Glutamat ist der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter im Zentralnervensystem der Säugetiere. Die präzise Kontrolle des extrazellulären Glutamatspiegels ist für eine normale synaptische Transmission wichtig und erforderlich, um die Neurone vor Exzitotoxizität zu schützen. Im Gehirn sorgen vor allem verschiedene hochaffine Na+-abhängige Glutamattransporter für diese Kontrolle. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb untersucht, welchen Einfluß die Inhibition der Glutamattransporter auf die exzitatorische synaptische Transmission in Schicht III, einer Region in der bei Alzheimer-Demenz, Schizophrenie und Epilepsie häufig Zellschädigungen und Zellverluste beobachtet werden, und Schicht V des medialen entorhinalen Kortex (mEC) hat. Extrazelluläre Messungen in den Schichten III und V der Ratte zeigten, daß die verwendeten Transport-Inhibitoren signifikant die negativen Feldpotentialkomponenten beider Schichten reduzierten. Schichtspezifische Unterschiede konnten dabei nicht festgestellt werden, was auf eine ähnliche Glutamatregulation in beiden Schichten schließen läßt. Für die anschließenden intrazellulären und patch-clamp Messungen wurden aus diesem Grund nur noch Neurone der Schicht III untersucht. Beide Transport-Inhibitoren (L-trans-2,4-PDC und DL-TBOA) reduzierten die Amplituden der pharmakologisch isolierbaren EPSPs/EPSCs ohne die Kinetik zu beeinflussen. Diese reduzierende Wirkung konnte durch trans-(±)-ACPD, einen Agonisten der Gruppe I und II metabotropen Glutamatrezeptoren (mGluRs), nachgeahmt werden. Die Vorinkubation der Hirnschnitte mit dem unspezifischen Gruppe I und II mGluR-Antagonisten MCPG verhinderte die durch trans-(±)-ACPD hervorgerufene Amplitudenreduktion und auch den reduzierenden Effekt der beiden Transport-Inhibitoren. In nachfolgenden Experimenten mit dem spezifischen Gruppe II mGluR-Antagonisten EGLU konnte dieser zwar die durch L-trans-2,4-PDC hervorgerufene Wirkung verhindern, nicht aber den durch DL-TBOA vermittelten Effekt, was auf eine Aktivierung von Gruppe I mGluRs hinweist. Zusätzlich führte die Applikation von DL-TBOA zu einer signifikanten Veränderung des Doppelpuls-Index, was auf einen präsynaptischen Wirkmechanismus hinweist. Die Applikation von L-trans-2,4-PDC hingegen hatte keinen Effekt auf den Doppelpuls-Index. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit sprechen dafür, daß beide Transport-Inhibitoren die erregende synaptische Transmission über eine Aktivierung präsynaptischer metabotroper Glutamatrezeptoren der Gruppen I und II hemmen. Dabei konnte festgestellt werden, daß diese Hemmung unter Applikation von DL-TBOA die präsynaptische Transmitterausschüttung über einen negativen Rückkopplungsmechanismus durch Aktivierung von Gruppe I mGluRs vermindert, während L-trans-2,4-PDC seine Wirkung vor allem über eine Aktivierung der Gruppe II vermittelt. Dabei kann davon ausgegangen werden, daß L-trans-2,4-PDC in der benutzten Konzentration die mGluRs der Gruppe II direkt aktivieren kann und der Effekt nicht nur präsynaptisch vermittelt wird. / Glutamate is the primary excitatory neurotransmitter in the mammalian central nervous system. The precise control of extracellular glutamate is crucial for the maintenance of normal synaptic transmission and the prevention of excitotoxicity. High-affinity glutamate transporters ensure termination of glutamatergic neurotransmission and keep the synaptic glutamate concentration below excitotoxic levels. In layer III, a region that is especially prone to cell damage in Alzheimer's disease, schizophrenia and epilepsy, and layer V of the medial entorhinal cortex (mEC) effects of blocking glutamate uptake on excitatory synaptic transmission were studied. Extracellular recordings in rat brain slices revealed that application of glutamate uptake inhibitors significantly reduced stimulus-induced negative field potentials in both, layer III and V of the mEC. This effect showed no significant differences in both layers suggesting a similar glutamate regulation in layer III and V. Therefore, only layer III neurons of the mEC were used for the subsequent intracellular and patch-clamp recordings. Two competitive glutamate transporter antagonists, DL-TBOA and L-trans-2,4-PDC, reduced the amplitude of pharmacologically isolated EPSPs/EPSCs without changing the time course of the events. This effect was mimicked by trans-(±)-ACPD, an agonist of group I and II metabotropic glutamate receptors (mGluRs). The competitive group I and II mGluR antagonist MCPG blocked the depression of the EPSC amplitude induced by trans-(±)-ACPD and also masked the effect of either DL-TBOA or L-trans-2,4-PDC. Furthermore, EGLU, which selectively antagonizes group II mGluRs, masked the effect of L-trans-2,4-PDC but not that of DL-TBOA, indicating an involvement of group I mGluRs in the latter case. Finally, DL-TBOA significantly enhanced the paired-pulse index, suggesting a presynaptic mechanism for the depression of EPSP/EPSC amplitude, whereas application of L-trans-2,4-PDC had no significant effect on the paired-pulse behaviour. The present study shows that both transport inhibitors depress pharmacologically isolated EPSPs/EPSCs in layer III neurons of the mEC in combined entorhinal-hippocampal slices. This effect seems to be mediated via activation of different groups of mGluRs. The results suggest that DL-TBOA causes a negative feedback on glutamate release via indirect activation of presynaptic group I mGluRs, possibly due to an accumulation of glutamate, whereas application of L-trans-2,4-PDC most likely leads to an activation of presynaptic group II mGluRs reducing Ca2+-independent release. The latter might be due to a direct action of L-trans-2,4-PDC at these receptors. The present data suggest that blockade of glutamate transport in the mEC does not lead to an excessive accumulation of glutamate because of a counteractive autoinhibiting mechanism.

