Genexpressionsmuster aller Zellen, in denen jeweils ein Faktor durch siRNA ausgeschaltet war, mittels Microarray-Analyse identifiziert. Auf dieser Grundlage wurde ein Netzwerk-Modell der regulatorischen Interaktionen zwischen den Transkriptionsfaktoren berechnet. Die Existenz der beiden funktionellen Gruppen wurde im Modell bestätigt. Darüber hinaus zeigte sich eine gegenseitige Abhängigkeit des transkriptionellen Netzwerks und der zytoplasmatischen Signaltransduktion, gemessen mittels Proteinanalyse der mitogenabhängigen Signalkinasen (MAPK). Diese wird als kompensatorische Regulation interpretiert, welche trotz Pertubation, experimentell durch siRNA, das effiziente Überleben der transformierten Zellen sicherstellt. Die vorliegende Studie schafft somit die Voraussetzung und Motivation, das reduzierte Netzwerk aus sieben Komponenten auf alle differentiell exprimierten Transkriptionsfaktoren zu erweitern. Möglicherweise behindern solche Regulationskreise in der klinischen Situation die effektive Wirkung zielgerichteter Therapien. / Tumor models, in which malignant transformation was experimentally triggered and maintained through defined oncogenes, offer manifold opportunities to determine the complex mechanisms of tumor progression and resistance to therapies, and to develop new strategies for diagnosis and therapy. Particularly, KRAS oncogene driven models of transformation reflect the characteristic alterations of the transcriptome, among other tumor specific changes. In the present work a model for ovarian cancer based on Rose („Rat ovarian surface epithelium“) cells has been used to evaluate the role of transcription factors, which are up-regulated through KRAS dependent signaling. The KRAS transformed derivates of normal ROSE cells exhibit typical characteristics of anchorage-independent and invasive tumor cells. Due to the high complexity of cellular networks, the interactions between cytoplasmic signalling and their regulated transcription factors are not well understood. The transcription factors Fosl1, Hmga2, Klf6, JunB, Otx1, Gfi1 and RelA were systematically eliminated by transient RNA interference in KRAS transformed ROSE cells. The proliferation, morphology (epithelial-mesenchymal transition, EMT) and anchorage-independence of the cells were determined. All of the selected transcription factors had partial effect on the KRAS induced morphologic changes, documented by reduction of EMT-properties after siRNA treatment. The knock-down of the transcription factors Otx1, Gfi1 and RelA blocked proliferation in general, whereas Fosl1, Hmga2, Klf6 and JunB had no influence on proliferation but specifically blocked the anchorage-independence. Thus, these factors exhibited essential functions in the process of neoplastic transformation, because the anchorage-independence correlates very well with tumorigenicity. In order to elucidate the involvement of the transcription factors in the genetic deregulation of their target genes, microarray based gene expression profiles were determined from all cells in which one factor was eliminated by siRNA. Based on these data, a network model of regulatory interactions among these transcription factors was calculated. The existence of both functional groups was confirmed by the model. Furthermore, an interdependence of the transcriptional networks and cytoplasmatic signaling was observed by protein analysis of the mitogen dependent signal kinases (MAPK). This was interpreted as compensatory regulation, which in spite of experimental perturbation by siRNA, permitted efficient survival of the transformed cells. Thus, the present work provides the basis and motivation to extend the reduced network composed of seven components to all regulated transcription factors. Potentially, such regulatory networks diminish the efficacy of targeted therapies in clinical situations.

