Infektionen mit H. pylori führen zu Veränderungen im Aufbau und der zellulären Zusammensetzung des Magenepithels. Aktuelle Studien haben gezeigt, dass Stromazellen, die sich in unmittelbarer Nähe der epithelialen Stammzelle befinden, die funktionelle Nische für dieses Kompartiment bilden und wichtige Faktoren für die Regulierung des Stammzellumsatzes und Differenzierung darstellen. Daher konzentriere ich mich bei dieser Arbeit auf die Rolle der Myh11+ Myofibroblasten, die sich sowohl unter als auch zwischen den Epitheldrüsenzellen befinden. Ich fand heraus, dass die Myofibroblasten in der Homöostase einen BMP-Gradienten entlang der Drüsenachse mit erhöhter Expression von Bmp2 im oberen Teil erzeugen, während die Drüsenbasis von Zellen umgeben ist, die Bmp-Inhibitoren produzieren. Basierend auf der Funktionsanalyse mit 3D-Organoidmodellen ist der Bmp-Signalweg ein zentraler Faktor für die rasche Differenzierung von Stammzellen in faveoläre mukusproduzierende Zellen. Darüber hinaus wurde ein auto-parakriner Signalweg gefunden, der zur Bildung von Bmp2 in Epithelzellen führt. Meine Untersuchungen Daten zeigten eine Verringerung des BMP-Signalwegs in H. pylori-infizierten Myofibroblasten. Darüber hinaus führte eine Infektion mit H. pylori nicht nur zum Verlust der stromalen, sondern auch der epithelialen Bmp2-Expression. Diese Beobachtung ging mit einer Zunahme von IFNγ einher, was auf eine Verbindung zwischen beiden Signalwegen hinwies. Tatsächlich zeigten anschließende Experimente mit Organoiden, dass IFNγ den Bmp-Signalweg hemmt und dadurch die terminale Differenzierung blockiert. Zusammenfassend zeigen meine Untersuchungen, dass das Schicksal einer Zelle, die zur Oberfläche der Magendrüse wandert, eine Induktion des BMP-Signalwegs erfährt. Die Reduktion dieses Signals durch IFNγ deutet auf einen Mechanismus hin, der Veränderungen in der zellulären Differenzierung und die Entwicklung von prämalignen epithelialen Läsionen im Verlauf einer H. pylori-Infektion bewirkt. / Infection with Helicobacter pylori (H. pylori) leads to alterations of the topology and cellular composition of the gastric epithelium. Recent studies have shown that stromal cells located in close proximity to the epithelial stem cell are creating the niche for this compartment and provide crucial factors that regulate stem cell turnover and fate decisions. Therefore, this thesis focuses on of Myh11+ myofibroblasts that are located beneath and between the epithelial gland cells. I found that during homeostasis, the myofibroblasts generate a BMP gradient along the gland axis with strong expression of Bmp2 in the upper part, whereas the base is surrounded by cells producing BMP inhibitors. Based on functional analysis with 3D organoid models, the BMP gradient occurs to be a main factor responsible for rapid differentiation of stem cells into pit surface mucous cells. Moreover, experiments led me to identify an auto-paracrine feed-forward BMP2 loop in epithelial cells, which further stabilizes BMP signaling once it is activated and induces terminal differentiation. Data presented in this study demonstrated a reduction of BMP signaling in H. pylori-infected myofibroblasts. Furthermore, infection with H. pylori resulted in loss of not only stromal, but also epithelial Bmp2 expression. This observation was accompanied with increase of Interferon γ (IFNγ), which indicated a link between both pathways. Consistently, stimulation of organoids with IFNγ impairs BMP signaling and the BMP2 feed-forward loop, and thereby blocks terminal differentiation. Together, this study shows that the fate of a cell migrating into the surface of the gastric gland is determined by an induction of BMP signaling and stabilized by an auto-paracrine BMP signaling enhancement. Reduction of this signaling by IFNγ revealed a mechanism which contributes to altered cellular differentiation and development of premalignant epithelial alterations in the context of H. pylori infection.