Im 1997 wurden der Orphan GPR30 aus HUVECs kloniert, die FSS ausgesetzt waren. In dieser Studie konnte gezeigt werden dass die Expression von GPR30 durch die FSS-Behandlung im Vergleich zu unbehandelten HUVEC-Zellen deutlich induziert wurde. Daraufhin wurde in einer Studie von Isensse et al. die zelluläre und gewebsspezifische Expression von GPR30 in GPR30-LacZ Reportergen-Mäusen untersucht. Es konnte eine Expression von GPR30 vorwiegend in den Endothelzellen der kleinen Arterien verschiedenster Gewebetypen nachgewiesen werden. GPR30 war postuliert dass E2 direkt binden kann und dadurch rasche nicht-genomische Signale vermittelt. Im Gegensatz dazu haben verschiedene andere Veröffentlichungen gezeigt dass E2 nicht spezifisch an GPR30 bindet. Trotz der Kontroverse ob es sich bei GPR30 um einen Östrogenrezeptor oder nicht ist bislang nichts über seine Interaktion zu anderen Proteinen und deren Wechselwirkung bekannt. Deswegen war ein Ziel dieser Arbeit, Interaktionspartner von menschlichen GPR30 zu identifizieren und folglich ein humanes vaskuläres in vitro Modell zu etabliren, um die potentiellen Interaktionen von GPR30 sowie die downstream-Effekte der Wechselwirkung zwischen GPR30 und den neuen Interaktionspartner des vaskulären Modells auf Transkriptebene zu evaluieren. Ein Screening einer humanen kardiovaskulären cDNA-Bibliothek mit Hilfe des Y2H-Systems führte zur Identifizierung mehrerer Interaktionspartner für GPR30 darunter PATJ und FUNDC2. Durch anschließende CoIP konnte die Interaktion von GPR30 mit PATJ validiert werden. Des Weiteren konnte in dieser Arbeit die Wirkung von FSS auf die Expression von GPR30 in HUVECs bestätigt und ebenfalls in weiteren anderen Endothelzellen gezeigt werden. Abschließend wurde die Rolle von GPR30 und PATJ bei der Reaktion auf FSS auf transkriptioneller Ebene in HMEC-1-Zellen genomweit untersucht. Interessanterweise war eine Gruppe von Genen aufgrund von FSS in Zellen die GPR30 überexprimierten dereguliert als alleine durch FSS. / In 1997, the orphan G protein-coupled receptor 30, GPR30, was cloned using HUVECs exposed to FSS. It was shown that the level of GPR30 expression was up-regulated in response to FSS. Subsequently, in a study performed in the laboratory where the work for this thesis was carried out, the cellular and tissue distribution of GPR30 were investigated in GPR30-LacZ reporter mice and the expression was found predominantly in the endothelial cells of small arteries in several tissue types. GPR30, was also claimed to bind 17-β-estradiol (E2) directly and to mediate rapid non-genomic signalling. In contrast, various reports have indicated that E2 fails to bind GPR30 in a specific manner. Despite the controversy on whether GPR30 is an estrogen receptor or not, nothing is known at present about its relation and interaction with other proteins. Therefore, the aim of the work described in this thesis was to identify human GPR30 protein interaction partners and to establish a human vascular in vitro model in order to evaluate the potential role of GPR30 and the downstream effects of the interaction between GPR30 and new interaction partners in a vascular model at transcript level. The screening of a human heart cDNA library using the yeast two-hybrid assay led to the identification of several interaction partners for GPR30, among them PATJ and FUNDC2. These interactions were verified by CoIP experiments and the interaction of GPR30 with PATJ could be confirmed. The effect of FSS on the expression of GPR30 was confirmed in HUVECs and was detected in other endothelial cell types. In HUAECs, HAoECs and HMEC-1 cells GPR30 was also found up-regulated upon FSS, suggesting that GPR30 may indeed play a key role in vascular physiology. Finally, the role of GPR30 and PATJ in the FSS response was investigated at the genome-wide transcript level in HMEC-1 cells. Interestingly, a different panel of genes was deregulated owing to FSS in cells over-expressing GPR30 compared to FSS alone.

