SPRED2 ist ein Inhibitor des Ras/ERK-MAPK-Signalwegs. Um die Folgen einer SPRED2-Defizienz zu erforschen, wurden im Rahmen vorheriger von Ullrich et al. durchgeführter Untersuchungen mittels Gene-Trap-Methode bereits mannigfaltige Auffälligkeiten im Phänotyp der SPRED2-Mäuse festgestellt. So zeigten die Tiere einen Hypochondroplasie-ähnlichen Zwergenwuchs, Verhaltensauffälligkeiten, einen krankhaft gesteigerten Wasserkonsum und nicht zuletzt eine deutlich reduzierte Lebenserwartung im Vergleich mit den WT-Tieren. Des Weiteren fielen erhöhte Aldosteronspiegel auf, die bei näheren Untersuchungen nicht einer erhöhten Aktivität des RAAS geschuldet zu sein schienen. Vielmehr zeigte sich eine deutlich erhöhte Aldosteron-Synthase-Expression in der Nebennierenrinde. Erste Hinweise darauf, dass die SPRED2-Defizienz auch Auswirkungen auf den kardiologischen Phänotyp haben könnte, ergaben sich bereits bei initialen Untersuchungen von Ullrich et al. So konnte bei den SPRED2-KO-Tieren neben hämodynamischer Auffälligkeiten eine gesteigerte Herz-Körpergewicht-Ratio festgestellt werden. Die im Rahmen dieses Folgeprojekts durchgeführten Untersuchungen sollten die Frage klären, ob die Defizienz des SPRED2-Gens Auswirkungen auf die Herzleistung hat und hierüber die verkürzte Lebenserwartung der KO-Tiere verschulden könnte. Hierfür wurden zunächst Untersuchungen der elektrischen kardialen Aktivität mittels EKG und Elektrophysiologischer Untersuchung durchgeführt. Die Ermittlung von Herzrhythmusstörung und die Quantifizierung derselben spielte hierbei eine besondere Rolle. Des Weiteren sollte mit der Durchführung von PSR-Färbungen zur Bestimmung des kardialen Kollagengehaltes histologischen Fragestellungen Rechnung getragen werden. Aufgrund des bereits aus den vorherigen Studien bekannten Hyperaldosteronismus der KO-Tiere stellte sich darüber hinaus die Frage, ob die im Rahmen der Studie feststellbaren kardiologischen Auffälligkeiten als Konsequenz der gesteigerten Aldosteronwerte, oder aber als direkte Folge des Genotyps gewertet werden müssen. Aus diesem Grund wurden alle oben genannten Untersuchungen mit Tieren, welche einer Behandlung mit dem Aldosteronantagonisten Eplerenon zugeführt worden waren, wiederholt. Bei der Auswertung der basalen Ruhe- und Stress-EKGs zeigten sich einige Parameter bei den KO-Tieren pathologisch verändert. So war das QRS-Intervall, als Korrelat zur intraventrikulären Überleitungszeit, bei den KO-Mäusen verlängert, im Stress-EKG waren darüber hinaus sowohl die Dauer der P-Welle als auch des PQ-Intervalls erhöht. Durch die Behandlung mit Aldosteron waren diese Unterschiede zwischen WT- und KO-Gruppe teilweise nicht mehr feststellbar. Das die atrioventrikuläre Überleitungszeit abbildende PQ-Intervall war sowohl im Vergleich mit dem behandelten WT, als auch mit dem unbehandelten WT nicht mehr signifikant erhöht. Auch die Länge des QRS-Komplexes näherte sich unter Eplerenon-Behandlung dem der unbehandelten WT-Tiere an und sank bei der Stress-EKG-Auswertung sogar unterhalb des Signifkanzniveaus. Bei der EKG-Analyse in Bezug auf Arrhythmien ergab sich bei Gegenüberstellung der basalen WT- und KO-Gruppe eine deutlich gesteigerte Vulnerabilität für Herzrhythmusstörungen bei den KO-Tieren. Durch die Behandlung mit Eplerenon konnte hierbei ein deutlicher Erfolg erzielt werden mit signifikanter Reduktion der Arrhythmieereignisse. Die elektrophysiologische Untersuchung ergab neben unauffälligen Parametern der Funktion des Sinusknotens und der AV-Überleitung ebenfalls Hinweise für eine gesteigerte Empfindlichkeit