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der gesundheitsbezogenen Lebensqualität bei Patienten mit gastroösophagealer Refluxerkrankung (GERD) unter „usual care“ Bedingungen über einen Zeitraum von zwei Jahren. Insgesamt wurden 6215 Patienten mit GERD in die Studie eingeschlossen und vier bis acht Wochen mit einem Protonenpumpenhemmer behandelt. Danach begann die Beobachtungsphase, in der keine weiteren Vorgaben zur Behandlung gemacht wurden. Die Lebensqualität wurde mit dem Short Form 36 (SF-36) und dem Quality of Life in Reflux and Dyspepsia (QOLRAD) zu Studienbeginn, nach zwei Wochen und im Anschluss daran einmal jährlich erhoben. Die Ergebnisse zeigen, dass die Lebensqualität von Patienten mit GERD im Vergleich zur Normpopulation deutlich eingeschränkt war. Nach zweiwöchiger Behandlung mit einem PPI stieg die Lebensqualität deutlich in allen gemessenen Bereichen. Nach 12 und 24 Monaten lag die Lebensqualität unter den Werten unmittelbar nach der Behandlungsphase, aber noch immer deutlich über den Ausgangswerten. Die Verbesserung der Lebensqualität war vor allem abhängig von einer Verbesserung der Symptome. Mit dem krankheitsspezifischen Messinstrument QOLRAD konnte die Veränderungen in der Lebensqualität der Patienten genauer erfasst werden als mit dem SF-36. Daher sollte bei Studien zur Lebensqualität bei GERD, insbesondere wenn Therapieeffekte gemessen werden sollen, möglichst ein krankheitsspezifisches Messinstrument zum Einsatz kommen. / The aim of this study is to analyse the health-related quality of life in patients with gastro-eosophageal reflux disease (GERD) under routine over a period of two years. 6215 patients with physician diagnosed GERD have been recruited. All patients received treatment with a proton pump inhibitor for four to eight weeks. Afterwards they entered the follow-up, and their treatment is at the discretion of their physicians. Quality of life was assessed with the questionnaires Short Form 36 (SF-36) and Quality of Life in Reflux and Dyspepsia (QOLRAD) at baseline, two weeks, and after one and two years. At baseline, quality of life in patients with GERD was lower than in the norm population. After two weeks treatment with PPI, quality of life improved in all dimensions. After 12 and 24 months, quality of life was lower than after two weeks, but significantly better than at baseline. The improvement of quality of life was particulary correlated with symptom improvement. Changes in quality of life could be more accurately described with the QOLRAD than with the SF-36. Therefore, studies on health related quality of life in GERD patients should include a disease specific questionnaire.

Kohlenhydrat-bindende Module (CBMs) sind die bekanntesten nicht-katalytischen Module, die mit Enzymen assoziiert sind, welche die pflanzliche Zellwand hydrolysieren. Die beta-Mannanase 26 von Caldicellulosiruptor saccharolyticus, Stamm Rt8B.4, ist eine thermostabile modulare Glycosidhydrolase, die N-terminal zwei dicht aufeinander folgende nicht-katalytische kohlenhydratbindende Module besitzt. Diese spezifisch beta-Mannan bindenden CBMs wurden kürzlich als Mitglieder der CBM-Familie 27 klassifiziert. Im ersten Teil dieser Arbeit wird die Kristallisation und Strukturanalyse des ersten kohlenhydratbindenden Moduls der ß-Mannanase aus C. saccharolyticus (CsCBM27-1) mit einer gebundenen Mannohexaose und in ligandfreier Form beschrieben. Grundlage für diese Arbeit waren Daten aus der isothermen Titrationskalorimetrie zur Quantifizierung der Affinität von CsCBM27-1 für lösliche Mannooligosaccharide. Die hier präsentierte hochaufgelöste Kristallstruktur des ungebundenen und Mannohexaose gebundenen CsCBM27-1 erlaubt weitere Einblicke in die Interaktion ß-Mannan bindender CBMs mit ihren entsprechenden Liganden. CsCBM27-1 zeigt eine typische ß-sandwich jellyroll-Struktur mit gebundenen Kalziumion. Die Mannohexaosebindung wird durch drei dem Lösungsmittel zugängliche Tryptophanreste und einige direkte Wasserstoffbrückenbindungen vermittelt. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Reinigung und Kristallisation der ATPase Virb11 HP0525 aus Helicobacter pylori. Das native Protein HP0525 ließ sich gut rekombinant herstellen und reinigen. Es wurde aus einer von mehreren Kristallisationsbedingungen durch Optimierung der Kristallisationskomponenten ausreichend große Kristalle erhalten, die gute Diffraktionseigenschaften zeigten. Neben dem nativen Protein wurde Selenomethionin-substituiertes Protein synthetisiert und gereinigt. Von diesem Protein SeMet-HP0525, resultierten hexagonale Kristalle. Zur Derivat-Datensatzsammlung ist es aufgrund der Publikation der Kristallstruktur dieser hexameren ATPase HP0525 nicht mehr gekommen. Weitere strukturelle Untersuchungen an diesem Protein wurden als nicht mehr erforderlich angesehen. / Carbohydrate-binding modules (CBMs) are the most common non-catalytic modules associated with enzymes active in plant cell-wall hydrolysis. Caldicellulosiruptor saccharolyticus strain Rt8B.4 Man26 is a thermostable modular glycoside hydrolase beta-mannanase which contains two non-catalytic modules in tandem at its N-terminus. These modules were recently shown to function primarily as ß-mannan-binding modules and have accordingly been classified as members of a novel family of CBMs, family 27. In the first part of this study, the crystallization and crystal structure analysis of the first carbohydrate binding module (CsCBM27-1) of the beta-mannanase from C. saccharolyticus in native and mannohexaose-bound form is described. The basis for this study were data from isothermal titration calorimetry for quantifying the binding affinity of CsCBM27-1 for soluble mannooligosaccharidesBoth structures permit further insights into the interaction of beta-mannan binding CBMs with their corresponding ligands. CsCBM27-1 shows the typical beta-sandwich jellyroll fold observed in other CBMs with a single calcium ion bound opposite to the ligand binding site. This arrangement is similar to topologies of other CBM families. The crystal structures reveal that the overall fold of CsCBM27-1 remains virtually unchanged upon sugar binding and that binding is mediated by three solvent-exposed tryptophan residues and few direct hydrogen bonds. The second part of this study addressed the purification and crystallization of the VirB11 ATPase HP0525 of Helicobacter pylori. The native HP0525 protein was produced in recombinant Escherichia coli and purified for crystallization. One of several crystallization experiments yielded large crystals by optimization of the concentration of the crystallization components. The crystals revealed good diffraction behavior. In addition to the native protein, selenomethionine-substituted HP0525 was produced and purified. Hexagonal crystals were obtained from the SeMet-HP0525. No derivative datasets were collected, because the crystal structure of the hexameric ATPase HP0525 was published by Yeo et al. (2000). Further structural investigations for the protein HP0525 were judged unnecessary.

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit Nachweismöglichkeiten von Helicobacter pylori und deren Vergleich. Hierfür ist eine genaue Kenntnis der Helicobacter-Proteine notwendig. Zu diesem Zweck wurde die humorale Immunantwort gegenüber Helicobacter pylori unter Anwendung der Methodik des zweidimensionalen Immunoblots analysiert. Zunächst wurden Proteine des autologen Helicobacter pylori-Stammes über zweidimensionale Gelelektrophorese aufgetrennt, auf Nitrocellulose-Membranen geblottet und sodann mit Antikörpern aus autologem Plasma sowie Antikörpern aus dem Überstand von in vitro kultiviertem autologem Biopsiematerial detektiert. Zur Bestimmung einer Helicobacter-Infektion wurden andere invasive und nicht invasive Tests genutzt. In