Bei der Eiablage müssen sich Pflanzen fressende Insekten wiederholt entscheiden, Eier auf Wirtspflanzen niedriger Qualität zu legen oder auf bessere Pflanzen zu warten. Diese Entscheidungen sind Fitness relevant, weil Larven sich je nach Wirt unterschiedlich entwickeln und weil Weibchen in diesem inter-temporären Optimierungsproblem sowohl zu wählerisch als auch nicht wählerisch genug sein und so nicht alle Eier bzw. Eier in zu geringer Qualität legen können. Meine Arbeit nutzt vier Ansätze um zu untersuchen, wie diese Entscheidungsprobleme entstehen und wie Weibchen diese strategisch lösen. Erstens benutze ich analytische Optimierungsmodelle um zu zeigen, dass ein evolutionärer Trade-Off zwischen Vermehrung und Überleben variierender evolutionär stabiler Ei- und Zeit-Limitierung führen kann, dass aber keiner dieser zwei Faktoren ignoriert werden darf. Zweitens stelle ich klar, dass in der Vergangenheit vorgeschlagene schematische Zeit- und Ei-Kosten der Eiablage sich nicht mit den wirklichen Selektionskräften auf die Ei-Anzahl decken und daher kein gutes Werkzeug zur Analyse von Eiablage-Strategien darstellen. Drittens zeige ich mit Optimierungs- und populationsgenetischen Modellen, dass räumliche Heterogenität in der Wirtsverfügbarkeit keine notwendige Bedingung für die Evolution von Generalismus ist, weil emergente Quellen-Senken Dynamiken die Anpassung der Insekten an marginale Habitate verhindern, wenn Migrationsraten nicht hoch sind. Viertens zeige ich an Agenten basierte Simulationen zum Beispiel des Aurorafalters, Anthocharis cardamines, dass der phänologische Spezialismus der Larven dieser Art den Eiablage-Generalismus der Weibchen zur Folge hat. Insgesamt zeigen diese vier Ergebnisse, wie nützlich theoretische Ansätze zur Untersuchung spezifischer Szenarios der strategischen Eiablage sein können und machen deutlich, dass die Evolution von Generalismus leichter aus zeitlicher denn aus räumlicher Heterogenität folgt. / Ovipositing phytophagous insects repeatedly face the decision problem of laying eggs on lower-quality host plants or waiting out for higher-quality ones. These choices carry fitness costs and benefits because larvae develop differentially on different hosts and because, in this inter-temporal optimization task, females may be too choosy and die before laying all eggs (i.e. become time-limited) or not be choosy enough and run out of eggs before their death (i.e. become egg-limited). This thesis employs four approaches to examine how oviposition decision problems arise and how they are strategically solved by female insects. First, I use analytical optimization models to show that a life-history trade-off between survival and reproduction can lead to varying evolutionarily stable levels of egg and time limitation, but that neither egg nor time limitation can be ignored in evolutionary analyses of oviposition. Second, I highlight that such schematic time and egg costs of oviposition as advocated in the past do not match the actual forces of natural selection on egg number as partitioned between egg and time limitation and therefore represent a less useful practice to analyze oviposition strategies. Third, I use optimality and population genetic models to show that spatial heterogeneity in host availability is not a sufficient condition for the evolution of generalism because emergent source-sink dynamics preclude adaptation of insects to marginal habitats unless migration rates are high. Fourth, I employ individual-based simulations built around the case study of the orange tip butterfly, Anthocharis cardamines, to show that this species’ larvae’s phenological specialism may drive the adult females’ oviposition generalism. All these findings show the usefulness of theoretical approaches to examine specific questions of strategic oviposition. Moreover, they demonstrate that evolution of generalism more likely results from resource unpredictability in time than in space.

Es ist noch weitgehend ungeklärt, mittels welcher Mechanismen die elektrische Aktivität von Nervenzellpopulationen des Gehirns Verhalten ermöglicht. Die Orientierung im Raum ist eine Fähigkeit des Gehirns, für die im Säugetier der mediale entorhinale Teil der Großhirnrinde als entscheidende Struktur identifiziert wurde. Hier wurden Nervenzellen gefunden, die die Umgebung des Individuums in einer gitterartigen Anordnung repräsentieren. Die neuronalen Schaltkreise, welche diese geordnete Nervenzellaktivität im medialen entorhinalen Kortex (MEK) ermöglichen, sind noch wenig verstanden. Die vorliegende Dissertation hat eine Klärung der zellulären Architektur und der neuronalen Schaltkreise in der zweiten Schicht des MEK der Ratte zum Ziel. Zunächst werden die Beiträge zur Entdeckung der hexagonal angeordneten zellulären Anhäufungen in Schicht 2 des MEK sowie zur Beschreibung der Dichotomie der Haupt-Nervenzelltypen dargestellt. Im zweiten Teil wird erstmalig eine konnektomische Analyse des MEK beschrieben. Die detaillierte Untersuchung der Architektur einzelner exzitatorischer Axone ergab das überraschende Ergebnis der präzisen Sortierung von Synapsen entlang axonaler Pfade. Die neuronalen Schaltkreise, in