für Arrhythmien. Die durch EPU induzierten Arrhythmien zeigten sich durch Eplerenon-Behandlung gleichermaßen rückgängig. Mittels Kollagenfärbung konnte der initiale Verdacht, dass die SPRED2-KO-Tiere zu einer vermehrten kardialen Fibrosierung neigen, bestätigt werden. Dabei zeigte sich durch die Behandlung mit Eplerenon eine deutliche Beeinflussung und Reduktion des kardialen Kollagengehaltes. Insgesamt lässt sich schlussfolgern, dass die mannigfaltigen phänotypischen Effekte, die die SPRED2-Defizienz bedingt, nur teilweise dem Hyperaldosteronismus der Tiere geschuldet sind und durch therapeutische Einflussnahme auf diesen auch nur partiell kompensiert werden können. / SPRED proteins are inhibitors of the Ras/ERK/MAPK signaling pathway, an evolutionary highly conserved and very widespread signaling cascade regulating cell proliferation, differentiation, and growth. To elucidate physiological consequences of SPRED2 deficiency, SPRED2 KO mice were generated by a gene trap approach and heart investigations were systematically performed. An initial phenotypical characterization in studies of Ullrich et al showed a hypochondroplasia-like dwarfism, abnormally high water uptakes, behavioural syndromes with excessive grooming and reduced survival times. Also, investigations revealed hyperaldosteronism in SPRED2 KO mice with doubled serum aldosterone as compared with WT mice. Systematic investigation of contributing upstream hormone axes demonstrated, that hyperaldosteronism developed independently of an overactivated Renin-Angiotensin system as indicated by halved serum Ang II levels in KO mice. However, aldosterone synthase expression in the adrenal gland was substantially augmented. First indications for cardiac pathologies in SPRED KO mice resulted from initial cardiac tests of Ullrich et al., revealing enlarged hearts with elevated heart weight/body weight ratios, as well as increased stroke volumes in KO mice. To investigate whether the cardiac phenotype and the reduced survival time is a consequence of the genotype or secondary due to hyperaldosteronism, electrocardiograms, electrophysiological studies, both with arrhythmia analysis, as well as PSR-stainings, were performed with untreated mice, as well as animals after eplerenone treatment. Some ECG-parameters showed significant differences, for example QRS-interval was prolonged in KO-mice, as correlation for ventricular conduction time. Under isoproterenol stimulation, p-wave duration as well as PQ-interval revealed to be extended. These differences showed to be reduced due to eplerenone treatment, in case of PQ-time and QRS-interval after isoproterenol stimulation, even in significant dimension. Concerning the arrhythmia analysis in ECG and EPU, results showed a distinctly increased vulnerability for arrhythmias in KO-mice, which could be influenced with eplerenone treatment. EP studies revealed no significant differences regarding function of sinus and atrioventricular node, but, analogous to ECG-studies, significant more and severe arrhythmias could be detected in KO-mice, which could be clearly reduced with eplerone. By use of Picro-sirius red staining as a tool to appraise collagen fibers, a significant higher amount of collagen in heart slices of KO-mice could be proved, while treatment with eplerenone reduced fibrosis distinctly, both in WT and in KO-mice. In summary, manifold phenotypical characterizations of SPRED2 KO mice showed to be only partially result of the hyperaldosteronism and revealed only partial influence due to eplerenone treatment.

