Echinococcosis is an important zoonosis. The causative agent of Alveolar Echinococcosis (AE) is Echinococcus multilocularis. The treatment of human AE is limited to surgery and chemotherapy with albendazole (ABZ). However, ABZ works only parasitostatically and it needs to be taken for long periods, although it causes adverse side effects. Thus, development of new, parasiticidal drug with selective toxicity is required. Because undifferentiated stem cells of E. multilocularis play key role in its longevity and regenerative capacity, targeting stem cells is especially important. In vitro screening of protein kinases inhibitors demonstrated that human PIM kinases inhibitors have detrimental effects on E. multilocularis. Through yeast two hybrid assay, the interaction of parasite PIM kinase (EmPIM) and its CDC25 (EmCDC25) was indicated. Through in situ hybridization, expression of EmPIM in the stem cells was observed. Therefore, EmPim is likely to be a positive regulator of cell cycle progression, the same as human Pim1. In addition, 20 compounds against EmPIM were selected through in silico screening and synthesized. One of them has a detrimental effect on E.multilocularis comparable to human pan-PIM inhibitors, but has much weaker toxicity on human cell lines. Furthermore, triclabendazole (TCBZ) and its metabolite TCBZSX, which are approved for another flatworm disease, Fascioliasis were tried on E. multilocularis. With two stem cell markers, damage to stem cells by TCBZSX was shown. In addition, primary cells from treated vesicles never regenerated and the damage to stem cells proved to be irreversible. Our in silico screening method used in EmPIM research has potential to identify compounds which overcome the side effect problem in ABZ-based chemotherapy. On the other hand, it is expected that my research of TCBZ can lead to development of a practical parasiticidal chemotherapy by combining TCBZ, which damages stem cells, and ABZ, which damages differentiated cells. / Die Echinokokkose ist eine der wichtigsten Zoonosen sowohl für die Human- als auch für die Veterinärmedizin. Der Erreger der alveolären Echinokokkose (AE) ist Echinococcus multilocularis. Metazestode Bläschen, das Larvenstadium dieses parasitären Helminthen, können in die Leber eindringen und ungeschlechtlich wie bösartige Tumore wachsen. Dies kann ohne geeignete Behandlung tödlich sein. Die Behandlung von AE beim Menschen beschränkt sich auf Chirurgie und Chemotherapie, aber die Chirurgie ist nur bei einem kleinen Prozentsatz der Patienten anwendbar, die im Frühstadium diagnostiziert werden. Die meisten Patienten können sich nur auf eine Chemotherapie mit Albendazol (ABZ) verlassen. ABZ wirkt jedoch nur parasitostatisch und kann die Krankheit nicht heilen. Daher muss ABZ über einen längeren Zeitraum eingenommen werden, obwohl es mit Nebenwirkungen einhergeht. Daher ist die Entwicklung eines neuen, parasitentötenden und selektiven Medikaments gegen AE erforderlich. Da die undifferenzierte Stammzellpopulation von E. multilocularis eine Schlüsselrolle für seine Langlebigkeit und Regenerationsfähigkeit spielt, ist eine auf Stammzellen abzielende Chemotherapie wichtig. In dieser Arbeit wurde ein In-vitro-Screening verschiedener Hemmstoffe gegen Kinasen und Tubuline durchgeführt. Das Ergebnis des Screenings zeigte, dass Inhibitoren gegen humane pim-Kinasen starke schädliche Auswirkungen auf E. multilocularis haben. Durch ein Hefe-Zwei- Hybrid-System wurde die Interaktion der Parasiten-Pim-Kinase (EmPIM) mit der Zellteilungszyklus 25 (EmCDC25) nachgewiesen, und durch In-situ-Hybridisierung wurde die teilweise Lokalisierung von EmPIM in den Stammzellen beobachtet. Daher ist es wahrscheinlich, dass EmPim ein positiver Regulator der Zellzyklusprogression ist, genau wie menschliches Pim1. ...