denen diese Neurone eingebettet sind, zeigten eine starke zeitliche Bevorzugung der hemmenden Neurone. Die hier erhobenen Daten tragen zu einem detaillierteren Verständnis der neuronalen Schaltkreise im MEK bei. Sie enthalten die erste Beschreibung überraschend präziser axonaler synaptischer Ordnung im zerebralen Kortex der Säugetiere. Diese Schaltkreisarchitektur lässt einen Effekt auf die Weiterleitung synchroner elektrischer Populationsaktivität im MEK vermuten. In zukünftigen Studien muss insbesondere geklärt werden, ob es sich bei den hier berichteten Ergebnissen um eine Besonderheit des MEK oder ein generelles Verschaltungsprinzip der Hirnrinde des Säugetiers handelt. / The mechanisms by which the electrical activity of ensembles of neurons in the brain give rise to an individual’s behavior are still largely unknown. Navigation in space is one important capacity of the brain, for which the medial entorhinal cortex (MEC) is a pivotal structure in mammals. At the cellular level, neurons that represent the surrounding space in a grid-like fashion have been identified in MEC. These so-called grid cells are located predominantly in layer 2 (L2) of MEC. The detailed neuronal circuits underlying this unique activity pattern are still poorly understood. This thesis comprises studies contributing to a mechanistic description of the synaptic architecture in rat MEC L2. First, this thesis describes the discovery of hexagonally arranged cell clusters and anatomical data on the dichotomy of the two principle cell types in L2 of the MEC. Then, the first connectomic study of the MEC is reported. An analysis of the axonal architecture of excitatory neurons revealed synaptic positional sorting along axons, integrated into precise microcircuits. These microcircuits were found to involve interneurons with a surprising degree of axonal specialization for effective and fast inhibition. Together, these results contribute to a detailed understanding of the circuitry in MEC. They provide the first description of highly precise synaptic arrangements along axons in the cerebral cortex of mammals. The functional implications of these anatomical features were explored using numerical simulations, suggesting effects on the propagation of synchronous activity in L2 of the MEC. These findings motivate future investigations to clarify the contribution of precise synaptic architecture to computations underlying spatial navigation. Further studies are required to understand whether the reported synaptic specializations are specific for the MEC or represent a general wiring principle in the mammalian cortex.

Spurenanalytische Untersuchungen von Umweltproben erfolgen meist standardmäßig mittels Festphasenextraktion (SPE) und anschließender GC/MS. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, alternative Methoden für die spurenanalytische Bestimmung von Estrogenen aus Umweltproben aufzuzeigen. Als Analyte wurden die natürlichen Estrogene Estron (E1), Estradiol (E2) und Estriol (E3), sowie das synthetische Ethinylestradiol (EE2) ausgewählt. Da als Haupteintragspfad dieser Substanzen in die Umwelt die Kläranlagen anzunehmen sind, erfolgte die Methodenentwicklung ausgehend von gereinigtem Abwasser. Als Probenvorbereitungstechniken kamen neben der Festphasenextraktion (SPE), die klassische Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE), sowie die relativ neue Methode der Festphasenmikroextraktion (SPME) zum Einsatz. Die analytische Bestimmung der angereicherten Extrakte erfolgte mittels HPLC/UV und HPLC/ELCD bzw. mittels GC/FID und GC/MS. Zur Entwicklung einer Screening-Methode wurde die adsorptive Anreicherung der Estrogene an Kohlenstoffelektroden sowie das Cathodic Stripping von EE2 an Quecksilber erprobt. Die Verfahrensschritte wurden zunächst anhand dotierter Proben optimiert, und die Methoden dann anhand der erzielten Bestimmungsgrenze, Selektivität und Präzision verglichen. Die Eignung der Verfahren wurde abschließend durch die Messung realer Abwasserproben überprüft. / Trace analytical environmental investigations are usually done by solid phase extraction (SPE) and GC/MS. The aim of the present thesis was the development of alternative methods for the trace analysis of estrogens in the environment. Estrone (E1), Estradiol (E2) and Estriol (E3) as well as the synthetic estrogen Ethynylestradiol (EE2) were chosen for this investigation. These estrogens enter the environment mainly via sewage treatment plants. Therefore the method development was launched on purified waste water. Solid phase extraction (SPE), liquid liquid extraction (LLE) and the relatively new solid phase micro extraction (SPME) were used for sample preparation. The analytical determination of the extracted analytes was done by HPLC/UV and HPLC/ELCD or GC/FID and GC/MS. Adsorptive enrichment of estrogens on different carbon electrodes and cathodic stripping of EE2 on mercury were tested as possible screening methods. The established methods were optimized using spiked samples. After comparing their quantitation limits, selectivity and precision, they were applied to real sewage water samples for showing qualification.