einer prospektiven Untersuchung wurden über 200 konsekutive Patienten mit gastrointestinalen Beschwerden und unbekanntem H. pylori-Status, die für eine Gastroskopie vorgesehen waren, routinemäßig untersucht. Bei jeder Gastroskopie wurden zwei Antrum- und zwei Korpusbiopsien zur Gastritis-Diagnostik und zur Bestimmung des H. pylori-Status entnommen. Es wurden Assoziationen zwischen einer Infektion mit Helicobacter pylori und Erkrankungen wie akute und chronische Gastritis, gastraler und duodenaler Ulkus, Magenkarzinom und Folgeerkrankungen der Gastritis überprüft. Dabei wurden auch die eindeutig Helicobacter pylori-negativen Seren mit den positiven Seren verglichen. Trotz ungleichmäßiger Verteilung der Patientenzahlen über die einzelnen Krankheitsgruppen (Gastritis, Ulkus, Karzinom) wurden bestimmte Proteine nur bei einer der Erkrankungen erkannt. Einige Proteinspots kamen deutlich intensiver bei einer einzigen Krankheitsgruppe vor. Anzustreben sind Studien mit größeren Patientenzahlen innerhalb der einzelnen Krankheitsgruppen, um mögliche weitere Assoziationen bestimmter Helicobacter-Antigene mit Folgeerkrankungen zu analysieren und zu verifizieren. Ferner wurde das Vorliegen einer Assoziation des zweidimensionalen Immunoblots mit anderen invasiven und nicht invasiven Nachweisverfahren der H. pylori-Infektion analysiert. Dabei wurde das Antigenprofil des H. pylori, sowohl qualitativ als auch quantitativ, berücksichtigt. Durch die Charakterisierung und Identifizierung einer bedeutenden Anzahl von Helicobacter-Proteinen erhöht sich die Wahrscheinlichkeit für ein zukünftig beschleunigtes Screening in Richtung protektiver Vakzine-Kandidaten. / The present study is concerned with practicable methods of detecting Helicobacter pylori and comparing them. As a precondition, a precise knowledge of the proteins of Helicobacter is necessary. To this end the humoral immune response of Helicobacter pylori was analysed by using the method of two-dimensional immuno blots. First, the proteins of each autologous Helicobacter pylori strain were separated by two-dimensional electrophoresis, then blotted onto nitrocellulose membranes and eventually detected by using antibodies from autologous plasma and antibodies taken from the overflow of in vitro cultivated autologous biopsy material. For determining a Helicobacter infection various invasive and non-invasive tests were carried out. In a prospective study on more than 200 patients with gastrointestianal disorders but unknown H. pylori status were consecutively tested. At each gastroscopy two bioptic specimen each were taken from the antrum and from the corpus region in order to determine the H. pylori status. Associations were assessed between Helicobacter pylori infections and manifestations such as acute or chronic gastritis, gastric or duodenal ulcers, gastric carcinoma and gastritis induced disorders. In the process, clearly Helicobacter pylori negative sera were also compared with positive sera. Inspite of the unequal distribution of numbers of patients over different groups of disorders (gastritis, ulcers, carcinoma) certain proteins were only detected in connection with one group of disorder. Several of the protein spots only occurred in a single group of disorders. More studies will be necessary using greater numbers of patients within each group of diseases in order to analyse and verify associations between Helicobacter antigenes and other disorders. Further, evidences of an association between two-dimensional immunoblots and other invasive and non-invasive methods of assessing H. pylori were analysed with regard to respective antigene profiles, qualitatively as well as quantitatively. Based upon the presented characterizations and identifications of an unusually great number of Helicobacter proteins the probability is thus increased considerably with regard to improved screening methods towards protective vaccine candidates.

