Die genaue Implikation natürlicher Killer(NK)-zellen und Neutrophile in Autoimmunerkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS) ist nach wie vor ungeklärt und wurde daher im Mausmodell der multiplen Sklerose (MS), der experimentellen Autoimmunenzephalomyelitis (EAE), sowie bei MS und Neuromyelitis optica (NMO) Patienten untersucht. Bei MS Patienten konnte eine mit der Krankheitsaktivität korrelierende, reduzierte Zahl zirkulierender CX3CR1+NK Zellen festgestellt werden. Daher wurden die NK Zell-Dynamiken und der Einfluss von CX3CR1 auf diese im EAE Mausmodell untersucht. Hierbei konnte in Wildtyp(WT) sowie auch CX3CR1-defizienten EAE Mäusen eine Rekrutierung peripherer NK Zellen in das ZNS beobachtet werden. Anders als bei WT EAE Mäusen wiesen die NK Zellen bei CX3CR1-defizienten Mäusen einen primär unreifen Phänotyp auf, der möglicherweise als ursächlich für die erhöhte Krankheitsaktivität dieser Tiere gemutmaßt werden kann. Der Transfer reifer NK Zellen vor Immunisierung CX3CR1-defizienter Tiere zeigte folglich protektive Effekte und lässt schlussfolgern, dass die CX3CR1-vermittelte Rekrutierung reifer NK Zellen die EAE Neuroinflammation limitiert. Die Diskriminierung der MS von der klinisch ähnlichen NMO stellt nach wie vor eine Herausforderung dar. Neutrophile in ZNS-Läsionen und der Cerebrospinalflüssigkeit(CSF) können bei NMO, nicht aber MS Patienten nachgewiesen werden, weshalb Neutrophile aus dem Blut von NMO und MS Patienten hier vergleichend untersucht wurden. Die Neutrophile beider Patientengruppen wiesen einen aktivierten Phänotyp im Vergleich zu gesunden Kontrollen auf. Im Gegensatz dazu zeigte sich eine von Medikation und neurologischen Defiziten der Patienten unabhängige, kompromittierte Funktionalität der NMO verglichen mit MS Neutrophilen im Hinblick auf Migration, oxidativen Burst und Degranulierung. Die Neutrophilenfunktionalität könnte entsprechend potentiell als diagnostisches Diskriminierungskriterium zwischen der MS und der NMO dienen. / The implication of natural killer (NK) cells and neutrophils in autoimmune disorders of the central nervous system (CNS) remains elusive, and therefore was investigated in a mouse model for multiple sclerosis (MS), experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), and in patients with MS and neuromyelitis optica (NMO), respectively. In MS, a decreased frequency of circulating CX3CR1+NK cells correlating with the patient disease activity has been reported. Therefore, the pattern of NK cell mobilization and the contribution of CX3CR1 to NK cell dynamics in response to neuroinflammatory insult were investigated in the EAE model. Here, NK cells similarly mobilized from the periphery and accumulated in the CNS in both wild-type (WT) and CX3CR1-deficient mice during EAE. However, in mice lacking CX3CR1 the infiltrated NK cells displayed an immature phenotype contrasting with the mature infiltrates in the WT counterparts, apparently contributing to EAE exacerbation in those animals since transfer of mature WT NK cells prior to immunization of CX3CR1-deficient mice exerted a protective effect. Together, these data suggest that the CX3CR1-mediated recruitment of mature CX3CR1+NK cells limits EAE neuroinflammation. Due to clinical similarities, the discrimination between MS and NMO is still challenging. In contrast to MS, neutrophil accumulations were found in CNS lesions and the cerebrospinal fluid (CSF) of NMO patients wherefore a comparative analysis of peripheral blood neutrophils in NMO and MS patients was performed. The results revealed an activated neutrophil phenotype in NMO and MS when compared to healthy individuals. In contrast, analysis of neutrophil migration, oxidative burst activity and degranulation showed a compromised neutrophil functionality in NMO compared to MS, which was not influenced by the treatment regime and clinical parameters of the patients. Thus, neutrophil functionality may represent a new diagnostic tool to discriminate between NMO and MS.