Das Prostatakarzinom ist die häufigste Krebserkrankung des Mannes. Bei den zu Tode führenden Tumoren wird es im Jahre 2003 nach dem Bronchialkarzinom an 2. Stelle stehen. Diese Inzidenz zeigt, dass dringend neue diagnostische Marker und therapeutische Zielgene zur Behandlung von Prostatakrebs benötigt werden. Ziel dieser Dissertation war es, mit Hilfe der DNA-Chiptechnologie neue tumorrelevante Gene für eine Small-Molecule- und Antikörper-Basierte Therapie des Prostatakarzinoms zu identifizieren. Auf einen proprietären Tumor-Chip der Firma metaGen Pharmaceuticals GmbH wurde mikrodissektiertes Normal- und korrespondierendes Tumorgewebe von 52 Prostatatumorpatienten hybridisiert. Mit Hilfe bioinformatischer Analysen der Chipergebnisse konnte das Gen TRPM8 identifiziert werden, das in Prostatatumoren in mehr als 56% der Patienten überexprimiert ist. Northern-Blot, Dot-Blot und Chipexperimente zeigten, dass TRPM8 ungewöhnlich gewebespezifisch exprimiert wird. In mehr als 400 getesteten Tumorpatienten und in 23 Normalgeweben wurde TRPM8 ausschließlich in der Prostata und neuroendokrinen Tumoren nachgewiesen. TRPM8 gehört zur Familie der Transient Receptor Potential Channel Proteins. Es konnte hier erstmals in Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer-Experimenten (FRET) gezeigt werden, dass TRPM8 Multi-Homomere bildet. Dies wurde bisher nur für Kanäle anderer TRP-Subfamilien (TRPV und TRPC) gezeigt. Weiterhin konnten erstmals mehrere Spleißvarianten von TRPM8 identifiziert werden. Quantitative RT-PCR Experimente zeigten, dass diese noch stärker in Prostatatumoren überexprimiert sind als TRPM8 selbst. Des Weiteren wurde ein neues Gen auf dem DNA-Gegenstrang von TRPM8 entdeckt, das mit Exon 11 von TRPM8 100% komplementär ist und an der Regulation von TRPM8 beteiligt sein könnte. Der Promotor von TRPM8 wurde durch eine in silico Analyse identifiziert und in vitro bestätigt. Obwohl eine starke androgenabhängige Expression von TRPM8 in LNCaP Zellen gezeigt werden konnte, wurden keine Bindungsstellen für androgenabhänginge Elemente gefunden. Allerdings ließen sich drei Bindungsstellen des androgenregulierten Homeoboxgens NKX3.1 identifizieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass TRPM8 und seine Isoformen aufgrund ihrer Gewebspezifität ausgezeichnete Angriffspunkte für eine zielgerichtete Prostatakrebstherapie sind. / Prostate cancer is the most commonly diagnosed malignancy in men in the Western World. In 2003 malignancies of the prostate will be the second most common fatal cancer in men after lung cancer as estimated by the American Cancer Society. Despite the tremendous efforts made in the past to improve the treatment of prostate cancer patients, there is still an urgent need for new markers and therapeutic targets for medication. The aim of this thesis was the identification of new genes relevant in prostate cancer, which could be used in a small-molecule or antibody based therapy of prostate cancers. Microdissected matched prostate cancer and normal tissues of 52 prostate cancer patients were hybridized to a proprietary high density Cancer-Chip based on Affymetrix GeneChip technology. Using a bioinformatic analysis, it was possible to identify TRPM8, which was highly overexpressed in 56% of prostate cancer patients. Northern blot, dot blot and gene chip experiments revealed that TRPM8 expression is extremely tissue specific. Of 400 patients and 23 tissues tested, TRPM8 expression could only be detected in the prostate and neuroendocrine tumors. Functionally, the protein belongs to the transient receptor potential channel family of non-voltage gated proteins. It could be shown for the fist time that TRPM8 subunits form homomers using FRET technology. Molecular characterization of TRPM8 transcription revealed multiple splice forms of TRPM8. Further, it was possible to identify a new mRNA present on the opposite strand of TRPM8, which was 100% complementary to exon 11 of TRPM8, thus it could possibly function as a regulatory RNA of TRP channel. All of these isoforms were found to be even higher overexpressed in prostate tumors than TRPM8 itself. The promoter region of TRPM8 was identified using in silico methods and confirmed in promoter reporter assays. Although a high androgen dependent transcriptional activation of TRPM8 could be found by RT-PCR in LNCaP cells, no androgen responsive elements was identifiable within the promoter region. On the other hand three binding sites for the androgen dependent homeobox gene NKX3.1 and several other homeobox genes were discovered. The results of the thesis show that TRPM8 and its isoforms are, due to their tissue specificity, ideal targets for the development of new therapeutic drugs for the treatment of prostate cancer.