Die alveoläre Echinokokkose ist eine, vorrangig in der nördlichen Hemisphäre verbreitete, parasitäre Erkrankung. Verursacht wird sie beim Menschen durch das Larvenstadium des Fuchsbandwurms. Homeoboxgene sind hochkonservierte Gene, die die Morphogenese von Lebewesen steuern. Die Anzahl und die Bedeutung von Homeoboxgenen in der Entwicklung von E.multilocularis waren bislang unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit konnten mit Hilfe von Sequenzanalysen im Genom des Fuchsbandwurms erstmals Homeoboxgene identifiziert und deren Expressionsmuster mittels PCR in verschiedenen Larvenstadien charakterisiert werden. Von insgesamt 23 gefundenen Homeoboxgenen wurden 15 Gene auf ihre larvenstadienspezifische Expression untersucht. Neun der untersuchten Gene zeigten in dem gewählten Versuchsaufbau eine Expression in den untersuchten Larvenstadien, fünf davon zeigten eine verstärkte Expression in den späten Larvenstadien. Für acht dieser neun Gene ließen sich darüber hinaus Hinweise auf eine Prozessierung ihrer mRNA über den Mechanismus des Trans-Spleißens finden. Vorangehende Versuche der Arbeitsgruppe von Prof. Brehm hatten einen Zusammenhang zwischen einer Stimulation früher Entwicklungsstadien der Parasitenlarven mit dem Zytokin BMP-2 und dessen rascherer Entwicklung in spätere Entwicklungsstadien nahegelegt. Die Auswirkung einer Behandlung früher Entwicklungsstadien mit dem Zytokin BMP-2 auf die jeweilige Genexpression wurde daher für die ausgewählten 15 Gene überprüft. Fünf Gene zeigten unter dessen Einfluss eine verstärkte Expression. Zwei darunter waren solche, die eine stärkere Expression in späten Larvenstadien aufwiesen. Diese zwei Gene stellen nun Kandidaten dar, die an der Entwicklung von E.multilocularis maßgeblich beteiligt sein könnten. Durch die Untersuchungen dieser Arbeit ergaben sich wichtige Hinweise auf die Entwicklung und die Regulationsmechanismen der Genexpression von E. multilocularis. Sie bilden eine Grundlage, die Rolle der Homeoboxgene für den Fuchsbandwurm näher zu beschreiben und die hormonelle Kreuzregulation zwischen Parasit und Wirt weiter zu studieren. / Alveolar Echinococcosis is a rather rare parasitic disease, mainly occuring in the northern hemisphere. It is caused by the larval stage of the flatworm Echinococcus multilocularis. Homeoboxgenes are highly conserved genes, that play a crucial role in the development of organism. Until now neither the number in nor the importance of these genes for E.multilocularis was known. Within this study we could identify the homeoboxgenes in the genome of E.multilocularis and analyse the expression pattern in different larval stages. All together we found a number of 23 homeoboxgenes, the expression pattern in different larval stages was analysed for 15 genes. Within the chosen experimental setup nine of the genes were expressed, five showed higher expression in later larval stages. Furthermore there was a strong hint for the processing of mRNA through trans-splicing for eight genes. Previous experiments of the working group Brehm had shown a relation between a stimulation of young metacestodes with the cytokine BMP-2 and a faster development towards later larval stages. Therefore we anaylsed the effect of the cytokine BMP-2 on the geneexpression pattern of fifteen genes. Under its influence five genes showed higher expression rates. Two belonged to the group of genes that had shown higher expression in later larval stages. These two genes could potentially be candidates with a high significance in the development of E.multilocularis. Due to this work we could elucidate important hints for the development of E.multilocularis and the regulation of its gene expression. Based on these findings it will be possible to study the role of homeoboxgenes and the host-parasite cross-regulation in E.multilocularis in more detail.

Die Alveoläre Echinokokkose (AE) ist eine tödliche Infektionserkrankung, die durch den parasitären Plattwurm Echinococcus multilocularis verursacht wird. Genomanalysen von E. multilocularis ergaben ein Gen, das laut Vorhersage für eine DyP-Typ Peroxidase codiere. Ziel dieser Arbeit ist die biologische Funktion des codierten Enzyms besser zu verstehen und Hinweise auf eine mögliche Rolle in der Abwehr von Reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) zu erlangen. Das Gen wurde heterolog in E. Coli exprimiert und molekulare Charakteristika des Gens mit bioinformatischen und molekularbiologischen Methoden untersucht. Quantitative RT-PCR Untersuchungen gaben Aufschluss über das Transkriptprofil von emipox in unterschiedlichen Entwicklungsstadien von E. mulitlocularis. Mittels Whole-Mount In Situ-Hybridisierung (WMISH) wurden die Transkripte zudem lokalisiert und ihre Beziehung zum Stammzellsystem von E. multilocularis näher untersucht. Die Zugehörigkeit von EmIPOX zur Gruppe der DyP-Typ Peroxidasen wurde bestätigt. Homologe beim Menschen kommen nicht vor. Es konnte nachgewiesen werden, dass Transkripte von emipox auch, aber keinesfalls ausschließlich, in Stammzellen vorliegen. Überdurchschnittlich viele Transkripte liegen im aktivierten Protoscolex und im Metacestoden ex vivo aus einer infizierten Wirtsleber vor. Untersuchungen zur Enzymaktivität von EmIPOX zeigten neben einer Peroxidase- auch eine Katalaseaktivität. Die vorliegende Arbeit ist die erste Charakterisierung einer DyP-Typ Peroxidase bei Tieren. Sie legt nahe, dass EmIPOX eine Rolle in der Entgiftung von ROS in E. multilocularis spielt und stellt den Charakter von EmIPOX als potenzieller pharmakologischer Zielstruktur heraus. / Alveolar echinococcosis (AE) is a fatal infectious disease caused by the parasitic flatworm Echinococcus multilocularis. Genome analyses of E. multilocularis revealed a gene predicted to encode a DyP-type peroxidase. The aim of this work is to better understand the biological function of the encoded enzyme and to obtain information on a possible role in the defence against reactive oxygen species (ROS). The gene was heterologously expressed in E. Coli and molecular characteristics of the gene were investigated using bioinformatic and molecular biological methods. Quantitative RT-PCR analyses provided information on the transcript profile of emipox in different developmental stages of E. mulitlocularis. Whole-mount in situ hybridisation (WMISH) was also used to localise the transcripts and investigate their relationship to the stem cell system of E. multilocularis. The affiliation of EmIPOX to the group of DyP-type peroxidases was confirmed. There are no homologues in humans. It has been shown that transcripts of emipox are also, but by no means exclusively, present in stem cells. An above-average number of transcripts are present in the activated protoscolex and in the metacestode ex vivo from an infected host liver. Investigations into the enzyme activity of EmIPOX revealed both peroxidase and catalase activity. The present work is the first characterisation of a DyP-type peroxidase in animals. It suggests that EmIPOX plays a role in the detoxification of ROS in E. multilocularis and highlights the character of EmIPOX as a potential pharmacological target.