Einleitung: Die Entdeckung somatischer homoplasmischer Mutationen der mitochondrialen DNA (mtDNA) in Tumoren gab Anlass zu der Frage, ob Mutationen der mtDNA einen Einfluss auf Entstehung und Wachstum von Tumoren haben könnten. Die Neurofibromatose Typ 1 (NF1, von Recklinghausen) ist eine der häufigsten erblichen Tumorerkrankungen mit einer Penetranz von 100%, aber hoher phänotypischer Variabilität. Selbst eineiige Zwillinge können sich erheblich in ihrem Phänotyp unterscheiden. Durch die ungleiche Verteilung der Mitochondriengenome auf die Embryonen könnten heteroplasmische mtDNA-Polymorphismen den Phänotyp der Neurofibromatose Typ 1 unterschiedlich beeinflussen. Ziel dieser Arbeit war es herauszufinden, ob es interindividuelle Unterschiede in der mtDNA-Sequenz monozygoter Zwillinge gibt, die an Neurofibromatose Typ 1 erkrankt sind, sich jedoch im Phänotyp unterscheiden. Des Weiteren habe ich nach intraindividuellen Unterschieden der mtDNA-Sequenz zwischen Blut und Tumorgewebe gesucht. Die Frage war, ob es somatische mtDNA-Mutationen gibt, die einen Einfluss auf das Entstehen der Tumore haben könnten. Innerhalb der mtDNA gibt es hypervariable Regionen (HVR), von denen der oft in heteroplamischer Form vorkommende D310-Trakt im D-loop als Marker für klonales Wachstum in Tumoren empfohlen wurde. Ich habe versucht, durch Analyse des D-loops der mtDNA aus Neurofibromen klonales Wachstum nachzuweisen. Methoden: Ich habe die mitochondriale DNA vier monozygoter Zwillingspaare untersucht. Die DNA wurde sowohl aus Blutleukozyten als auch aus Neurofibromen extrahiert. Ich habe zunächst mit mtDNA-spezifischen Primern eine Long-range PCR durchgeführt. Mit dem Long-range PCR-Produkt als Matrize habe ich in 17 verschachtelten PCR Reaktionen Fragmente generiert und diese sequenziert. Den relativen Anteil heteroplasmischer Längenvarianten des D310-Traktes ermittelte ich mittels Genotypisierung. Ergebnisse: Beim Vergleich der mtDNA-Sequenzen mit der mtDNA Standardsequenz (Genbank, NC_001807) habe ich insgesamt 88 Abweichungen gefunden. Die meisten waren in der Datenbank Mitomap verzeichnet. Es fanden sich keine interindividuellen Unterschiede innerhalb der einzelnen Paare. Beim Vergleich der mtDNA-Sequenzen aus Blut- mit denen aus Tumorzellen eines Zwillingspaares fand ich keinen intraindividuellen Unterschied. Der D310-Trakt innerhalb der HVR2 kam bei allen Zwillingspaaren in heteroplasmischer Form vor. Bei den Zwillingen A1 und A2 sowie deren Mutter MA konnte ich annähernd die gleiche Verteilung der Löngenvarianten in Blutzellen sowie in Neurofibromen von A1 und A2 zeigen. Schlussfolgerungen: Ich konnte keinen Hinweis dafür finden, dass Veränderungen in der mtDNA die phänotypische Ausprägung der NF1 beeinflussen. In Neurofibromen konnte ich durch Untersuchung des D310-Traktes keinen Hinweis auf klonales Wachstum finden. / Introduction: The discovery of homoplasmic somatic mutations of the mitochondrial DNA (mtDNA) led to the question whether mutations of mtDNA could influence tumor development and growth. Neurofibromatosis Type 1 (NF1) is one of the most common inherited disorders. Penetrance of the disease is 100%, but phenotypic variability is high, even amongst identical twins. I wanted to test the hypothesis, whether the unequal distribution of heteroplasmic mtDNA variants between the embryos might influence NF1 phenotype. The aim of this study was to look for interindividual differences of the mtDNA sequence between identical twins. In order to detect somatic mutation that could possibly influence tumor development I searched for intraindividual differences between blood- and tumor-mtDNA. The hypervariable D310-tract within the D-loop is heteroplasmic in most individuals, but shows a tendency towards homoplasmy in tumors. Therefore, it has been proposed as marker for clonal tumor growth. I tried to identify clonal growth in cutaneous neurofibromas by examination of the D310-tract. Methods: I examined the mtDNA from four pairs of identical twins. MtDNA was extracted from blood-leucocytes as well as from neurofibromas. With DNA-specific primers I first performed a long-range PCR. The product was then reamplified as 17 nested PCR fragments and sequenced afterwards. The relative amount of heteroplasmic D310-tract length variants was analyzed by genotyping. Results: Taken together, I identified 88 deviations from the mtDNA standard sequence (Genbank NC_001807). Most of these variants were already known as polymorphisms in the database MITOMAP. I could neither find any interindividual differences between the individuals of a twin pair nor intraindividual differences between blood- and tumor-mtDNA. The D310-tract was heteroplasmic in all twin pairs. Twins A1 and A2 as well as their mother showed almost the same distribution of length variants in blood and tumor. Conclusion: I could not show that mtDNA polymorphisms play a role in phenotypic variability of NF1. Examination of the D310 tract in cutaneous neurofibromas did not show signs of clonal growth.