Knochenmarks-Stromazellen sind in den letzten Jahren in den Fokus der Forschung gerückt. Es konnte gezeigt werden, dass sie durch Bereitstellung von Überlebenssignalen essenziell für die Erhaltung hämatopoetischer Nischen sind. Stromales Interleukin-7 (IL-7) konnte dabei für T Zellen als Überlebenssignal identifiziert werden. Gemeinsam ist allen Stromazellen die Expression des Oberflächenmarkers CD106/VCAM-1. Ein effizientes Protokoll erlaubte die qualitative wie quantitative Isolation von Stromazellen aus dem murinen Knochenmark mit anschließender ex vivo Microarray-Analyse. Die auf diese Weise ermittelten Kandidaten-Marker wurden auf Proteinebene via Histologie und (Hochdurchsatz-) Durchflusszytometrie validier. Dazu gehören z.B. die Marker CD1d, gas6 oder ANXA2R. CD1d wurde als guter Interimsmarker für VCAM-1+PECAM-1- Stromazellen identifiziert, wohingegen die IL-7-Produzenten in der Population von CD200int/BP 1+/CD73+/CD105- angereichert sind. Gleiches gilt für den Transkriptionsfaktor Prrx1. CD55, BP-1 and Cadherin-11 zeigten eine Expressionsmuster in Abhängigkeit des verwendeten IL-7-Reportermaus-Haplotyps. Für BP-1 und Cadherin 11 konnte die Abwesenheit von reifen Lymphozyten als Ursache des Feedbacks ausgeschlossen werden. Die Haplotypen der Reportermaus legten auch eine monoallele Expression des IL-7 nahe. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen VCAM-1+ (IL-7+/-) Stromazellen als heterogene Population, wenn es nach der Vielzahl der möglichen exprimierten Marker geht. Zwischen vielen dieser Marker gibt es aber wiederum auf Zelloberflächenebene einen großen Überlapp. Die funktionelle Relevanz dieser Oberflächenmarker-Diversität wird in weiteren Arbeiten zu klären sein, gibt aber den Stromazellen ein breites Repertoire vor, um Interaktionen mit Lymphozyten zu initiieren, modulieren und inhibieren. Abschließend ist zu erwarten, dass diese Erkenntnisse in die klinische Behandlung der Stroma-Nischen in Autoimmun-Fragestellungen einfließen. / Bone marrow stromal cells receive increasing amounts of attention lately. They have been shown to support survival of hematopoietic stem cells as well as memory lymphocytes which is of great importance when targeting the perseverance of autoimmune diseases. CD4+ memory T lymphocytes reside in the proximity of VCAM-1 expressing stromal cells which provide them with survival signals such as Interleukin-7. Herein, a protocol was developed to quantitatively obtain VCAM-1+ and VCAM-1+ IL-7+/- stromal cells via enzymatic/mechanic digestion and cytoskeleton-inhibition. Ex vivo gene expression analysis was performed from sorted, pure cells with good recovery. Candidate genes/markers were validated in (high-throughput) flow cytometry and histological analysis including subsequent semi-automated colocalization was performed. CD1d was found to be good surrogate marker for VCAM-1+PECAM-1- non-endothelial stroma while the population of CD200int/BP-1+/CD73+/CD105- stromal cells is greatly enriched in IL-7 producers which was equally true for the stromal transcription factor Prrx1. CD55, BP-1 and Cadherin-11 were found to be differentially expressed in differing IL-7 reporter mice haplotypes. The reporter mice haplotypes revealed monoallelic expression features of IL-7. All methodologies suggest that VCAM-1+ as well as IL-7+/- stromal cells are heterogeneous by marker expression yet don’t cluster extensively in flow cytometry co-stains. The functional relevance of the marker diversity described in this thesis remains to be tested but insinuates a broad repertoire for bone marrow stroma cells for new interaction pathways with lymphocyte subsets. Ultimately, this knowledge will hopefully feedback to clinical questions of autoimmunity for targeted treatment of stromal niches.

Das Herz ist das erste Organ, das sich während der Embryonalentwicklung bildet und durch die Verteilung von Nährstoffen und Sauerstoff für die Lebenserhaltung von Geweben und Organen verantwortlich ist. Die Herzentwicklung benötigt die koordinierte Rekrutierung von zwei Herzvorläufer-Populationen, dem ersten und zweiten Herzfeld, welche sich aus einer gemeinsamen Vorläuferzellpopulation während der Gastrulation bilden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der Bmp- und Wnt-Signalwege auf die frühe Herzentwicklung in Mäusen untersucht. Dafür wurden mit Hilfe der Cre/LoxP-Technik inaktivierende und aktivierende Mutationen im Bmp-Rezeptor Ia (BmpRIa) und im zentralen Modulator des Wnt-Signalweges, beta-Catenin, in Zellen des Mesoderms eingeführt, aus dem beide Herzfelder hervorgehen. Inaktivierende Mutationen im BmpRIa führen zum Verlust von erster Herzfeldderivate und zum Expressionsverlust von Genen, welche für die Aufrechterhaltung und Spezialisierung des ersten Herzfeldes in den späteren linken Ventrikel wichtig sind. In Mäusen mit inaktivierenden Mutationen in beta-Catenin bildet sich das erste Herzfeld korrekt, während die Entwicklung des zweiten Herzfeldes, z.B. die rechtsgerichtete Windung des linearen Herzrohres sowie Bildung des Ausflusstrakts und rechten Ventrikels, gestört ist. Die Genexpression von Bmp4 und Islet1 in Vorläufern des zweiten Herzfeldes ist stark reduziert, während aktivierende Mutationen in beta-Catenin diese verstärken und die Bildung des linearen Herzrohres stören. Diese Ergebnisse zeigen, dass beta-Catenin für die Entwicklung des zweiten Herzfeldes entscheidend ist, und dass die Aktivierung des Wnt/beta-Catenin-Signalweges zeitlich und räumlich präzise reguliert werden muss, damit sich ein windendes lineares Herzrohr entwickeln kann. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die BmpRIa- und Wnt/beta-Catenin-Signalwege unterschiedliche Rollen während der Musterbildung in der frühen Herzentwicklung spielen. / The vertebrate heart is the first organ that forms during embryonic development. Heart formation requires the coordinated recruitment of multiple cardiac progenitor cell populations derived from both the first and second heart fields, which arise from a common progenitor at gastrulation. In this study we have ablated the Bmp receptor 1a (BmpRIa) and the Wnt effector beta-Catenin in the developing heart of mice using MesP1-cre, which acts in early mesoderm progenitors that contribute to both first and second heart fields. Remarkably, the entire cardiac crescent and later the primitive ventricle were absent in MesP1-cre; BmpR1a loss-of-function mutants. While myocardial progenitor and differentiation markers were detected in the small, remaining cardiac field in these mutants, first heart field markers, which are required for the maintenance and specification of first heart field derivatives, were not expressed. We conclude from these results that Bmp receptor signaling is crucial for the specification of the first heart field. In MesP1-cre; beta-Catenin loss-of-function mutants, cardiac crescent formation as well as first heart field markers were not affected, although cardiac looping and right ventricle formation were blocked. Expression of Isl1 and Bmp4 in second heart field progenitors was strongly reduced. In contrast, in gain-of-function mutation of beta-Catenin using MesP1-cre we revealed an expansion of Isl1 and Bmp4 expressing cells, although the heart tube was not formed. We conclude from these results that Wnt/beta-Catenin signaling regulates second heart field development, and that a precise amount and/or timing of Wnt/beta-Catenin signaling is required for proper heart tube formation and cardiac looping. In conclusion, we have shown that Bmp and canonical Wnt signaling have distinct roles during early cardiogenesis in mice.

Die Entwicklung eines Embryos und Fetus beeinflusst die Anfälligkeit für kardiovaskuläre Erkrankungen im weiteren Verlauf des Lebens entscheidend. Zugrundeliegende Mechanismen sind jedoch weitestgehend unbekannt. Unter Zuhilfenahme eines neuen Mausmodells für intrauterine kardiale Wachstumsretardierung zielt die vorliegende Dissertation auf die Identifikation adaptiver Wachstumsmechanismen ab, welche die Anpassung der Organgröße und die Aufrechterhaltung einer normalen Herzfunktion ermöglichen. Vielzählige Gene des Aminosäure (AS)-Metabolismus und der Proteinhomeostase zeigten eine vermehrte Expression in neugeborenen Mausherzen nach gestörter Embryonalentwicklung. Es wurde angenommen, dass sowohl die AS-Verfügbarkeit als auch die Aktivität der mechanistic target of rapamycin (mTOR) Signalkaskade entscheidend für eine normale Herzentwicklung und postnatales kompensatorisches Wachstum sind. Der mTOR Komplex 1 (mTORC1) wurde in prä- und perinatalen Mäusen mittels Rapamycin-Behandlung trächtiger Weibchen inhibiert. Die Auswirkungen einer prä- und postnatalen AS-Restriktion wurden anhand einer Niedrigproteindiät untersucht. Rapamycin-behandelte Neugeborene zeichneten sich durch vermindertes Gesamtwachstum sowie Entwicklungsverzögerung aus. Dabei war die kardiale Entwicklung besonders betroffen. Kardiale Proliferationsraten waren nicht verändert, die verminderte Herzgröße wurde jedoch auf eine verringerte Kardiomyozytengröße sowie eine erhöhte Apoptoserate zurückgeführt. Die intrauterine AS-Restriktion wurde überraschend gut von den Mausherzen toleriert. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die mTOR Signalkaskade essentiell für eine normale Herzentwicklung sowie kompensatorisches kardiales Wachstum ist. Darüber hinaus stellt die pränatale Rapamycin-Behandlung möglicherweise ein neues Modell der intrauterinen Wachstumsretardierung dar, welches Untersuchungen von Programmierungs-Mechanismen vor allem während der fötalen und perinatalen Herzentwicklung ermöglicht. / Intrauterine development influences the susceptibility to cardiovascular disease in adulthood, although the underlying molecular mechanisms are vastly unknown. Utilizing a new mouse model of impaired heart development, this thesis aims at identifying pre- and postnatal adaptive growth mechanisms to restore organ size and allow normal cardiac function. Unbiased functional annotation of genes differentially expressed in neonatal hearts after impaired intrauterine development revealed numerous gene clusters involved in amino acid (AA) metabolism and protein homeostasis. It was hypothesized that both AA availability and mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway activation are crucial for normal heart development and compensatory cardiac growth. mTOR complex 1 (mTORC1) was inhibited in fetal and neonatal mice by rapamycin treatment of pregnant dams. The effects of pre- and postnatal AA restriction were studied by feeding dams a low protein diet (LPD) throughout pregnancy and keeping the offspring on LPD postnatally. Rapamycin treated neonates were characterized by overall growth restriction and developmental delay, where cardiac development was especially affected (reduction of heart size, weight and heart weight to body weight ratio, severe thinning and noncompaction of the ventricular myocardium as well as immature myocardial morphology). While proliferation rates were unaffected, the reduced neonatal heart size was attributed to decreased cardiomyocyte size and increased apoptosis. Strikingly, the murine heart appeared to be surprisingly resistant to intrauterine AA restriction. In conclusion, the data revealed mTOR being essential for normal as well as compensatory cardiac development and growth. Moreover, prenatal rapamycin treatment might represent a new model of intrauterine growth restriction, which potentially allows the investigation of developmental programming mechanisms within the heart particularly in the fetal and neonatal phase of development.