Die Tryptophanhydroxylase (TPH) katalysiert den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der Synthese des wichtigen Neurotransmitters Serotonin. Kürzlich wurde ein zweites TPH-Isozym, die TPH2, entdeckt. Es stellte sich heraus, dass dieses Isozym für die Serotoninsynthese im Zentralnervensystem verantwortlich ist, wohingegen die TPH1 lediglich der Ausgangspunkt der Serotoninsynthese in den peripheren Geweben ist. Da Störungen im Serotoninstoffwechsel mit einer Vielzahl von psychiatrischen Erkrankungen in Verbindung gebracht werden, rückt nun die als neuronales Enzym identifizierte TPH2 in den Fokus der Forschung. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass TPH1 und 2 sich nicht nur in ihren Expressionsorten sondern auch in ihren grundlegenden biochemischen Eigenschaften voneinander unterscheiden. Die TPH1 stellte sich als aktiveres der beiden Enzyme heraus. Der N- und C-Terminus der TPH2 konnten als auf die Aktivität des Enzyms inhibierend bzw. aktivierend wirkende Strukturen identifiziert werden und stellen damit interessante Angriffspunkte für die pharmakologische Beeinflussung dar, wobei der N-Terminus als TPH2-spezifische Struktur eine gezielte Beeinflussung des serotonergen Systems im Zentralnervensystem ohne Auswirkungen auf das periphere System ermöglichen würde. In weiteren Projekten konnte die Existenz von mindestens zwei, die Enzymaktivität nicht beeinflussenden Proteinkinase A-Phosphorylierungsstellen in der TPH2 nachgewiesen werden, es konnte ein auf einem fluorometrischen Prinzip basierender High-Throughput-Assay zur Bestimmung der TPH-Aktivität entwickelt werden, Tubulin beta2A wurde als Interaktionpartner der TPH2 identifiziert, die Auswirkungen eines in vitro aktivitätssenkenden Tph2-SNPs auf die Serotoninlevel und das Verhalten verschiedener Mausstämme konnte durch die Generierung und Untersuchung von congenen Mäusen als unbedeutend eingestuft werden und die Expression von TPH1-mRNA wurde als Marker für endometriale Karzinome identifiziert. / Tryptophan hydroxylase (TPH) catalyzes the rate limiting step of the synthesis of the important neurotransmitter serotonin. Recently a new TPH isoenzyme, TPH2, was discovered. It turned out that this isoenzyme is responsible for the serotonin synthesis within the central nervous system, whereas the TPH1 is merely the starting point of serotonin synthesis in peripheral tissues. Since dysfunction in the metabolism of serotonin is related to a large number of psychiatric diseases, the neuronal TPH2 moved into the centre of interest. As a basis for the pharmacological manipulation of the central nervous serotonergic system, without influencing the periphery, the identification of differences between the two isoenzymes is essential. In this thesis it was shown that TPH1 and 2 not only differ in their expression sites but also in their basic biochemical characteristics. TPH1 turned out to be the more active enzyme. Furthermore it was shown that the N- and C-termini of TPH2 have an inhibitory respectively activating influence on the enzymatic activity. Therefore they became interesting targets for pharmacological interference, whereas the N-terminus as a TPH2 specific structure would facilitate the manipulation of the central nervous serotonergic system without exerting influence on the peripheral system. In further projects the existence of at least two protein kinase A phosphorylation sites could be verified, whereas the phosphorylation doesn’t seem to have any influence on the enzymatic activity, a high throughput assay for determination of TPH activity, based on a fluorometric principle, was developed, Tubulin beta2A was identified as a TPH2 interaction partner, the effect of a SNP in the Tph2 gene that decreases the TPH2 activity in vitro on the serotonin level and the behaviour of different mouse strains could be rated as insignificant by the generation of congenic mice und the expression of TPH1 mRNA was identified as a marker for endometrial cancer.

Das Humane Immundefizienzvirus (HIV) ist der Erreger von AIDS und als Zoonose von den Schimpansen (HIV-1) bzw. den Rauchmangaben (HIV-2) auf die menschliche Population übergesprungen. Diese Primatenspezies sind die natürlichen Wirte für die simianen verwand-ten Viren SIVcpz bzw. SIVsm. Die nicht-natürlichen Virus-Wirt-Beziehungen der Immundefizienzviren resultieren in einem pathogenen Verlauf, wie HIV im Menschen und SIVmac in Rhesusmakaken. Die natürlichen Wirte Rauchmangaben, Schimpansen, Afrikanische Grüne Meerkatzen (AGM) und viele mehr entwickeln hingegen kein simianes AIDS. Dies erfolgt trotz lebenslanger Infektion mit SIV und einer zur HIV-Infektion im Menschen äquivalenten Viruslast. Die natürlichen Wirte weisen darüber hinaus keine Immunantwort gegen das virale Kernprotein Gag (gruppen-spezifisches Antigen) auf, was ein früh und zahlreich gebildetes Protein während der Virusreplikation ist. Die fehlende humorale Immunantwort könnte die natürlichen Wirte vor Aktivierung des Immunsystems und dadurch auch vor sAIDS bewahren. Frühere Versuche in AGM mit injiziertem SIVagmGag-Protein zeigten zwar, dass die Induktion einer humoralen Immunantwort gegen SIVagmGag möglich ist, diese aber schon nach kurzer Zeit wieder absinkt. Des Weiteren bildete sich durch Infektion mit SIVagm in den Tieren keine anamnestische Immunantwort heraus, die für die Erkennung von gleichen Epitopen maßgeblich ist. Es scheint ein Unterschied in der Erkennung von exogenem injiziertem SIVagmGag-Protein zu endogenem, durch das Virus selbst gebildetem, Protein in den AGM zu bestehen. Folglich wurde die Hypothese aufgestellt, dass eine Immunisierung mit SIVagmGag-DNA unter Umgehung des Unterschieds in der Proteinprozessierung eine anamnestische Immunantwort in den AGM induziert. Um diese Hypothese zu testen und die Gag-Immunreaktion in Abwesenheit anderer viraler Gene bezüglich der Pathogenität zu evaluieren, wurden codonoptimierte SIVagmGag- und SIVmacGag-DNA Immunisierungsvektoren generiert. Die Proteinexpression wurde in vitro und die Immunogenität in Balb/c und C57Bl/6 Mäusen getestet. Jeweils eine Gruppe von vier AGM erhielt bioballistisch SIVagmGag-DNA bzw. SIVmacGag-DNA. Als Kontrollen dienten mit codonoptimierter DNA immunisierte Rhesusmakaken sowie mit Leervektor immunisierte Primaten beider Spezies. Als Kostimulanz wurde zusätzlich jeweils speziesspezifische gmcsf DNA verwendet. Im Gegensatz zu den Rhesusmakaken konnte in den AGM durch DNA-Immunisierung keine zelluläre und nur eine schwache, transiente humorale anamnestische Immunantwort nach Infektion induziert werden, obwohl beide Gag-Proteine endogen produziert wurden. Daher kann die