Hintergrund. L-Arginin spielt eine komplexe Rolle in der renalen Matrixexpansion, eingeschlossen der endogene Stoffwechsel der Aminosäure in Stickoxid (NO), Polyamine, L-Prolin und Agmatin. Bei Ratten mit einer induzierten Anti-Thy1-Glomerulonephritis (GN) ist gezeigt worden, dass die diätetische Gabe von L-Arginin die Überproduktion von transforming growth factor (TGF)-beta sowie die Matrixakkumulation limitieren konnte. Die vorliegende Studie testet die Hypothese, dass die günstigen Effekte auf die Überexpression von TGF-beta in vivo durch die Generierung von NO vermittelt wird. Methoden. Einen Tag nach Induktion einer Anti-Thy-1-Glomerulonephritis wurden männliche Wistar Ratten, die mit normal proteinhaltigen Futter ernährt worden sind, in die folgenden Gruppen zugeordnet worden: (1) normale Kontrollen; (2) GN; (3) GN-Arg [plus 500 mg L-Arginin/die]; (4) GN-Arg-NAME [plus 500 mg L-Arginin/die und 75 mg/die des NO-Synthase-Inhibitors Nitro-L-Arginin-Methyl-Ester (L-NAME) im Trinkwasser] und (5) GN-Molsi [plus 10 mg/die des NO-Donors Molsidomin]. In Versuchsprotokoll 1 wurde die Behandlung bis Tag 7, in Protokoll 2 bis Tag 12 nach Induktion der Glomerulonephritis durchgeführt. Analysiert wurden die Daten des systolischen Blutdrucks, die histologische glomeruläre Matrixexpansion, die Proteinurie sowie die glomeruläre mRNA- und Protein-Expression des Schlüsselfibrogens TGF-beta, des Matrixproteins Fibronektin und des Protease-Inhibitors Plasminogen-Aktivator-Inhibitor Typ 1(PAI-1). Ergebnisse. Die Blutdruckwerte zeigten sich normal in unbehandelten Anti-Thy-1-Tieren und nicht signifikant beeinflusst durch eine der Behandlungen. Verglichen mit unbehandelten, nephritischen Ratten, reduzierten die Gabe von L-Arginin sowie von Molsidomin signifikant die glomeruläre TGF-beta Überexpression und auch in ähnlichem Mass in beiden Studienprotokollen. Die günstigen Effekte von L-Arginin wurden durch gleichzeitige Blockade der NOS-Synthese mit L-NAME aufgehoben. Die glomeruläre Matrixakkumulation, Fibronektin und PAI-1 mRNA- und Protein-Expression folgten eng der TGF-beta-Expression. Die Proteinurie wurde durch keine der Behandlungen signifikant beeinflusst.Schlussfolgerung. Die vorliegende Studie zeigt, dass die antifibrotischen Effekte der Aminosäure L-Arginin in der normotensiven Anti-Thy-1-Glomerulonephritis der Ratte hauptsächlich über die endogene Produktion von NO vermittelt werden. Diese Daten lassen vermuten, dass NO in vivo die TGF-beta-Überexpression auf einem blutdruck-unabhängigen Weg limitiert und dass NO-Donoren sich günstig in der Behandlung von menschlichen fibrotischen Nierenerkrankungen auswirken könnten. / Background. L-arginine olays a complex role in renal matrix expansion, involving endogenous metabolism into nitric oxide (NO), polyamines, L-prolin and agmatine. Supplementing dietary L-arginine intake has been shown to limit transforming growth factor (TGF)-beta1 overproduction and matrix accumulation in rats with induced anti-thy1 glomerulonephritis (GN). The present study tests the hypothesis that this beneficial effect on in vivo TGF-beta overproduction is mediated via the generation of NO. Methods. One day after inducion of anti-thy1 GN, male wistar rats fed a normal protein diet were assigned to the following groups: (1) normal controls; (2) GN; (3) GN-Arg [plus 500 mg L-arginine/day]; (4) GN-Arg-NAME [plus 500 mg L-arginine/day and 75 mg/day of the NO synthase inhibitor nitro-L-arginine-methyl ester (L-NAME) in the drinking water] and (5) GN-Molsi [plus 10 mg/day of the NO donor molsidomine]. In protocol 1, treatment lasted until day 7 and in protocol 2 until day 12 after disease induction, respectively. Analysis included systolic blood pressure, proteinuria, a glomerular histologic matrix score and the glomerular mRNA and protein expression of the key fibrogen TGF-beta1, the matrix protein fibronectin and the protease inhibitor plasminogen activator inhibitor type 1 (PAI-1). Results. Blood pressure was normal in untreated anti-thy1 animals and not significantly affected by any of the treatments. Compared to nephritic rats, administration of both L-arginine and molsidomine reduced glomerular TGF-beta1 overexpression significantly and to a similar degree in both protocols, while the beneficial effect of L-arginine was abolished by concomitant NO synthesis inhibition. Glomerular matrix accumulation, fibronectin and PAI-1 mRNA and protein expression cloxely followed the expression of TGF-beta1. Proteinuria was not significantly affected by any treatment. Conclusion. The present study shows that L-arginine´s antifibrotic action in normothensive anti-thy1 GN is mainly mediated by endogenous production of NO. The data suggest that NO limits in vivo TGF-beta overexpression in a pressur-independent manner and that NO donors may be of benefit in the treatment of human fibrotic renal disease.