Alpha-1 antitrypsin deficiency, for which there is no cure, is one of the most lethal genetic diseases among the European White population. Early and proper diagnosis is challenging, as understanding how both alpha-1 antitrypsin deficient patients and their family caregivers cope with their related stressors on a daily basis. This qualitative phenomenological study incorporated the biopsychosocial approach, the Bowen family systems theory, and the family systems model of illness to examine the experiences of Alpha-1 patients and their family caregivers related to living with the disease and coping strategies. Participants were recruited with the assistance of a national organization that serves the study population. Sixteen participants, (8 alpha-1 deficient individuals and 8 primary family caregivers) were interviewed. Data were analyzed to identify codes and resulting themes. The data analysis led to the identification to the following themes: (a) shock; (b) misdiagnosis; (c) lack of awareness; (d) lengthy multiple medical evaluations necessary to be appropriately diagnosed; (e) caregiver shock; (f) caregiver despair in watching their loved ones struggle; and (g) keeping busy and a positive family dynamic because factors help the participants cope with the challenges of alpha on a daily basis. The results provide an understanding of the complexities of alpha-1 deficiency and how it impacts the lives of alpha-1 deficient participants and their family caregivers. This information might be used by alpha-1 community members and health care practitioners to bring about social change by creating additional resources needed to improve communication between the health care system and alpha-1 community, as well as assist alpha-1 patients and caregivers in managing the disease.

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Bibliography: leaves 161-213. / xviii, 219, [48] leaves of plates : / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Analyses of six rare alpha 1-antitrypsin alleles were undertaken to determine their molecular basis, assess the biosynthesis directed by these alleles and, examine their clinical correlation. / Thesis (M.D.)--University of Adelaide, Dept. of Medicine, 1992

Thesis (M.Sc.). / Written for the Dept. of Neurology and Neurosurgery. Title from title page of PDF (viewed 2008/05/14). Includes bibliographical references.

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Die vorliegende Habilitationsschrift "Neue Serummarker bei urologischen Malignomen mit dem Schwerpunkt Prostatakarzinom und Anwendung von Proteinase-Inhibitoren in der Therapie des Prostatakarzinoms" faßt Ergebnisse zusammen, die ich in den Jahren von 1996 bis 2000 als Erstautor in wissenschaftlichen Artikeln von peer reviewed Zeitschriften veröffentlicht habe. Zusätzlich werden 14 Arbeiten mit ihren Aussagen eingeschlossen, bei denen ich als Koautor beteiligt war. Gegenstand der Habilitationsschrift sind Untersuchungen zur diagnostischen Optimierung des Tumormarkers Prostataspezifisches Antigen (PSA) und zum Expressionsverhalten von CD44-Proteinen bzw. Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) als potentielle, neue Marker bei urologischen Karzinomen. Die nachgewiesene Bedeutung der MMPs bei der Tumorprogression und -metastasierung hat mich dazu veranlaßt, tierexperimentelle Studien zur Hemmung der MMP-Aktivität mit synthetischen Inhibitoren in meine Arbeit aufzunehmen. Zielstellung war hierbei die Evaluierung neuer Therapieoptionen beim fortgeschrittenen Tumor. Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht das Prostatakarzinom (PCa) als häufigster maligner Tumor des Mannes. 1. Das PSA ist ohne Zweifel der beste Tumormarker in der Diagnostik des PCa. Der Optimierung dieses Markers wird große Bedeutung zugemessen. Dabei werden verschiedene Konzepte verfolgt, wobei die Bestimmung der Isoformen des PSA die zur Zeit erfolgreichste Richtung zu sein scheint. Die Ergebnisse meiner u.a. im Rahmen von Multizenterstudien durchgeführten Untersuchungen belegen den diagnostischen Nutzen der zusätzlichen Bestimmung des f-PSA%, um PCa-Patienten früher zu erkennen und besser gegenüber Patienten mit benigner Prostatahyperplasie (BPH) abgrenzen zu können. Ein weiteres Ergebnis der Untersuchungen zur diagnostischen Validität anderer PSA-Isoformen ist die Feststellung, daß die Bestimmung des gebundenen PSA keinen Vorteil gegenüber dem f-PSA% hat. Widersprüchliche Angaben in der Literatur konnten damit ausgeräumt werden. Diese Ergebnisse veranlaßten die Firma Roche als Kooperationspartner, die Weiterentwicklung eines ACT-PSA Prototyp-Testsystems einzustellen. Die Ergebnisse meiner Untersuchungen zu den PSA-Isoformen haben inzwischen Eingang in den klinischen Alltag gefunden und werden in der Urologischen Klinik der Charité genutzt. Es wurden Entscheidungsgrenzen für den f-PSA%-Wert zur Indikationsstellung von Stanzbiopsien der Prostata als Klinikstandard erarbeitet. 2. Bei verschiedenen urologischen Tumoren wurde das Expressionsverhalten von CD44-Proteinen und MMPs bzw. deren Inhibitoren bestimmt, um eine mögliche Bedeutung bei der Tumorprogression zu erfassen. Diese Untersuchungen sind gleichzeitig Voraussetzung für eine mögliche Anwendung der Komponenten in der Diagnostik und Therapiekontrolle bei diesen Tumorentitäten. Im Gegensatz zu anderen menschlichen Tumoren konnten bei den untersuchten urologischen Tumoren keine veränderten Serumkonzentrationen der CD44-Proteine einschließlich der Varianten nachgewiesen werden. Daher habe ich weiterführende Studien zu den CD44-Proteinen nicht durchgeführt. 