Repetitive Störungen manifestieren sich als Leitsymptom in der Zwangsstörung und dem Tourette-Syndrom. Die Symptome werden als enthemmte Stereotypien eines desinhibierten Basalganglien-thalamo-kortikalen (BGTC) Regelkreises verstanden. Überdies wird als neurochemisches Korrelat ein dysregulatives Dopamin (DA)-System innerhalb dieser Kerngebiete nahegelegt, welches über ein überaktives Dopamintransporter (DAT)-System erklärt werden könnte. In der Induktion repetitiver Erkrankungen ist die Interaktion des BGTC Regelkreises und des DA-Systems dennoch unklar. In der vorliegenden Arbeit wurden daher anhand von zwei Pathologiemodellen (Ratte) mit unterschiedlich induzierter Dysregulation des DA-Systems (transgen versus pharmakologisch) die dysfunktionalen Einheiten im BGTC Regelkreises vergleichend untersucht. Im transgenen Modell führte die zentralnervöse DAT-Überexpression: (1) zu einer verstärkten Genexpression des vesikulären Monoamintransporter 2 (VMAT2) sowie des DA-Rezeptors 1 und DA–Rezeptors 2 (DRD1, DRD2), (2) zu einem reduzierten DA-Spiegel mit erhöhter DA-Umsatzrate und veränderten serotonergen- und GABAergen-System, und (3) zu perserverativen Verhalten. Im Gegensatz dazu zeigte die chronische Applikation mit dem D2-Agonisten Quinpirol im pharmakologischen Modell: (1) eine Reduktion des DAT, VMAT2 und DRD2, (2) eine reduzierte DA-Umsatzrate und (3) zwanghaftes Kontrollverhalten. Die Ergebnisse legen nahe, dass die unterschiedlichen klinischen Subtypen der Zwangsstörung unterschiedlichen neurobiologischen Veränderungen zugrunde liegen könnten. Ferner bietet das hier vorgestellte transgene Modell erfolgsversprechende Ansatzpunkte um als neues valides Tiermodell der repetitiven Störungen etabliert zu werden. / Repetitive disorders manifest as the cardinal symptom in obsessive-compulsive disorder and Tourette syndrome. The symptoms are understood as disinhibited stereotypies of a basal ganglia-thalamo-cortical (BGTC) circuit. Furthermore, it is suggested that a dysregulated dopamine (DA) system within this circuit is the underlying neurochemical correlate which could be explained by an overactive dopamine transporter (DAT). At this point, it is still unclear how the BGTC circuit and the DA system interact in the induction of repetitive disorders. Therefore we investigated the dysfunctional unities within the BGTC circuit by comparing two pathological rat models (transgenic versus pharmacologic) with different induced dopaminergic dysregulation. The DAT overexpressing rat model showed: (1) increased gene expression of the vesicular monoamine transporter 2 (VMAT2), DA receptor D1 (DRD1) and DA receptor D2 (DRD2), (2) lower levels of DA with an increased DA metabolism and alterations in the serotonin- and GABA system, and (3) perseverative behavior. In contrast, the chronic application of the D2 receptor agonist quinpirole resulted in the pharmacologic model in: (1) lower gene expressions of the DAT, VMAT2 and DRD2, (2) reduced DA-turnover and (3) compulsive control behavior. These results suggest that different clinical subtypes of obsessive-compulsive disorder caused by different neurobiological alterations. In addition, the presented transgenic model provides the opportunity to be established as a new valid animal model of repetitive disorders.