Das Cochlea-Implantat (CI) ermöglichte bereits >300 000 hochgradig hörgeschädigten Menschen weltweit eine grundsätzlich wiederhergestellte Hörfunktion. Es wird angenommen, dass sich das Sprachverständnis von CI-Trägern verbessert, wenn die funktionale Trennung der CI-Kanäle erhöht wird. Neben verschiedenen auf die auditorische Peripherie beschränkten Ansätzen gibt es Überlegungen, eine verbesserte Kanaltrennung durch die Rehabilitation taubheitsinduzierter Degenerationen in der spektralen Verarbeitung im zentralen auditorischen System zu erreichen. Es konnte in ertaubten Tieren bislang allerdings kein adäquates CI-Stimulationsmuster beschrieben werden, dass es erlaubte, eine gezielte neuronale Plastizität in der spektralen Verarbeitung zu induzieren. Die Arbeitsgruppe um M.P. Kilgard (UT Dallas, USA) zeigte in mehreren Studien in hörenden Tieren, dass auditorische Stimulation gepaart mit elektrischer Vagusnerv-Stimulation (VNS) zu einer gezielten kortikalen Plastizität führt. Diese gepaarte Stimulation konnte die spektrale Verarbeitung von Signalen im auditorischen Kortex (AC) gezielt beeinflussen und so z.B. pathologisch verbreiterte Repräsentationen von Tönen wieder verfeinern. Dieses hochgradige Potential für gezielte Plastizität im AC durch die gepaarte VNS scheint eine vielversprechende Lösung darzustellen, um die durch verbreiterte Repräsentation im ertaubten AC verminderte CI-Kanaltrennung zu verbessern. Vor diesem Hintergrund sollte in der vorliegenden Promotion die Übertragbarkeit dieses hochgradigen Potentials auf das ertaubte und CI-stimulierte auditorische System evaluiert werden. Um die CI-Kanaltrennung zu untersuchen, wurde ein Multikanal-CI für die Mongolische Wüstenrennmaus (Gerbil) entwickelt. Trotz der kleinen Ausmaße von Cochlea und AC im Gerbil und der generell breiten neuronalen Erregung durch intracochleäre elektrische Stimulation konnte eine tonotop organisierte und selektive Repräsentation der neuronalen Antworten für mehrere CI-Kanäle im AC nachgewiesen werden. Für die gepaarte CI/VN-Stimulation wurden die Tiere zusätzlich mit einer Manschettenelektrode um den linken zervikalen Nervus vagus (VN) implantiert. Die chronischen Implantate erlaubten über mehrere Wochen hinweg eine stabile und zuverlässige elektrische Stimulation im frei-beweglichen Gerbil. Damit kombiniert das in dieser Promotion entwickelte Multikanal-CI-VNS-Modell die Vorteile einer tonotop selektiven und stabilen neuronalen Aktivierung mit den ethischen, kostenrelevanten und entwicklungsbezogenen Vorteilen, die der Einsatz von Kleinnagern bietet. Als nächster Schritt wurde das grundsätzliche Potential der gepaarten CI/VN-Stimulation für gezielte plastische Veränderungen im AC des Gerbils getestet. Engineer et al. (2011) hatten bereits in akustischen Studien in hörenden Ratten die kortikale Überrepräsentation eines einzelnen chronisch mit VNS gepaarten Tones gezeigt. In der vorliegenden Promotion wurde versucht, die Ergebnisse aus der akustischen Studie in hörenden Ratten in zwei verschiedenen Studien im Gerbil zu reproduzieren. Analog zur gepaarten Ton/VN-Stimulation in der Ratte untersuchten wir zuerst in ertaubten Gerbils die Auswirkungen einkanaliger CI-Stimulation gepaart mit VNS. Im AC des Gerbils konnten keine Veränderung der zentralen Repräsentation des VNS gepaarten CI-Kanals festgestellt werden. Um speziesspezifische (Ratte vs. Gerbil) und stimulusspezifische (akustisch vs. elektrisch) Unterschiede zwischen den Studien als mögliche Gründe für das Ausbleiben der VNS induzierten Plastizität auszuschließen, wurde nun die gepaarte Ton/VN-Stimulation (Engineer et al., 2011) im hörenden Gerbil wiederholt. Eine kortikale Überrepräsentation des VNS gepaarten Signals konnte aber auch im hörenden Gerbil nicht reproduziert werden. Mögliche Gründe für die Diskrepanz zwischen unseren Ergebnissen im Gerbil und den publizierten Ergebnissen in der Ratte werden diskutiert. Die generelle Funktionsfähigkeit der VNS in den chronisch stimulierten Tieren wurde durch die Ableitung VNS evozierter Potentiale (VNEP) kontrolliert. Ein speziesspezifischer Unterschied erscheint bei der biologischen Nähe von Ratte und mongolischer Wüstenrennmaus unwahrscheinlich, kann allerdings durch die vorliegenden Studien nicht vollständig ausgeschlossen werden. Eine Abhängigkeit des plastischen Potentials der gepaarten VNS von der Stimulationsintensität ist bekannt. Da Ratten und Gerbils ähnliche VNEP-Schwellen zeigten und mit identischen VNS-Amplituden stimuliert wurden, gehen wir davon aus, dass Unterschiede im plastischen Potential gepaarter VNS zwischen beiden Spezies nicht auf die verwendete Stimulationsintensität zurückzuführen sind. Die beschriebene Diskrepanz im