3. Im Tumorgewebe sowie im Plasma von Patienten mit PCa und Nierenzellkarzinom konnte ich signifikante Veränderungen von MMPs und deren Inhibitoren nachweisen. Die Situation im Gewebe spiegelt sich zum Teil im Blut der Patienten wider. Diese Beobachtungen beweisen die Bedeutung der MMPs bei der Tumorprogression und -metastasierung. Prinzipiell kann die Bestimmung einzelner MMPs bzw. TIMPs in der Diagnostik von urologischen Tumoren genutzt werden. Die niedrige Sensitivität in der individuellen Erfassung des einzelnen Tumorpatienten schränkt jedoch die praktische Anwendung ein. 4. Die veränderte MMP-Expression bzw. die Dysbalance zwischen MMPs und TIMPs hat mich veranlaßt, synthetische Inhibitoren zur Blockierung der MMP-Aktivität in einem Standardtiermodell des menschlichen PCa einzusetzen. In einer ersten Untersuchung am Dunning-Tumor der Ratte wurde nachgewiesen, daß dieser Tumor MMP9 exprimiert und die Serumkonzentration mit der Tumorgröße korreliert. In weiteren tierexperimentellen Untersuchungen wurde der Einfluß von Batimastat, einem Breitspektrum-Inhibitor der MMPs und einem neuentwickelten, selektiveren Inhibitor (Icol) auf das orthotope Tumorwachstum ermittelt. Beide Substanzen führten zu einer Hemmung des lokalen Tumorwachstums. Durch Applikation von Icol wurde eine Reduzierung des Tumorgewichtes um 90% im Vergleich zu den unbehandelten Kontrolltieren erreicht. Diese Beobachtungen haben eine doppelte Bedeutung. Zum einen beweist die Hemmwirkung von synthetischen MMP-Inhibitoren im Tiermodell die Funktion der MMPs bei der lokalen Tumorprogression. Zum anderen werden durch diese erfolgreichen tierexperimentellen Studien mit neuen Substanzen Voraussetzungen für die klinische Anwendung bei Patienten mit hormonrefraktärem PCa geschaffen. / The aim of my "habilitation thesis" was to evaluate the diagnostic validity of prostate-specific antigen (PSA) in serum and tissue, the serum pattern of CD44 proteins and of the matrix metalloproteinases (MMPs) in serum and tissue of urological malignancies. As MMPs seem to play an important role in tumor progression and metastasis, animal studies were additionally initiated in order to investigate the influence of synthetic inhibitors of MMPs on prostate cancer. 1. PSA is the most important and accurate tumor marker in prostate cancer diagnosis. However, PSA is an organ-specific marker, but is not tumor-specific. Elevated PSA concentrations are seen with non-malignant prostatic diseases like benign prostatic hyperplasia (BPH). Moreover, not all patients with prostate cancer have elevated PSA concentrations. In order to optimize the diagnostic validity of PSA, several concepts have been developed. Determination of the PSA isoforms in serum could help discriminate between prostate cancer and BPH. In various own studies, including a multicenter clinical trial, the determination of free PSA and the calculation the ratio of free PSA to total PSA (fPSA/tPSA) has proven to be a promising tool in prostate cancer diagnosis. Regarding the diagnostic validity of the complexed PSA conflicting data exist. Our results, using a newly developed alpha-1-antichymotrypsin-PSA (ACT-PSA) assay by Roche are contradictory to recent published data. Based on data of a multicenter trial, the determination of ACT-PSA as well as the ACT-PSA to tPSA ratio did not improve the differential diagnostic impact in patients undergoing evaluation for prostate cancer compared to the ratio fPSA/tPSA. 2. In various malignant diseases characteristic alterations in the expression of CD44 proteins and their variants have been observed. In contrast to those observations in other carcinomas, the determination of soluble CD44 proteins in serum is not suitable for detecting and staging patients with urological malignant tumors. Therefore, further investigation have not been performed. 3. Matrix-metalloproteinases (MMP) form a group of endogenous proteases with the common ability to degrade various components of the extracellular matrix. It could be demonstrated that increased levels of MMP are associated with the invasive and metastatic potential in human malignant tumors. However, little is known about the role of MMPs in renal cell carcinoma. In own study significant changes of MMP expression have been observed. Although changes in specific MMPs might be characteristic for renal carcinoma tissues and might be partly reflected in the blood, data shown that even MMP-9 as the best plasma marker, had a low sensitivity in detecting renal cell carcinoma. Increased concentrations of MMP-9 in tumor tissue may have important implications for the therapeutic potential of synthetic inhibitors of MMPs. 4. The importance of inhibitors of MMPs in cancer has been demonstrated in various studies. In own investigations, altered levels of MMPs and their specific inhibitors have been elucidated in prostate cancer. Therefore, a study to evaluate the efficacy of synthetic MMP inhibitors (batimastat, Icol) in a standard prostate cancer animal model was performed. Previously, the high expression of MMP-9 in this prostate cancer (Dunning tumor) compared with normal prostatic tissue could be demonstrated. Batimastat and the newly developed inhibitor Icol reduced the orthotopic tumor weights up to 90% in a dose-dependent manner. This results confirmed the importance of MMPs and their inhibitors in tumor progression. It can be concluded that selective inhibition of MMP activity is a novel therapeutic approach, which bears promise for studies in patients with hormone-refractory prostate cancer.