3-Jodthyronamin (3-T1AM) und Thyronamin (T0AM) sind endogene Signalmoleküle, die eine große strukturelle Ähnlichkeit zu Schilddrüsenhormonen aufweisen, allerdings die klassischen Wirkungen des aktiven Schilddrüsenhormons 3,5,3’-Trijodthyronin (T3) antagonisieren. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob Thyronamine (TAMs) Substrate von Dejodasen (Dio1, Dio2, Dio3) sind. Die TAMs wurden mit isozymspezifischen Dio-Präparationen inkubiert. Die Dejodierungsprodukte wurden mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie und Tandemmassenspektrometrie (LC-MS/MS) analysiert. Mit Präparationen der Dio1 wurden Dejodierungen von 3,3’,5’-Trijodthyronamin, 3’,5’- und 3,3’-Dijodthyronamin am phenolischen Ring sowie Dejodierungen von 3,5,3’-Trijodthyronamin und 3,5-Dijodthyronamin am Tyrosylring beobachtet. Dio2 haltige Präparationen katalysierten ebenfalls Dejodierungen von 3,3’,5’-Trijodthyronamin und 3’,5’-Dijodthyronamin am phenolischen Ring. Mit Dio3 haltigen Präparationen wurden alle TAMs mit jodiertem Tyrosylring dejodiert. In Kompetitionsversuchen inhibierten ausschließlich die TAMs, die als Substrate von Dio Isozymen identifizierten wurden, eine etablierte Dejodierungsreaktion eines bekannten Substrats. Im Gegensatz dazu interferierten TAMs, die in den LC-MS/MS Experimenten als Substrate der Dio Isozyme ausgeschlossen wurden, nicht mit der genannten etablierten Dejodierungsreaktion. Zusammenfassend wurde in der vorliegenden Arbeit gezeigt, dass TAMs Substrate aller drei Dio Isozyme sind und jedes Isozym eine eigene Substratspezifität aufweist. Diese Befunde weisen darauf hin, dass Dio Isozyme an der Biosynthese von TAMs beteiligt sein könnten. Ferner wurden die Biosynthesewege für 3-T1AM und T0AM eingegrenzt. Desweiteren gestatten die Ergebnisse neue Einblicke in die generellen strukturellen Voraussetzungen für Dio Substrate, da TAMs die bisher einzigen endogenen Dio Substrate darstellen, deren Seitenkette am Tyrosylring eine positive Ladung aufweist. / 3-iodothyronamine (3-T1AM) and thyronamine (T0AM) are novel endogenous signaling molecules that exhibit great structural similarity to thyroid hormones but apparently antagonize classical thyroid hormone (T3) actions. The present study investigated whether thyronamines (TAMs) are substrates of three Dio isozymes (Dio1, Dio2 and Dio3). TAMs were incubated with isozyme specific Dio preparations. Deiodination products were analyzed using a newly established method applying liquid chromatography and tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). Phenolic ring deiodinations of 3,3’,5’-triiodothyronamine, 3’,5’- and 3,3’-diiodothyronamine as well as tyrosyl ring deiodinations of 3,5,3’-triiodothyronamine and 3,5-diiodothyronamine were observed with preparations containing Dio1. Preparations of Dio2 also deiodinated 3,3’,5’-triiodothyronamine and 3’,5’-diiodothyronamine at the phenolic rings. All TAMs with tyrosyl ring iodine atoms were deiodinated by Dio3 containing preparations. In functional competition assays, the newly identified TAM substrates inhibited an established iodothyronine deiodination reaction. By contrast, TAMs which had been excluded as Dio substrates in LC-MS/MS experiments, failed to show any effect in the competition assays, thus verifying the former results. In summary, all three Dio isozymes catalyzed TAM deiodination reactions with each isozyme exhibiting a unique substrate specificity. These data support a role for Dio isozymes in TAM biosynthesis and contribute to confining the biosynthetic pathways of 3-T1AM and T0AM. Furthermore, they provide new insights into the structural requirements for Dio substrates in general since TAMs represent the only endogenous Dio substrates described, so far, which possess a positively charged tyrosyl ring side chain.