Eines der prävalentesten humanen Pathogene ist das Magenbakterium Helicobacter pylori, welches ca. die Hälfte der Weltbevölkerung infiziert. Die Persistenz geht mit einer chronischen Gastritis einher, welche bis zu Magenkrebs fortschreiten kann. H.pylori bedient sich diverser Mechanismen um sich der Erkennung des Immunsystems zu entziehen und somit eine chronische Infektion zu ermöglichen. Erhöhte Expression des Immunzellinhibitors PD-L1 wurde in Magenepithelzellen gefunden, welche mit diesem Gram-negativen Erreger infiziert wurden. In dieser Arbeit wurde die Regulation auf in vitro Ebene untersucht, wobei zwei unterschiedliche Mechanismen identifiziert wurden. Ursächlich für die frühe PD-L1-Induktion ist die ADP-heptose/ALPK1 Signalkaskade. Der bakterielle Metabolit ADP-heptose, welcher für die Bildung von LPS benötigt wird, wurde als PAMP identifiziert, welcher durch das Sekretionssystems cagT4SS in die infizierte transportiert und anschließend von der Host Kinase ALPK1 erkannt wird. Gegensätzlich hierzu, wurde festgestellt, dass die zweite PD-L1-Hochregulation auf der metabolischen Reprogrammierung des Wirts beruht. Ein Merkmal von H. pylori ist dessen Bedarf an Cholesterin, welches es aus dem Medium oder aus membranösen Lipidregionen des Wirts extrahiert wird. Es konnte bewiesen werden, dass dieser Sterol-Abbauprozess zu einer erhöhten Stoffwechselaktivität führt, die spezifisch mit einer Zunahme der Glykolyse verbunden ist und mit einer Expressionsverschiebung des ersten Glykolyseenzyms Hexokinase von der Isoform 1 zu 2 einhergeht. Knockdown und Knockout- Experimente wiesen auf einen Zusammenhang mit der Regulation des Immunzellinhibitoren PD-L1 hin. / One of the most prevalent bacteria is the gastric bacterium Helicobacter pylori, which infects half of the world’s population. Persistence is accompanied with chronic gastritis which can progress towards gastric cancer. Several strategies are used by H.pylori to evade the immune system, enabling chronic infection. Heightened expression of the immune cell inhibitor PD-L1 was found in gastric epithelial cells, infected with this Gram-negative pathogen. Within this thesis, upregulation was studied in in vitro models, revealing two distinct mechanism. Causative for early PD-L1 induction is the ADP heptose/ALPK1 signaling axis. The bacterial metabolite ADP heptose, which is needed for LPS synthesis, was identified as PAMP, which is transported through the secretion system cagT4SS into the infected cell and is recognized by the host kinase ALPK1. In contrast, late upregulation of PD-L1 was found to be linked to metabolic reprogramming upon infection. Characteristic to H.pylori is its need of cholesterol, which it has to extract from the surrounding medium or lipid-rich regions within the host membrane. It could be shown that this sterol extraction process is accompanied with an increased metabolic activity which is linked with enhanced glycolysis and an expression shift of the glycolytic enzyme hexokinase isoform 1 to 2. Knockdown and knockout experiments showed a link between HK2 and regulation of the immune checkpoint PD-L1.

Das magenbesiedelnde Bakterium Helicobacter pylori gehört zu den am weitesten verbreiteten Infektionserregern. Obwohl die Infektion meist lebenslang symptomlos verläuft, kann H. pylori bei einigen Menschen schwere Erkrankungen bis hin zum Magenkarzinom verursachen. Ziele dieser Arbeit waren Magenkarzinom-assoziierte Antigene für einen diagnostischen Test zu finden und Methoden zur Untersuchung von Spotkompositionen mittels MALDI-TOF/TOF Massenspektrometrie zu entwickeln. Im ersten Teil der Promotion wurden die Antigenerkennungsmuster von 30 Magenadenokarzinom- mit 30 Ulkus duodeni-Patienten mithilfe hochauflösender zweidimensionaler Immunoblots von H. pylori Lysat verglichen. Diese fokussierte Gegenüberstellung eignet sich gut für diese Fragestellung, da beide Erkrankungen von diesem Bakterium verursacht werden, aber nur sehr selten gemeinsam auftreten. Durch univariate statistische Analysen wurden 14 Magenkarzinom korrelierte Spots gefunden (p / The stomach-colonizing bacterium Helicobacter pylori is one of the most widespread infectious agents. Although infection mostly persists unnoticed, it may cause serious diseases like gastric carcinoma. Aims of this project were to find gastric carcinoma-associated antigens for a diagnostic test and to develop methods to analyze spot compositions using MALDI-TOF/TOF mass spectrometry. In the first part of this project antigen recognition patterns of 30 gastric carcinoma- and 30 duodenal ulcer- patients were compared using high-resolution two-dimensional immunoblots of H. pylori lysate. This focused comparison lent itself to this question because both diseases are caused by the bacterium but rarely occur conjointly. Utilizing univariate statistical tests 14 gastric carcinoma-associated spots were found (p