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Les laminines, composants majeurs des lames basales, sont des hétérodimères glycosylés formés de trois chaînes α, β et γ. La chaîne α1 de laminine (LMα1), caractéristique du trimère LM111 est indispensable au développement de la membrane limitante interne de la rétine, sa perte de fonction et mutation impactant négativement l’angiogenèse physiologique, tandis que sa surexpression stimule l’incidence de la tumorigenèse colique, la maturation des vaisseaux sanguins et l’expansion des fibroblastes. La LMα1 favorise la prolifération des cellules cancéreuses coliques et stimule l’expression du VEGFA, des composants de la voie Notch, de Dll4 et de ses cibles Hey1 et Hey2 dans le stroma tumoral. Inversement, la perte de fonction et la mutation de la LMα1 diminuent l’expression de Dll4, Hey1 et Hey2 dans la rétine. L’action de la LMα1 sur l’expression de ces facteurs proangiogéniques est sélective, car en étant une molécule chémoattractante pour les fibroblastes associés au cancer elle y stimule l’expression de VEGFA et de Dll4. Tandis que dans les cellules endothéliales, son action stimulatrice sur Dll4 s’accompagne de l’activation de la voie Notch. Chez l’homme, dans le contexte de tumorigenèse colique, la LMα1 est fortement exprimée. Cette surexpression s’accompagne d’une augmentation de l’expression du VEGFA et de Dll4. A la lumière de ces résultats, LMα1 pourrait constituer une cible potentielle dans les thérapies anti-anticancéreuses. / Laminins, major components of basement membrane are glycosylated heterodimers composed of three chains α, β and γ. Laminin α1 chain (LMα1), specific to LM111 trimer is essential in development of retinal inner limiting membrane. Loss of function and mutation of LMα1 negatively impact physiological angiogenesis, whereas its overexpression promotes colon cancer incidence, tumor cell proliferation, blood vessel maturation and fibroblast expansion. LMα1 stimulates VEGFA, Notch pathway components Dll4 and its targets Hey1 and Hey2 in tumor stroma. Contrarily, mutation and loss of function of LMα1 decrease Dll4, Hey1 and Hey2 expression in retina. LMα1 differentially regulates the expression of pro-angiogenic factors. As a chemoattractive molecule for cancer associated fibroblasts, LMα1 stimulates VEGFA and Dll4 expression in these stromal cells, while in endothelial cells, LMα1 stimulated Dll4 triggers Notch pathway activation. LMα1 is overexpressed in human cancer, which associated with increased expression of VEGFA and Dll4. In settings of these data, LMα1 could be a potential target in anticancer therapies.