Potential für kortikale Plastizität durch gepaarte VNS weckt Zweifel an der Übertragbarkeit des für die Ratte publizierten Potentials auf andere Spezies, einschließlich des Menschen. / Worldwide, cochlear implants (CI) successfully restored hearing in >300 000 severely hearing- impaired patients. It is assumed that speech discrimination ability of CI users can be improved by increasing the number of functionally independent CI-channels. Aside from several approaches that focus on manipulations of the auditory periphery, there are considerations to target the central auditory system in order to improve CI-channel discrimination by restoring deafness-induced degradations in the neuronal spectral processing of auditory signals. Despite several studies in deaf animals on the effects of chronic CI-stimulation on the spectral representation of electric signals in the central auditory system, it was not yet possible to identify CI-stimulation patterns that were effecttive in inducing directed neuronal plasticity. In hearing animals, M.P. Kilgard and colleagues (UT Dallas, USA) showed that auditory stimulation paired with electric vagus nerve stimulation (VNS) can induce targeted cortical plasticity. The stimulus-specific potential of such paired stimulation was found to affect spectral signal processing in auditory cortex (AC) and was successfully used to restore pathologically expanded representations of acoustic tones. This powerful potential of paired VNS for directed plasticity in AC appears to be a promising approach to improve deafness-induced degradations in CI-channel representation in the central auditory system. The aim of this project was, therefore, to test the potential of paired CI/VN-stimulation on spectral neuronal plasticity in the deaf auditory system. To investigate spectral interactions to intracochlear stimulation in the central auditory system, a multichannel CI for the Mongolian gerbil was developed. Despite the small scale of the gerbil cochlea and AC and despite the well-known broad spread of electric activation with a CI, tonotopic and selective representations of neuronal responses to several CI-channels were demonstrated in AC. To test the effects of paired CI/VN-stimulation on spectral signal processing, animals were implanted with a cuff electrode around the left cervical vagus nerve (VN). Chronic implants provided effective and reliable stimulation for several weeks in the free-moving gerbil. Taken together, the here described multichannel-CI-VNS-model combines the advantages of tonotopically selective and stable neuronal activation with the ethical, cost-related and developmental advantages of using rodents in auditory research. As a next step, the potential of paired CI/VN-stimulation for directed plastic changes in the gerbil AC was tested. In acoustic studies in hearing rats, Engineer et al. (2011) had already reported the cortical overrepresentation of a single tone that was paired with VNS. In this project, we tried to reproduce the results of this acoustic study by two different studies in the Mongolian gerbils. First, analogue to the paired tone/VN-stimulation in the rat we investigated the effects of single channel CI-stimulation paired with VNS in the deaf gerbil. Results showed no effect of VNS on the spectral representation of the paired CI-channel in gerbil AC. To exclude species-specific (rat vs. gerbil) and stimulus-specific (acoustic vs. electric) differences between the two studies as potential causes underlying the lack of VNS-induced plasticity, we next repeated the paired tone/VN stimulation (Engineer et al. 2011) in the hearing gerbil. Again, a change in the cortical representation of the VNS-paired signal could not be reproduced in the hearing gerbil. Potential reasons for the discrepancy between our results in gerbils and the published results in rats are discussed. The general efficacy of VNS in the chronically stimulated animals was controlled by measuring VNS evoked potentials (VNEP). A species-specific difference seems to be unlikely, because of the biological proximity of rat and gerbil, but cannot fully be excluded by the present studies. It is known that the plastic potential of paired VNS is dependent on the stimulation level. Given that both rats and gerbils revealed similar VNEP thresholds and were stimulated with identical VNS-amplitudes, we conclude that differences in the plastic potential of paired VNS between both species are not explained by the used stimulation intensity. The described discrepancy in the potential of paired VNS for cortical plasticity creates doubt about the simple transferability of the plastic potential reported in rat to other species, including humans.