An 23 wachen Ratten wurde die dynamische Regulation der Nierengefäße als Antwort auf schwingungsförmige Änderung des renalen Perfusionsdruckes (RPP) gemessen. Es wurden der Renale Perfusionsdruck (RPP), der Nierenarterienfluss (RBF) sowie lokale Gefäßflüsse der Nierenrinde und des äußeren Nierenmark (Laser-Doppler) aufgezeichnet und daraus die entsprechende Conductance (Leitwert) der Gefäße errechnet. Der mittlere RPP wurde rampenförmig mit einer langsamen Änderungsrate gesenkt (dp/dt), wobei nach jeder absteigenden Flanke eine aufsteigende Rampe gleicher Geschwindigkeit gemessen wurde. Eine Überlagerung des RPP mit Schwingungen unterschiedlicher Frequenz (f=0,005, f=0,01 und f=0,02 Hz) bei einer Amplitude von 20 mmHg führte zu einem Anstieg von dp/dt und einem erhöhten Shearstress an der Gefäßwand (WSS). Der Einfluss der Schwingungen auf RCV war signifikant abhängig vom mittleren RPP. So war die Conductance in tieferen Druckbereichen des RPP mehrfach höher als in den Ausgangsdruckwerten. Innerhalb der absteigenden Rampen führte ein Erhöhung der Frequenz zu einem Anstieg der maximalen Amplitude des RVC des Nierengesamtflusses. Die größten Amplituden wurden bei RPP Werten zwischen 58 und 46 mmHg gemessen. Diese Abhängigkeit war bei den ansteigenden Flanken nicht gegeben. Außerdem zeigte sich in den abfallenden Versuchsteilen ein plötzlicher Phasenwechsel zwischen der RPP- und der RVC-Schwingung bei mittleren RPP-Werten zwischen 95 und 80 mmHg. Dies lässt schließen, dass oberhalb dieses Druckwertes aktive myogenen Vasokonstriktion die passiven Gefäßdilatation vollständig ausgleicht, während unterhalb dieses RPP-Wertes die Vasokonstriktion insuffizient reagiert, bis bei ca. 50 mmHg die RCV ausschließlich der passiven Vasodilatation folgt. Höhere Schwingungsfrequenzen führen durch einen Anstieg des WSS zu einer Erhöhung der Amplitude des RVC. Dies bewirkt eine Änderung der charakteristischen renalen Autoregulation des RPP. Auf diese Weise ändert sich die Effizienz der Autoregulation. / In 23 conscious rats, the dynamic features of renal vascular conductance (RVC) in response to oscillatory changes in renal perfusion pressure (RPP) were studied at different mean RPPs. RPP, renal blood flow, and regional cortical and outer-medullary fluxes (laser-Doppler) were continuously recorded and the respective RVCs calculated. Mean RPP was changed ramp-wise with a low rate of change (dp/dt), whereby a decremental ramp was immediately followed by an incremental ramp. Superimposing RPP oscillations (amplitude 20 mmHg) of different frequencies (f=0.005, f=0.01, and f=0.02 Hz) increased maximum dp/dt, and thus increased vascular wall shear stress (WSS). The impact of RPP oscillations on RVC critically depended on mean RPP. RVC oscillations were several times higher at lower mean RPPs than at control RPP During the decremental ramps, increasing the frequency led to an increase in the maximum amplitude of total RVC, and decreased mean RPP where maximum amplitude occurred from 58 to 46 mmHg. This frequency dependence was abolished during incremental ramps. Lowering mean RPP resulted in a sudden reversal of phase between RPP and RVC oscillations at mean RPP between 95 and 80 mmHg. It is concluded that, above this RPP, myogenic vasoconstriction fully counterbalances passive vasodilatation, whereas, below that RPP, myogenic constriction gradually tapers off until, at about 50 mmHg, RVC is exclusively determined by passive dilation. Higher oscillatory frequencies, assumed to be due to increased WSS, elicit a greater response in RVC amplitude as an expression of vessel compliance, and, thus change the RPP characteristics of renal autoregulation. However, the efficiency of autoregulation is thereby barely changed.