Die in dieser Arbeit isolierten und hochaufgereinigten, humanen dermalen Mastzellen wurden mit UVB, UVA-1 und PUVA-1 bestrahlt und anschließend entweder mit Substanz P oder anti-IgE stimuliert. Dadurch sollten Einblicke in die unterschiedlichen Wirkmechanismen der bei zahlreichen mastzellassoziierten Erkrankungen eingesetzten UV Licht Therapie gewonnen werden. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit lag in der Erforschung der Histamin-, Tryptase- und Zytokinfreisetzung von menschlichen Mastzellen. Zusätzlich wurde die Expression von Lysosomen-assoziierten Membran Proteinen (LAMPs) auf der Oberfläche dieser Zellen untersucht. Im Gegensatz zu der durch UV Licht induzierbaren spontanen Histaminfreisetzung zeigte sich die anti-IgE stimulierte Histaminausschüttung durch UVB, UVA-1 und PUVA-1 signifikant und dosisabhängig inhibierbar. Auch die durch Substanz P stimulierten Mastzellen gaben nach UVA-1 Bestrahlung deutlich weniger Histamin ab. Demgegenüber blieb die sezernierte Menge des Mediators nach UVB und PUVA-1 konstant. Analog zu den erhobenen Histaminergebnissen konnte eine signifikante Inhibition der anti-IgE induzierten Tryptasefreisetzung nachgewiesen werden. Ebenso zeigte sich eine signifikante Verringerung, der innerhalb von vierundzwanzig Stunden basal freigesetzten Menge an Interleukin-6 und Interleukin-8, nach UV Bestrahlung. Die spontane Ausschüttung vom Tumornekrosefaktor-a verblieb in dem Untersuchungszeitraum auf sehr geringem Niveau, so dass eine relevante Beeinflussung durch UV Licht nicht stattfand. Des weiteren konnte eine vermehrte basale Expression von CD107a und CD63 auf der Mastzellmembran durch UV Bestrahlung demonstriert werden. Auch die anti-IgE induzierte Mehrexpression der LAMPs konnte bei den drei Bestrahlungsarten nachweisbar supprimiert werden. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass die Auswirkungen der UV Licht Therapie auf Mastzellen sehr komplex sind. Zu beachten ist, dass unter physiologischen Bedingungen nicht nur isolierte Mastzellen, sondern auch weitere bestrahlte Zellverbände eine Veränderung erfahren. Erst durch das Zusammenspiel aller Zellen lassen sich Rückschlüsse auf Krankheitsbilder und die anzuwendende Therapien ziehen. Letztendlich soll diese Arbeit dazu beitragen, dass das Verständnis der unterschiedlichen Wirkungen von UV Licht begriffen und so ein sinnvolles und gezieltes Einsetzen im klinischen Alltag ermöglicht wird. / For all experiments highly purified dermal mast cells were used. The aim of the current study was to systematically investigate the effects of UVB, UVA-1 and PUVA-1 on skin derived human mast cells. Baseline and stimulated release of histamine, tryptase and of the proinflammatory cytokines IL-6, IL-8 and TNF-a were examined. Furthermore, the CD 107a and CD 63 surface levels in UV treated cells were investigated representing two members of lysosome associated membrane proteins which were found to appear on mast cell surface during degranulation. Prior treatment with UV resulted in a striking suppression of the anti-IgE induced release of preformed mediators such as histamine and tryptase in a dose dependent manner. This inhibition was accompanied by a diminished, anti-IgE mediated increase in CD 107a and CD 63 surface expression. In sharp contrast, UV-light slightly preactivates mast cells as indicated by a marginal but statistically significant direct UV-caused histamine release. Theses findings matched the observation of slightly enhanced CD 107a and CD 63 surface levels in UV treated but unstimulated cells. After UVA-1 treatment the histamine release of substance P stimulated mast cells is statistically significant reduced which contrasts to the unchanged liberation of this preformed marker after UVB and PUVA-1 irradiation. Furthermore the release of mediators that are not or only partially preformed was examined. In the present study all types of UV-irradiation inhibits baseline IL-6 and IL-8 secretion from mast cells. The very low baseline level of TNF-a remained unaffected. Taken together, the present findings identify cutaneous human mast cells as important targets of UV-induced immunomodulation. They help explain both the dose-dependent adverse effects of UV-light and the beneficial and desired antiinflammatory effects during therapy.

