Die hier vorliegenden klinischen und experimentellen Arbeiten hatten zum Ziel apoptotische Mechanismen einer Schädigung des unreifen zentralen Nervensystems näher zu charakterisieren. Im tierexperimentellen Teil der Studien wurden apoptotische Faktoren und deren Regulation an zwei unterschiedlichen experimentellen Schädigungsmodellen des unreifen Gehirns (Hypoxie, Trauma) untersucht, mit dem Ziel mögliche neuroprotektive Ansätze zu identifizieren. In einem weiteren Teil der Arbeiten ging es darum, die Darstellung der Hirnschädigung von sehr unreifer Frühgeborenen in der Magnetresonanztomographie (MRT) histologisch an Autopsiematerial zu vergleichen. An Autopsiefällen mit pontosubikulärer Nekrose (PSN) wurde die Bedeutung der pro-apoptotischen Marker CD95/Fas/Fas Ligand bei einer Hypoxie erarbeitet. Der klinische Teil der Untersuchungen hatte die Identifizierung Apoptose-regulierender Faktoren (lösliche Form von Fas/Fas Ligand, Caspase 3) im Liquor von Patienten mit Hydrozephalus zum Ziel. Die in dieser kumulativen Habilitationsschrift aufgeführten Arbeiten haben die weitreichende Rolle apoptotischer Mechanismen, insbesondere des Zelloberflächenrezeptors CD95/Fas, in unterschiedlichen klinischen und experimentellen Schädigungsmodellen des unreifen Gehirns demonstriert und weiterführende Fragestellungen aufgezeigt. Im klinischen Umfeld besteht mit neueren bildgebenden Verfahren und der Untersuchung löslicher apoptotischer Marker die Möglichkeit, Schädigungen des Gehirns näher zu charakterisieren. Mit diesen Untersuchungen wurden zudem Grundlagen zur Identifikation möglicher neuroprotektiver Angriffspunkte erarbeitet. / The studies presented here aimed at the investigation of apoptotic mechanisms in the context of damage to the immature central nervous system. The expression and regulation of apoptotic factors was demonstrated in two experimental animal models of damage to the immature brain (hypoxia, trauma), in order to identify possible neuroprotective strategies. The aim of an additional study was to compare the magnetic resonance imaging (MRI) appearances of the immature brain with neuropathological findings at post-mortem examination. In human autopsy material consisting of cases with pontosubicular necrosis (PSN) the expression of pro-apoptotic markers (CD95/Fas/Fas ligand) was demonstrated. The clinical part of the projected investigations identified apoptosis-regulating elements (soluble Fas /Fas ligand, Caspase-3) in the cerebrospinal fluid (CSF) of children with hydrocephalus. The clinical and experimental studies confirmed the importance of apoptotic mechanisms in the pathophysiology of neurodegeneration in the immature brain. In a clinical setting new MRI imaging procedures and identification of novel biochemical markers have the potential to further characterize damage processes. The investigations presented here identified molecular targets for possible neuroprotective therapies.

Der Transkriptionsfaktor hypoxia inducible factor-1 (HIF-1) trägt zur Expression von adaptiven Genen unter hypoxischen Bedingungen bei. Zusätzlich wurde vermutet, dass HIF-1 eine Rolle in der Regulation des späten neuronalen Zelltodes spielt. Suspensionszellen und adhärenten PC12-Zellen mit Nervenwachstumsfaktor (NGF) behandelt, wurden als ein experimentelles Modell für die Untersuchung der Beziehung zwischen Hypoxie induziertem Zelltod und Aktivität von HIF-1 herangezogen. Zelltod wurde durchflusszytometrisch mit einer Doppelfärbung (Annexin V und Propidium-Jodid) der Zellen und durch eine Analyse der allgemeinen Zelltodparameter wie LDH und die mitochondriale Dehydrogenase bestimmt. Parallel wurden Zellen mit einem Kontrollvektor und einem hypoxiesensitiven Vektor mit drei Hypoxie-bindenden-Elementen (HBE) transfiziert und die durch HIF-1 aktivierte Luciferase gemessen. Hypoxieexposition der NGF-behandelten PC12-Zellen resultierte in einer höheren Zelltodrate verglichen mit den unbehandelten Kontrollzellen. PC12 Zellen, zwei Tage mit NGF behandelt, zeigten eine bis zu 10-fach verminderte HIF-1-Aktivität. Diese Verminderung könnte zu dem erhöhten hypoxie-induzierten Zelltod durch verminderte Expression von HIF-1alpha-regulierten Genen, welche für die Anpassung an Hypoxie verantwortlich sind, beitragen. Die Verminderung der HIF-1 Aktivität und der Anstieg der Hypoxiesensitivität könnte darauf hinweisen, dass NGF als eine Art hierarchisch organisiertes Signalmolekül fungiert. / The transcription factor hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) strongly contributes to the expression of adaptive genes under hypoxic conditions. In addition, HIF-1 has been implicated in the regulation of delayed neuronal cell death. Suspension-grown and adherent PC12 cells treated with NGF were used as an experimental model for studying the relationship between hypoxia-induced cell death and activation of HIF-1. Cell damage was assessed by flow cytometry of double-stained (annexin V and propidiumiodide) cells, and by analysis of the overall death parameters LDH and mitochondrial dehydrogenase. In parallel, cells were transfected with a control and a three-hypoxia-responsive-elements (HRE)-containing vector and HIF-1-driven luciferase activity was determined. Exposure of NGF-treated PC12 cells to hypoxia resulted in a higher cell death rate when compared to untreated controls. PC12 cells exposed for 2 days to NGF exhibited a decrease of HIF-1 activity up to a factor of ten. This decrease may contribute to the enhanced hypoxia-induced cell death via reduced expression of HIF-1alpha-regulated genes resposible for adaptation to hypoxia, like those for glucose transport proteins and enzymes of the glycolytic chain. The decrease in HIF-1 activity and the increase in hypoxia sensitivity may suggest that NGF act as an hierachically organized signaling molecule.