In dieser Arbeit werden - basierend auf dem Langsamkeitsprinzip - Modelle und Algorithmen für das auditorische System entwickelt. Verschiedene experimentelle Ergebnisse, sowie die erfolgreichen Ergebnisse im visuellen System legen nahe, dass, trotz der unterschiedlichen Beschaffenheit visueller und auditorischer sensorischer Signale, das Langsamkeitsprinzip auch im auditorischen System eine bedeutsame Rolle spielen könnte, und vielleicht auch im Kortex im Allgemeinen. Es wurden verschiedene Modelle für unterschiedliche Repräsentationen des auditorischen Inputs realisiert. Es werden die Beschränkungen der jeweiligen Ansätze aufgezeigt. Im Bereich der Signalverarbeitung haben sich das Langsamkeitsprinzip und dessen direkte Implementierung als Signalverarbeitungsalgorithmus, Slow Feature Analysis, über die biologisch inspirierte Modellierung hinaus als nützlich erwiesen. Es wird ein neuer Algorithmus für das Problem der nichtlinearen blinden Signalquellentrennung beschrieben, der auf einer Kombination von Langsamkeitsprinzip und dem Prinzip der statistischen Unabhängigkeit basiert, und der anhand von künstlichen und realistischen Audiosignalen getestet wird. Außerdem wird die Open Source Software Bibliothek Modular toolkit for Data Processing vorgestellt. / In this thesis we develop models and algorithms based on the slowness principle in the auditory domain. Several experimental results as well as the successful results in the visual domain indicate that, despite the different nature of the sensory signals, the slowness principle may play an important role in the auditory domain as well, if not in the cortex as a whole. Different modeling approaches have been used, which make use of several alternative representations of the auditory stimuli. We show the limitations of these approaches. In the domain of signal processing, the slowness principle and its straightforward implementation, the Slow Feature Analysis algorithm, has been proven to be useful beyond biologically inspired modeling. A novel algorithm for nonlinear blind source separation is described that is based on a combination of the slowness and the statistical independence principles, and is evaluated on artificial and real-world audio signals. The Modular toolkit for Data Processing open source software library is additionally presented.

Der Morbus Parkinson ist die häufigste Erkrankung der Basalganglien und wird durch einen Abbau der dopaminergen Neurone in der Substantia nigra des Mittelhirns verursacht. Um Wege zu finden, die Nebenwirkungen bisheriger Therapien dieser Erkrankung zu vermeiden, sollten neue Angriffspunkte für pharmakologische Interventionen gesucht werden. Prinzipiell ist dabei jeder Schritt einer Signaltransduktions-Kaskade zu prüfen. Dazu gehören präsynaptische Transmitterfreisetzung, G-Protein-gesteuerte Effektormechanismen oder Veränderungen prä- und postsynaptischer Potentiale, wie sie durch ein bestimmtes lokales Ionenkanalmuster festgelegt werden. Aufgrund ihrer enormen molekularen Vielfalt bei gleichzeitig weiter, aber spezifischer Verbreitung, stellen Kaliumkanäle interessante Angriffspunkte für neue therapeutische Strategien dar. Die vorliegende Arbeit untersucht die zelluläre und subzelluläre Verteilung aller Mitglieder der Kir2-Familie, einer Gruppe von Proteinen, die einwärts-gleichrichtende Kaliumkanäle bildet. Zu diesem Zweck wurden polyklonale, monospezifische, affinitätsgereinigte Antikörper gegen den wenig konservierten carboxyterminalen Anteil der Kir2.1-, Kir2.2-, Kir2.3- und Kir2.4-Proteine hergestellt. Alle Untereinheiten der Kir2-Familie wurden an den Somata und Dendriten der meisten striatalen Neurone nachgewiesen. Zwei dieser Kanäle zeigten jedoch ein inhomogenes Verteilungsmuster: Das "patch"-Kompartiment des Striatums wurde von der Expression des Kir2.3-Kanals ausgespart, und das Kir2.4-Protein wurde am stärksten auf den tonisch aktiven, cholinergen striatalen Interneuronen exprimiert. Diese beiden Strukturen stellen die Schlüsselstellen für die Kontrolle und Regulation der dopaminergen und cholinergen Transmission im Striatum dar, weswegen ihnen eine zentrale Rolle für die efferenten Projektionen der Basalganglien zukommt. Die nachgewiesene heterogene Lokalisation der Kir2.3- und Kir2.4-Untereinheit an diesen strategisch relevanten Strukturen macht diese Kanäle zu viel versprechenden Angriffspunkten für zukünftige Pharmakotherapien. / Parkinson’s disease is the most frequent movement disorder caused by loss of dopaminergic neurons in the midbrain. Intentions to avoid side effects of conventional