Knochen und Muskel sind die wichtigsten Gewebe im muskuloskelettalen System welche dem Körper die Bewegungen möglich machen. Beide Gewebetypen sind hochgradig strukturierter Extrazellulärmatrix zugrundegelegt, welche die mechanischen und biologischen Funktionen bestimmen. In dieser Studie wurden die räumliche Verteilung der anisotropen elastischen Eigenschaften und der Gewebemineralisation im humanen kortikalen Femur untersucht mit akustischer Mikroskopie und Synchrotron-µCT. Die homogenisierten elastischen Eigenschaften wurden aus einer Kombination der Porosität und der Gewebeelastizitätsmatrix mit Hilfe eines asymptotischen Homogenisierungsmodells ermittelt. Der Einfluss der Gewebemineralisierung und der Strukturparameter auf die mikroskopischen und mesoskopischen elastischen Koeffizienten wurde unter Berücksichtigung der anatomischen Position des Femurschaftes untersucht. Es wurde ein Modell entwickelt, mit welchem der intramuskuläre Fettgehalt des porcinen musculus longissimus nichtinvasiv mittels quantitativem Ultraschall und dessen spektraler Analyze des Echosignals bestimmt werden kann. Muskelspezifische Parameter wie Dämpfung, spectral slope, midband fit, apparent integrated backscatter und cepstrale Paramter wurden aus den RF-Signalen extrahiert. Die Einflüsse der Muskelkomposition und Strukturparameter auf die spektralen Ultraschallparameter wurden untersucht. Die akustischer Parameter werden durch die Muskelfaserorientierung beeinflusst und weisen höhere Werte parallel zur Faserlängsrichtung als senkrecht zur Faserorientierung auf. Die in dieser Studie gewonnenen detaillierten und lokal bestimmten Knochendaten können möglicherweise als Eingabeparameter für numerische 3D FE-Simulationen. Darüber hinaus kann die Untersuchung von Veränderungen der lokalen Gewebeanisotropie neue Einsichten in Studien über Knochenumbildung geben. Diese auf Gewebeebene bestimmten Daten von Muskelgewebe können in numerischen Simulationen von akustischer Rückstreuung genutzt werden um diagnostische Methoden und Geräte zu verbessern. / Bone and muscle are the most important tissues in the musculoskeletal system that gives the ability to move the body. Both tissues have the highly oriented underlying extracellular matrix structure for performing mechanical and biological functions. In this study, the spatial distribution of anisotropic elastic properties and tissue mineralization within a human femoral cortical bone shaft were investigated using scanning acoustic microscopy and synchrotron radiation µCT. The homogenized meoscopic elastic properties were determined by a combination of porosity and tissue elastic matrix using a asymptotic homogenization model. The impact on tissue mineralization and structural parameters of the microscopic and mesocopic elastic coefficients was analyzed with respect to the anatomical location of the femoral shaft. A model was developed to estimate intramuscular fat of porcine musculus longissimus non-invasively using a quantitative ultrasonic device by spectral analysis of ultrasonic echo signals. Muscle specific acoustic parameters, i.e. attenuation, spectral slope, midband fit, apparent integrated backscatter, and cepstral parameters were extracted from the measured RF echoes. The impact of muscle composition and structural properties on ultrasonic spectral parameters was analyzed. The ultrasound propagating parameters were affected by the muscle fiber orientation. The most dominant direction dependency was found for the attenuation. The detailed locally assessed bone data in this study may serve as a real-life input for numerical 3D FE simulation models. Moreover, the assessment of changes of local tissue anisotropy may provide new insights into the bone remodelling studies. The data provided at tissue level and investigated ultrasound backscattering from muscle tissue, can be used in numerical simulation FE models for acoustical backscattering from muscle for the further improvement of diagnostic methods and equipment.