fehlende anamnestische Immunantwort der AGM nach Immunisierung mit Gag-Protein vermutlich nicht auf Unterschiede in der Proteinprozessierung und -erkennung (endogen versus exogen) zurückgeführt werden. Die Ergebnisse dieser Studie deuten an, dass während der Infektion dieses natürlichen Wirtes eine aktive Unterdrückung der anti-Gag-Antikörperantwort stattfindet, möglicherweise induziert durch eine Anergie in Gag-spezifischen T-Helferzellen. / The causative agents of AIDS, the human immunodeficiency viruses (HIV-1 and HIV-2), were transmitted zoonotically to the human population from the natural hosts of the related simian immunodeficiency viruses SIVcpz (chimpanzees) and SIVsm (sooty mangabeys), respectively. In contrast to the outcome of infections in non-natural hosts (e.g. HIV in humans, SIVmac in rhesus macaques), the natural hosts of SIV do not develop simian AIDS-like symptoms despite life-long infection with virus loads matching those seen in HIV-infected humans. Many such natural host primates infected with SIV, such as SIVagm-infected African green monkeys (AGMs), fail to mount an antibody response to the intact viral core protein Gag (group-specific antigen), a protein produced extensively during infection. It has been postulated that this lack of an immune response to Gag could protect the natural hosts from immunopathological effects and therefore from simian AIDS. Previous studies in AGMs indicated that Gag protein produced endogenously during infection is ''seen'' by the immune system differently than that introduced exogenously by protein immunisation, possibly through differences in processing or through specific tolerance at the T-cell level. To address these possibilities, primate studies were performed in which the responses in the natural and non-natural hosts to endogenously produced Gag protein in the absence of other viral genes were compared and the influence of such endogenous priming on the immune response to infection was evaluated. This was achieved by bioballistic immunisation of AGMs and rhesus macaques with codon-optimised DNA coding for SIVagm or SIVmac Gag protein delivered together with DNA coding for the species-specific GM-CSF cytokine. Prior to the primate studies, the DNA constructs were evaluated in BALB/c and C57Bl/6 mice for immunogenicity and protein expression. In contrast to the rhesus macaques, SIVagmGag DNA immunisation of African green mon-keys generally failed to prime for an anamnestic cellular immune response and primed for only a weak, transient anamnestic humoral response to the protein upon infection, despite the proteins resulting from both immunisation and infection being produced endogenously. Differences in protein processing and recognition (endogenous versus exogenous) do not therefore appear to account for the lack of priming for an anamnestic immune response seen using a protein immunogen. Rather, the results seem to indicate that an active suppression of the anti-Gag immune response may occur during infection of this natural host of SIV, possibly by the induction of anergy in Gag-specific Th cells.

Die Zellreplikation ein kontrollierter Prozess aus sequentieller und zeitlich koordinierter Aktivierung und Abbau von Zyklinen, die einen schnellen Übergang zwischen den Zyklusphasen ermöglichen. Dabei ist der Erfolg bei der Ermittlung der wichtigsten Komponenten und Aufgliederung der Schaltmechanismen im Wesentlichen auf die gleichzeitige Anwendung von Modellsystemen wie Hefe, Frosch und Fliege zurückzuführen. Das heutige Verständnis des Zellzyklus muss erweitert werden, um zu überprüfen ob die Erkenntnisse auch auf in-vivo Modelle von Säugetieren wie der Maus zutreffen. Es existieren solche Modelle, die sich auf spezifische Kontrollpunkte oder Übergänge konzentrieren, allerdings noch kein integriertes Modell, in dem der Zellzyklus durch eine Verletzung im Säugetier induziert wird. Das Modellsystem der Leberregeneration bei Nagern wurde gewählt, da es sich durch das am höchsten verbreitete Phänomen der Synchronisation der Zellproliferation auszeichnet. Mit dem Fokus auf die Frage, wie die Zellen durch pro-inflammatorische Signale nach Verletzungen ins Priming in der G1/S Phase eintreten, gingen wir in einen durch Zytokine und Wachstumsfaktoren induzierten Säugetier-Zellzyklus über. Weiterhin wurden mitotische Ereignisse modelliert, die zum Alles-oder-Nichts G2/M Übergang und dem mitotischen Ausgang führen. Wir konzentrieren uns auf die vielversprechende Funktion von Cdh1 in der Zellzykluskontrolle, welches bekanntlich eine Schlüsselrolle in der G1 Phase spielt. Weiterhin haben wir dessen Rolle bei der Verzögerung der G2 Phase untersucht. Wir vermuten eine zentrale Rolle von Cdh1 im Zellzyklus durch die Kontrolle der Dynamik der Zykline. Das Modell ist ein Versuch, die Kernmechanismen der Zellzykluskontrolle bei Säugetieren zu verstehen. Besseres Verständnis der Mechanismen in der Säugetierzelle würde das Studium der Zellphysiologie im Hinblick auf Störungen der humanen Zellzyklusmaschinerie, welche zu Krankheiten wie Krebs führen. / Cell replication is a controlled process with sequential and timely activation and degradation of cyclins leading to swift transitions between the phases of the cell cycle. The essential achievement in identifying the key components and in dissecting the mechanisms of the cell cycle circuitry has been attributed to the simultaneous use of model systems like yeast, frogs, and flies. Present understanding of the cell cycle needs to be extended to investigate whether those findings also apply to mammalian in-vivo models like mice. We chose liver regeneration in mammals as the model system because it is the most synchronised cell proliferation phenomenon, where 95\% of the cells simultaneously enter cell cycle. The G1-S phase transition was modelled, focusing on how injury induced pro-inflammatory signals \textit{prime} the cells in G1 phase and consequently both cytokine and growth factor induced pathways lead to further cell cycle progression. The model was further extended to mitotic events leading to the all-or-none G2-M transition and mitotic exit. I focussed on the emerging role of Cdh1 in the mammalian cell cycle. Cdh1 known for its role in G1 phase was further investigated for its role G2 delay. Cdh1 was suggested to be at the core of the cell cycle machinery controlling cyclin dynamics. This model is an attempt in understanding core machinery of the mammalian cell cycle. Better understanding of the cell cycle control system in mammalian cells would enable understanding perturbations of the human cell cycle machinery which lead to diseases like cancers.