therapy should aim to identify additional targets for potential pharmacological intervention. In principle, every step of a signal transduction cascade, such as presynaptic transmitter release, type and occupation of postsynaptic receptors, G protein-mediated effector mechanisms, and the alterations of pre- or postsynaptic potentials as determined by the local ion channel composition, have to be considered. Due to their diversity and their widespread but distinct localizations, potassium channels represent interesting candidates for new therapeutic strategies. As a first step, the present report aimed to study the cellular and subcellular distribution of the individual members of the Kir2 family in the striatum, a group of proteins forming inwardly rectifying potassium channels. For this purpose polyclonal, monospecific, affinity purified antibodies against the less conserved carboxyterminal sequences from the Kir2.1, Kir2.2, Kir2.3, and Kir2.4 proteins were prepared. All subunits of the Kir2 family were detected on somata and dendrites of most striatal neurons. However, the distribution of two of them was not homogeneous. Striatal patch areas were largely devoid of the Kir2.3 protein, and the Kir2.4 subunit was most prominently expressed on the tonically active, giant cholinergic interneurons of the striatum. These two structures are among the key players in regulating dopaminergic and cholinergic neurotransmission within the striatum, and therefore are of major importance for the output of the basal ganglia. The heterogeneous localization of the Kir2.3 and the Kir2.4 subunits with respect to these strategic structures pinpoints these channel proteins as promising targets for future pharmacological efforts.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Expression von Angiotensinogen, Renin, Angiotensin-Converting-Enzym (ACE) und von den Agiotensin-Rezeptoren AT1 und AT2 in humaner Haut untersucht, um zu sehen, ob humane Haut ein lokales Gewebe Renin-Angiotensin-System (RAS) besitzt und fähig ist, Angiotensin II (Ang II) zu synthetisieren sowie welche physiologische Rolle Ang II in humaner Haut haben könnte. Außerdem wurde das Expressionsmuster von Angiotensinogen, Renin und ACE in gesunder humaner Haut mit dem in Psoriasis, Basaliom und Spinaliom (SCC) verglichen, um einen Einblick in pathophysiologische Funktionen des RAS zu gewinnen. Mit Hilfe von RT-PCR konnten alle Komponenten des RAS in vitro auf mRNA Ebene in kultivierten primären Keratinozyten, Melanozyten, dermalen Fibroblasten und dermalen mikrovaskulären Endothelzellen (MVEC´s) nachgewiesen werden, mit einer Ausnahme: Melanozyten scheinen keine AT2-Rezeptoren zu exprimieren. Immunhistochemische Untersuchungen zeigten die Expression aller Komponenten auf Proteinebene in Epidermis und dermalen Gefäßwänden in Gewebeschnitten humaner Haut. Zusätzlich erfolgte der Nachweis von Ang II in kultivierten Keratinozyten mittels enzymatischen immunometrischen Assays. Während Angiotensinogen, Renin und ACE bei immunhistochemischen Untersuchungen an Gewebeschnitten gesunder menschlicher Haut in allen Epidermalschichten gleichmäßig verteilt waren, zeigte sich bei der Psoriasis eine deutliche Betonung der unteren Epidermalschichten. Immunhistochemische Untersuchungen von Basaliomen erbrachten eine verminderte Expression von Angiotensinogen und Renin innerhalb der Tumornester. ACE wurde in den Tumorzellen noch weniger exprimiert. In immunhistochemischen Untersuchungen von Spinaliomen färbten sich die Tumorzellen deutlich homogen an. Die Experimente haben gezeigt, dass alle Komponenten des RAS in enger Lokalisation in menschlicher Haut vorkommen und dass folglich ein lokales Gewebe RAS in humaner Haut existiert sowie dass humane Haut fähig ist, Ang II ohne Zufuhr weiterer Komponenten und ohne regulatorische Einflüsse aus der Zirkulation zu synthetisieren. Eine mögliche physiologische Rolle von Ang II könnte die Regulation von Keratinozyten-Proliferation und –Differenzierung über seine Rezeptoren sein. Bezüglich der pathophysiologischen Rolle haben die Untersuchungen eine Fehlregulation des kutanen RAS in Epidermis psoriatisch veränderter Haut gezeigt, welches ein Hinweis auf eine pathogenetische Rolle des RAS bei der gestörten Keratinozyten-Proliferation und –Differenzierung sein könnte. Das Expressionsmuster in den untersuchten Tumoren war uneinheitlich, weshalb eine Interpretation der Rolle des RAS in kutanen Tumoren ohne weitere Untersuchungen kaum möglich erscheint. 