Die Suche nach einem Zielobjekt in einer komplexen visuellen Szene ist ein alltäglicher Wahrnehmungsvorgang und ein etabliertes experimentelles Paradigma für die Untersuchung selektiver Aufmerksamkeit. Einem klassischen Modell zufolge ist der Suchprozeß seriell: Die Objekte werden nacheinander vom Aufmerksamkeitsfokus selektiert und so für die Identifikation bereitgestellt. Ein Alternativmodell postuliert einen parallelen Suchprozeß, bei dem alle Objekte in der Szene gleichzeitig vom Sehsystem verarbeitet werden. Beide Modelltypen sind gleich gut mit den Resultaten bisheriger Verhaltensexperimente kompatibel. In der vorliegenden Arbeit wurden die neuronalen Grundlagen des Suchprozesses mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) im menschlichen Gehirn untersucht. Es ist bekannt, dass das frontale Augenfeld (FEF) und drei Subregionen (AIPS, PIPS und IPTO) des posterioren parietalen Cortex (PPC) den im seriellen Suchmodell postulierten Teilprozeß der Verschiebung des Aufmerksamkeitsfokus (ohne Augenbewegungen) kontrollieren. In Experiment 1 wurde geprüft, ob diese Regionen auch am Suchprozeß beteiligt sind. Dazu wurde das fMRT-Signal zwischen einer schwierigen Suche nach einer Verknüpfung zweier visueller Merkmale und einer einfachen Suche nach einem einzelnen Merkmal verglichen. Motorische Anforderungen und Reizmuster waren in beiden Bedingungen so ähnlich wie möglich und in Kontrollexperimenten wurde sichergestellt, dass Aktivierungsunterschiede zwischen beiden Bedingungen keine motorischen oder sensorischen Prozesse reflektieren, sondern spezifisch den Prozeß der Verknüpfungssuche. FEF, AIPS, PIPS und IPTO wurden differentiell aktiviert. In Experiment 2 wurde getestet, ob die Beteiligung dieser Areale an der visuellen Suche von der Notwendigkeit einer Merkmalsverknüpfung abhängt. Dazu wurde eine schwierige Merkmalssuche mit der einfachen Merkmalssuche verglichen und kontrolliert, dass auch dieser Vergleich sensorische und motorische Faktoren eliminierte. Differentielle Aktivierungen in diesem Experiment reflektierten nun nicht mehr den Merkmalsverknüpfungsprozeß, sondern allein die höhere Schwierigkeit der Suche. Auch hier fand sich eine differentielle Aktivierung des FEF, AIPS, PIPS und IPTO. Dabei unterschieden sich die Schwierigkeit auf der Verhaltensebene wie auch die differentielle Aktivierung von PIPS auf der neuronalen Ebene nicht zwischen Verknüpfungs- und schwieriger Merkmalssuche. Die Ergebnisse demonstrieren, dass das FEF und drei Subregionen des PPC an der schwierigen visuellen Suche beteiligt sind. Dies ist gut mit der Annahme eines seriellen und nur schwer mit der eines parallelen Suchprozesses vereinbar. Darüber hinaus suggerieren die Befunde, dass der Beitrag des PPC und FEF zur visuellen Suche nicht auf den Prozeß der Merkmalsverknüpfung beschränkt ist, sondern allgemeiner die Anforderung an den Suchprozeß reflektiert. / The search for a target object in a complex visual scene is an all-day process of visual perception and an established experimental paradigm for the study of selective attention. A classical model postulates a serial search process. That is, objects are selected sequentially by the focus of attention and are thereby routed to the identification stage. An alternative model postulates a parallel search process, in which all objects within the scene are processed simultaneously. Both models are equally consistent with the current behavioural data. In this thesis, the neural basis of the search process in the human brain was investigated with functional magnetic resonance imaging (fMRI). The frontal eye field (FEF) and three sub-regions (AIPS, PIPS und IPTO) of the posterior parietal cortex (PPC) are known to control the shifting of the focus of attention in space (without eye movements), which is postulated by the serial model to be an essential sub-process of visual search. Experiment 1 tested whether the same areas are also engaged in the search process. The fMRI signal was compared between a difficult search for a feature conjunction and an easy search for a single feature. Motor requirements and stimuli were as similar as possible across conditions and control experiments demonstrated that activation differences between conditions do not reflect sensory or motor factors, but rather the process of conjunction search. The FEF, AIPS, PIPS, and IPTO were differentially activated. Experiment 2 tested whether the involvement of these areas in visual search depends on the necessity for conjoining features. A difficult feature search was compared with the easy feature search. This comparison also eliminated sensory and motor factors according to control experiments. Differential activations in this experiment did not reflect the feature conjunction process, but only the higher search difficulty. Again, a differential activation of the FEF, AIPS, PIPS, and IPTO was found. The conjunction and the difficult feature search did not differ in their difficulty at the behavioral level as well as in PIPS activation strength at the neural level. The results show that the FEF and three PPC sub-regions contribute to difficult visual search. This is consistent with the assumption of a serial, but much less consistent with the assumption of a parallel, search process. Furthermore the results suggest that the contribution of the PPC and FEF to visual search is not restricted to the feature conjunction process, but more generally reflects the demands on the search process.