Issue de la troncature de la dextrane-saccharase DSR-E, l’alpha-(1→2) transglucosidase recombinante GBD-CD2 catalyse à partir de saccharose le branchement de molécules acceptrices tels que les dextranes, les isomalto-oligosaccharides ou les gluco-oligosaccharides (GOS ; [6)-alpha-D-Glcp-(1→]n-alpha-D-Glcp-(1→4)-D-Glcp, avec 1<n<9). L’objet de cette étude a porté sur la compréhension des relations structure-activité de GBD-CD2 afin d’investiguer les facteurs structuraux responsables de la synthèse des liaisons osidiques de type alpha-(1→2). La troncature rationnelle du domaine de liaison au glucane (GBD) de l’enzyme GBD-CD2 (192 kDa) a abouti à l’isolement de trois formes tronquées actives, de masses moléculaires égales à 180, 147 et 123 kDa. Après purification de GBD-CD2 et de delta N123-GBD-CD2 (123 kDa), des études cinétiques ont permis de mettre en évidence que les enzymes présentent la même régiospécificité. L’activité d’hydrolyse du saccharose peut être modélisée par le modèle de Michaelis – Menten (kcat respectifs de 109 et 76 s-1). En présence de dextrane accepteur, ces enzymes sont activées. L’activité d’alpha-(1→2) glucosylation suit un modèle Ping Pong Bi Bi (kcat respectifs de 970 et 947 s-1). En modulant le ratio molaire entre le donneur d’unités glucosyle et l’accepteur de ces unités ([saccharose]/[dextrane]), il est possible de synthétiser des dextranes dont le pourcentage de liaisons alpha-(1→2) est contrôlé et varie de 10% à 40%. La caractérisation des produits de la réaction menée en présence de saccharose et de GOS a permis d’isoler et de caractériser pour la première fois des GOS arborant des unités glucosyle branchées en alpha-(1→2) sur les unités glucosyle adjacentes de la chaîne principale. Enfin, la résolution de la structure de delta N123-GBD-CD2 à 3,2 Å révèle que cette enzyme adopte le repliement original « en U » similaire à celui décrit pour GTF180-delta N. La comparaison des gorges catalytiques des deux dextrane-saccharases cristallisées apporte des éléments pouvant expliquer la régiospécificité singulière de delta N123-GBD-CD2, et ouvre la voie à des travaux de mutagenèse visant à investiguer le rôle de résidus potentiellement clés / GBD-CD2 is a recombinant alpha-(1→2) transglucosidase constructed by truncation of the DSR-E dextransucrase from Leuconostoc mesenteroides NRRL B-1299. From sucrose, GBD-CD2 catalyses the alpha-(1→2) branching reaction onto acceptor molecules such as dextrans, isomalto-oligosaccharides or gluco-oligosaccharides (GOS; [6)-alpha-D-Glcp-(1→]n-alpha-D-Glcp-(1→4)-D-Glcp, 1<n<9). This work has been focused on structure activity relationship studies. Rational truncations of the glucan binding domain (GBD) led to the expression in E. coli of three active enzymes, showing molecular masses of 180, 147 and 123 kDa. After purification of the recombinant GBD-CD2 and delta N123-GBD-CD2, we showed that both enzymes display the same regiospecificity. Steady-state kinetics revealed that the activity of sucrose hydrolysis displays a Michaelis Menten type of kinetics (kcat 109 s-1 and 76 s-1, respectively). In the presence of dextran acceptor, these enzymes are activated. The alpha-(1→2) transglucosidase activity from sucrose onto dextrans was modelled by a Ping Pong Bi Bi mechanism (kcat 970 s-1 and 947 s-1, respectively). When varying the molar ratio between the glucosyl donor and the acceptor ([sucrose]/[dextran]), the percentage of alpha-(1→2) linkages in dextrans can be controlled from 10% to 40%. Additionally, from reactions in the presence of GOS and sucrose, we isolated and characterized new alpha-(1→2) branched GOS with contiguous alpha-(1→2) branchings along linear GOS chains. Finally, the X-ray structure of delta N123-GBD-CD2 at 3.2 Å resolution revealed that this enzyme has a very original “U folding” similar to that described for GTF180-delta N. Study of the residues lining the catalytic gorges of the two crystallized enzymes revealed the structural determinants possibly involved in the singular regiospecificity of delta N123-GBD-CD2. Our work opens the way to mutagenesis work for discovering key structural determinants of delta N123-GBD-CD2

Charles University in Prague Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Department of Biochemical Sciences Candidate: Bc. Petra Blažková Supervisor: Doc. PharmDr. Martin Beránek Ph.D. Title of diploma thesis: Alpha-1-antitrypsin deficiency analysis using real-time PCR This diploma thesis focuses on the validation of the method PCR in real-time (real-time PCR) to investigate the Z and S mutations in the gene SERPINA1, located at the long arm of chromosome 14 (14q32.13) and provides instructions for making a protein named alpha-1- antitrypsin (A1AT). A1AT is a serine protease inhibitor that protects tissues from degradation by neutrophil elastase. Deficiency, which is most commonly caused by these mutations, can cause children and adult's liver and lung disease. A method of real-time PCR was applied after successful validation to a set of 46 clinical samples of DNA extracted from blood samples and 30 samples of the DNA from cells of the buccal mucosa. DNA isolation was performed by kit extraction QIAamp ® DNA Mini Kit by QIAGEN. I used a set of primers and hybridization probes according to Snyder (2006) for genotyping. Melting curve analysis was carried out in the thermocycler LightCycler 1.2. Results of DNA samples obtained from blood were compared with the results obtained through an accredited method...