1 / The present study was designed to elucidate whether a local tissue renin-angiotensin system (RAS) is expressed in human skin, whether cutaneous cells are able to autonomously synthesise angiotensin II (Ang II), and to get a first insight into a putative physiological role of Ang II in this location. For this purpose, the expression of angiotensinogen, renin, angiotensin-converting enzyme (ACE) and of the angiotensin receptors AT1 and AT2 was examined in human skin samples and in diverse cutaneous cells in primary culture on mRNA- and protein-level. Furthermore, the study compared the expression pattern of angiotensinogen, renin and ACE in healthy human skin with that in psoriasis, basal cell carcinoma (BCC) and squamous cell carcinoma (SCC) to look for possible differences between healthy and diseased skin. Using mRNA derived from cultured primary keratinocytes, melanocytes, dermal fibroblasts and dermal microvascular endothelial cells (MVECs), all components of the RAS could be demonstrated by RT-PCR except for AT2 receptors in melanocytes. Immunohistochemical stainings of cryostat sections of human skin revealed the expression of all components at protein level within the epidermis and in dermal vessel walls. In addition, the presence of Ang II in cultured keratinocytes and their supernatants could be proven by enzyme immunometric assay giving strong evidence for the ability of keratinocytes to autonomously synthesise Ang II. Regarding the comparison of RAS expression in healthy versus diseased skin, expression of angiotensinogen, renin and ACE was altered in all dermatoses examined. While in normal skin, RAS components were distributed equally and homogenously throughout all layers of the epidermis, in psoriatic skin their expression was more intense in the basal epidermal layers and less intense in the upper layers. In BCC sections, expression of angiotensinogen and renin was down-regulated, and tumour cells stained negatively for ACE. In SCC cryostat sections, tumour cells stained positively for all RAS components with an intensity comparable to normal skin. Taken together, the experiments revealed that a local tissue RAS exists in human skin, and that human skin is able to autonomously synthesise Ang II without any supply of components from the circulation. The physiological role of Ang II in normal skin may comprise the regulation of keratinocyte proliferation and differentiation. Concerning a putative pathophysiological role of Ang II in skin, this study provides evidence for a deregulation of the RAS in psoriatic skin and in BCC pointing to an involvement of the RAS in the pathomechanisms of these dermatoses. 1

An mit Urethan narkotisierten männlichen "Wistar"-Ratten erfolgte die extrazelluläre Einzelableitung der Aktionspotenziale von insgesamt 159 striatalen Neuronen. Mit Hilfe einer Mehrkanalelektrode wurden in die Nähe der Zellen mikroiontophoretisch verschiedene Substanzen appliziert. Die separate Gabe von Serotonin (5-HT), dem 5-HT1A-Rezeptoragonisten 8-OH-DPAT und dem sulfatierten Oktapeptid Cholezystokinin (CCK-8S) führte überwiegend zur Erhöhung der neuronalen Entladungsraten (Wilcoxon-Test signifikant mit p < 0,05), wohingegen der 5-HT2A/2C-Rezeptoragonist DOI nur an wenigen Neuronen einen Effekt induzierte, der hauptsächlich aus einer Reduktion der Entladungsraten bestand. Nach Koapplikation von Serotonin und CCK-8S überwogen ebenfalls aktivierende Effekte (Wt p < 0,05), jedoch wurde die neuronale Responsivität im Vergleich zur Einzelapplikation der beiden Substanzen signifikant reduziert (Chi2 p< 0,01). Da die Serotonin- bzw. 8-OH-DPAT-induzierten Effekte durch die spezifischen 5-HT1A-Rezeptorantagonisten WAY 100635 und S-UH 301 geblockt wurden und eine positive Korrelation der Serotonin- bzw. 8-OH-DPAT-Effekte (p < 0,05) nachgewiesen werden konnte, kann, trotz der entgegengesetzten Ergebnisse früherer Studien, das Vorhandensein von 5-HT1A-Rezeptoren im Neostriatum angenommen werden. Die Grundaktivität der durch Serotonin aktivierten Population war signifikant geringer (p > 0,05) als die der durch Serotonin gehemmten Neurone. Trotzdem zeigte sich keine Abhängigkeit der Responsivität der hier betrachteten Populationen auf die applizierten Serotoninagonisten von der Höhe der neuronalen Ruheentladungsrate. Die meisten der Serotonin-, 8-OH-DPAT-, DOI- bzw. CCK-8S-responsiven Neurone verteilten sich diffus über das gesamte Neostriatum. Nur die durch Serotonin aktivierte Population zeigte eine Präferenz der ventromedialen Bereiche des Neostriatum. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass aufgrund der Ergebnisse der vorliegenden Studie die Existenz von 5-HT1A-Rezeptoren innerhalb des Neostriatum der Ratte in hohem Maße angenommen werden kann. Des Weiteren lässt sich vermuten, dass das Zusammenwirken von Serotonin und CCK-8S einen modulatorischen Einfluss auf die normale neuronale Funktion hat. Ob und in welchem Maße dieses letztgenannte Ergebnis eine therapeutische Relevanz zur Behandlung bestimmter Erkrankungen hat, bei denen Störungen im Neostriatum mit ursächlich sind, bleibt zu erforschen. / In rats anaesthetized with urethane single unit activity of 159 neostriatal neurones was extracellularly recorded and several drugs were microiontophoretically ejected. Separate administration of serotonin (5-HT), 8-OH-DPAT (a 5-HT1A/7-receptor-agonist) and the sulfated octapeptide cholecystokinin (CCK-8S) predominantly induced increases in the neuronal discharge rates (Wilcoxon test significant with p < 0,05), whereas the 5-HT2A/2C-receptor agonist DOI affected only a few neurones and mainly reduced firing. After coadministration of CCK-8S and serotonin activating effects also predominated (Wt p < 0,05), but the neuronal responsiveness was significantly reduced (Chi2 p

Die intratracheale Applikation von Perfluorcarbonen (PFC) in ungeschädigte Lungen, z.B. als Röntgenkontrastmittel und zur PFC-induzierten cerebralen Kühlung, wird derzeit diskutiert. Ob es aufgrund der Dichte und Sauerstofflöslichkeit der PFC zu einer Beeinflussung der cerebralen Oxygenierung und Hämodynamik durch die pulmonale PFC Applikation kommt, ist bisher unbekannt. Änderungen der Konzentration von cerebralem oxygeniertem und totalem Hb koennen mittels Near-infrared Spectroscopy gemessen werden. I.) Effekt durch die PFC-Applikation in gesunde Lungen neugeborener Ferkel: Es wurden zwei verschiedene Applikationsgeschwindigkeiten (30 ml PFC pro kg Körpergewicht als Bolusgabe versus 1,5 ml/min pro kg) und zwei Füllvolumen (30 versus 10 ml/kg) verglichen. Die Bolusgabe bewirkt einen sofortigen Abfall des PaO2 und der cerebralen Oxygenierung, bei langsamer Gabe des gleichen Volumens ist dies weniger ausgeprägt. Mit 10 ml/kg PFC fand sich nahezu keine Beeinflussung der Parameter. II.) Effekte der Änderung der FiO2 in PFC-gefüllten Lungen: Hierfür wurden Änderungen der FiO2 unter konventioneller Druckbeatmung vor PFC-Applikation und unter PFC-Füllung (30 oder 10 ml/kg PFC) verglichen. Beide PFC-Volumen (mit FiO2 1,0) bedingten PaO2-Werte wie unter CMV mit FiO2 von 0,5. Mit 30 ml/kg PFC kam es unter FiO2 von 0,5 zur Abnahme des cerebralen oxygenierten Hb. Zusammenfassend ergibt sich, dass die Applikation von 10 ml PFC/kg bevorzugt werden sollte. Bei kompletter Füllung der Lungen werden durch langsame Applikation cerebrale Nebenwirkungen minimiert. In PFC-gefüllten gesunden Lungen ist zum Erhalt der systemischen und cerebralen Oxygenierung die FiO2 zu erhöhen. / Intratracheal administration of perfluorochemicals (PFC) has been suggested for reasons other than respiratory insufficiency, such as pulmonary imaging and PFC-associated brain cooling. Due to their high density and oxygen solubility, PFC application has been described to affect systemic hemodynamics and oxygenation during liquid ventilation. Whether the PFC application into healthy lungs or changes in inspired oxygen fraction (FiO2) in PFC-filled healthy lungs affects cerebral hemodynamics is not known. Changes in the concentration of cerebral oxygenated and total Hb can be measured by near-infrared spectroscopy (NIRS). I.) Initial effects of PFC application into healthy lungs of newborn piglets: Two different filling modes (rapid versus slow) and two different filling volumes (slow filling of 30 versus 10 ml PFC/kg body weight) were compared. Rapid filling caused an immediate drop of systemic and cerebrale oxygenation, which was less prominent by filling 30 ml/kg PFC slowly. Almost no changes for all parameters were found with 10 ml kg/PFC. II.) Effects of variations in FiO2 in the PFC filled lungs of healthy piglets: Changes in FiO2 during conventional mechanical ventilation (CMV) prior to PFC-application and in the PFC-filled lungs (30 ml/kg or 10 ml/kg PFC) were compared. Both PFC-volumes (at a FiO2 of 1.0) caused PaO2-values that were similar to CMV with FiO2 of 0.5. In the 30 ml/kg PFC group a reduction of cerebral oxygenated Hb was found at FiO2 of 0.5. According to the data application of 10 ml/kg PFC should be preferred. If complete filling of the lung is needed, the slow administration of PFC minimizes cerebral side effects. In PFC- filled healthy lungs an increase in FiO2 is necessary to maintain systemic and cerebral oxygenation.