Das Reizdarmsyndrom (RDS) ist eine funktionale Darmerkrankung mit einer Prävalenz von 10.000 – 20.000/100.000 in verschiedenen Kulturen. Keine einzelne physiologische oder psychologische Ursache konnte bisher isoliert werden. Ein sensitiver und spezifischer Maker sind herabgesetzte rektale Schmerzschwellen. Veränderungen der cerebralen viszerosensorischen und nozizeptiven Repräsentation sind mit Neuroimaging-Studien untersucht worden. Die Verarbeitung von Reizen unterhalb der Wahrnehmungsschwelle scheint sich von der Verarbeitung bewusster Reize zu unterscheiden. Wir untersuchten daher sub- und supraliminale rektale Wahrnehmung von 8 RDS-Patienten und 8 parallelisierten gesunden Kontrollprobanden. Die Reizschwelle wurde mit Hilfe eines Tracking-Paradigmas bestimmt. In einer funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT)-Studie wurden Reize unter, über und in der Nähe der Wahrnehmungsschwelle in einem pseudorandomisierten Blockdesign präsentiert. Bei supraliminaler Stimulation gesunder Probanden konnten der bekannte spinothalamische und vagale Pfad repliziert werden. Bei subliminaler Stimulation zeigte sich in einer Einzelauswertung eine ähnliche Verarbeitung, damit konnten die Vorergebnisse hier ebenfalls repliziert werden. In der Gruppenauswertung fand sich Aktivierung nur in Arealen, die bei supraliminaler Stimulation nicht aktiv waren. RDS-Patienten zeigten weniger Aktivität bei subliminaler und mehr bei liminaler Stimulation. Bei supraliminaler Stimulation zeigten sich unterschiedliche aktivierte Areale. Insbesondere war der Amygdala-Hippocampus-Komplex bei Patienten stärker aktiviert. Die Ergebnisse bei supraliminaler und liminaler Stimulation können als verstärkte Aufmerksamkeit auf eben wahrnehmbare Darmreize und als verstärkte emotionale Verarbeitung interpretiert werden. Bei der subliminalen Stimulation kann man schwächere Aktivität schmerzunterdrückender Netze annehmen oder von einem methodischen Artefakt ausgehen. / Irritable bowel syndrome (IBS) is a functional bowel disease with a prevalence of 10.000 - 20.000/100.000 across cultures. So far, no single physiological or psychological reason has been identified. Nevertheless, reduced rectal pain thresholds represent a sensitive and specific marker. Alterations in cerebral viscerosensory and nociceptive representation have been addressed using neuroimaging studies. Processing of stimuli below conscious perception level seems to differ from consciously perceived stimuli. Thus, we examined sub- and supraliminal rectal perception in 8 patients with IBS and 8 healthy matched control subjects. Perception thresholds were assessed by a tracking paradigm. In an functional magnetic resonance imaging (fMRI) study using a block design, stimuli below, above, or around the subjective perception threshold were presented in pseudo-randomized order. At supraliminal stimulation in healthy controls, results of previous studies were replicated and confirmed a spinothalamic and a vagal pathway of visceral sensory perception and suggested processing in amygdala and hippocampus. At subliminal stimulation in healthy controls, previous results were also replicated showing similar processing in single subject analysis. Results of a group analysis yielded only activity in areas not activated at supraliminal stimulation. IBS patients showed less pronounced activity during subliminal stimulation and much more pronounced activity at liminal stimulation. At supraliminal stimulation, different areas showed active in both groups. In particular, the amygdala-hippocampus complex was more active in patients. Results at liminal and supraliminal stimulation can be interpreted as enhanced attention to around-threshold rectal stimuli and more pronounced emotional processing of conciously perceived stimuli. Results at subliminal stimulation can be understood as weaker activity of perception-suppressing pathways or as methodological artifact.