Zellkultursysteme mit Krebszelllinien werden seit Langem zur Untersuchung der Interakti-on zwischen Pathogenen und ihren Wirtszellen eingesetzt. Diese Systeme eignen sich aufgrund der reduzierten Komplexität für die Analyse einzelner Faktoren, spiegeln jedoch nicht den Zustand primärer Zellen oder die komplexe Gewebestruktur wieder. Um die Beschränkungen zu umgehen, wurden in dieser Arbeit neue Modelle etabliert auf der Grundlage von reversibel immortalisierten humanen Primärzellen und ex vivo Kultur von intaktem humanem Eileitergewebe. Infektionen mit dem humanpathogenen Bakterium Chlamydia trachomatis, welches chronische Schmerzen oder Unfruchtbarkeit auslösen kann, wurden in diesen Modellen untersucht. Reversible Immortalisierung wurde mit pri-mären human Eileiterzellen (FT Zellen) und humanen Nabelschnurzellen (HUVEC) durchgeführt. Das System basiert auf lentiviralem Gentransfer und dem Cre-lox-System. HUVEC Zellen wurden mit Kombinationen der Onkoproteine hTERT, SV40T und Bmi1 immortalisiert. Immortalisierung von FT Zellen wurde mit SV40T und Bmi1 erreicht. Eine Analyse der FT Zelllinien zeigte Veränderungen des Karyotyps durch die Immortalisie-rung. Bemerkenswerterweise konnten die Stammzellmarker CD44 und Oct4 in FT Zellen nachgewiesen werden. Ex vivo Gewebekultur humaner Eileiter wurde als stabiles Infekti-onsmodel für Chlamydia trachomatis etabliert. Mittels hochauflösender Konfokal-mikroskopie wurde gezeigt, dass die Infektion mit C. trachomatis tiefgreifende Verände-rungen im Epithel der Mukosa auslöst und zum Verlust der Zelladhäsion und Zellpolarität führt. Ein erhöhter Anteil apoptotischer Zellen wurde nach Infektion mit Serovar D beo-bachtet, einem klinischen Isolat des Genitaltraktes. Dieses Ergebnis steht im Gegensatz zu Infektionen mit dem Laborstamm Serovar L2. Phänotypische Veränderungen in nicht infizierten Zellen weisen auf die Existenz parakriner Signalwege während der akuten In-fektion und Veränderung der epithelialen Homeostase hin. / Cell culture systems with cancer-derived cell lines have long been used to study the interaction between pathogens and their host cells. Due to reduced complexity these systems are convenient for the analysis of single factors; however, they do not represent the condition of primary cells or the complex tissue structure. To circumvent these limitations new models were established in this study on the basis of reversibly immortalized human primary cells and ex vivo culture of intact human fallopian tube tissue. Infections with the human pathogenic bacterium Chlamydia trachomatis, which can lead to chronic pain or infertility, were analyzed in these models. Reversible immortalization was applied to primary human fallopian tube (FT) cells and human umbilical vein cells (HUVEC). This system is based on lentiviral gene transfer and the Cre-lox-system. HUVEC cells were immortalized with a combination of two of the oncoproteins hTERT, SV40T and Bmi1. Immortalization of FT cells was achieved with SV40T and Bmi1. Analysis of FT cell lines revealed changes of the karyotype induced by immortalization. Remarkably, the stem cell markers CD44 and Oct4 were detected in FT cells. Ex vivo tissue culture of human fallopian tubes was established as stable and reliable infection model for Chlamydia trachomatis. Via high resolution confocal analysis the infection with C. trachomatis was discovered to trigger profound changes in the epithelial mucosa, causing loss of cell adhesion and polarity. Interestingly, an increase in the rate of apoptotic cells was observed after infection with serovar D, a clinical genital tract isolate. This finding is in contrast to infections with serovar L2, a laboratory strain. Phenotypic changes in non-infected cells suggest the existence of paracrine signalling during acute infection and change in epithelial homeostasis.