Die NO/cGMP-vermittelte Signalkaskade ist im vaskulären System entscheidend an der Regulation des Blutdrucks beteiligt. Innerhalb der Kaskade nimmt die NO-sensitive Guanylyl-Cyclase (NO-GC) eine Schlüsselfunktion als wichtigster Rezeptor für das Signalmolekül Stickstoffmonoxids (NO) ein. NO wird endogen von verschiedenen Isoformen der NO Synthase produziert. Die Bindung von NO an die NO GC führt zur Produktion des sekundären Botenstoffs cyclisches Guanosinmonophosphat (cGMP). Dieser Botenstoff aktiviert verschiedene Effektor-Moleküle und bewirkt letztlich eine Relaxation der glatten Muskulatur. Ein weiterer sekundärer Botenstoff, das Signalmolekül cyclisches Adenosinmonophosphat (cAMP), ist ebenfalls an der Regulation des Tonus der glatten Muskulatur und dadurch an der Blutdruckregulation beteiligt. Unterschiedliche Phosphodiesterasen (PDE) bauen die sekundären Botenstoffe ab und beenden dadurch die Signalkaskaden. Die PDE3 spielt hierbei eine besondere Rolle, da sie eine gemischte Substratspezifität besitzt. Um den Einfluss der NO-GC auf das kardiovaskuläre System zu untersuchen, wurden NO-GC Knockout(KO)-Mäuse mit globaler (GCKO) oder Glattmuskel-spezifischer (SMC-GCKO) Deletion der NO-GC generiert. Um das Zusammenspiel von cAMP und cGMP näher zu beleuchten, wurde im ersten Teil dieser Arbeit die PDE3 genauer untersucht. Im Gefäßsystem wird lediglich die PDE3A und nicht die PDE3B exprimiert. Die Aorten von GCKO- und SMC-GCKO-Tieren reagieren sensitiver auf PDE3A-Blockade als die Kontroll-Tiere. Auch die akute Blockade der NO-GC führt zu diesem Sensitivitätseffekt. Die PDE3A ist in Folge der NO-GC-Deletion sowohl in ihrer Expression, als auch ihrer Aktivität um die Hälfte reduziert. Dies dient vermutlich kompensatorisch dazu, das cAMP-Signal weitgehend zu erhalten und so eine cAMP-induzierte Relaxation der Gefäße zu gewährleisten. Ohne Rückkopplung zwischen den beiden Signalwegen käme es vermutlich zu weiteren negativen Konsequenzen für das Herz-Kreislaufsystem. Diese Daten weisen auf eine direkte Regulation der PDE3 in glatten Muskelzellen durch die NO/cGMP-Signalkaskade und einen PDE3-vermittelten cAMP/cGMP-Crosstalk hin. Der genaue Mechanismus dieser Expressionsregulation ist noch unklar. Denkbar wäre eine cGMP-vermittelte Transkriptionsregulation oder eine Modulation der Translation der PDE3A. Der Verlust der NO-GC führt in GCKO- und SMC-GCKO-Mäusen zu einem erhöhten systolischen Blutdruck von ~30 mmHg. Bei der Entwicklung der arteriellen Hypertonie könnte eine erhöhte Aortensteifigkeit beteiligt sein, die im zweiten Teil dieser Arbeit näher untersucht wurde. In GCKO-Mäusen ist die aortale Steifigkeit und daraus resultierend die Pulswellengeschwindigkeit (PWV) deutlich erhöht. Die Steigerung der PWV wird in den GCKO-Tieren zusätzlich durch den verminderten Aorten-Durchmesser bedingt. Außerdem weisen die Aorten dieser Tiere eine veränderte Wandstruktur auf, die zu einer Verminderung der aortalen Windkesselfunktion führt. Diese Veränderungen könnten die Blutdruckerhöhung in GCKO-Mäusen erklären. In SMC-GCKO-Tieren tritt keine dieser Gefäß-Modifikationen auf. Eine Aortensteifigkeit als mögliche Ursache für den erhöhten systolischen Blutdruck in den SMC-GCKO-Tieren kann somit ausgeschlossen werden. Zur Aufklärung müssen weitere Versuche zum Aufbau der Gefäßwände und zur Bestimmung des peripheren Widerstands gemacht werden. Auch der Einfluss anderer Zelltypen, wie z.B. Perizyten oder Fibroblasten, auf die Blutdruckregulation sollte untersucht werden. / The NO/cGMP-mediated signaling cascade is crucially involved in the regulation of blood pressure. Within the cascade, NO-sensitive guanylyl cyclase (NO-GC) plays a key role as the most important receptor for the signaling molecule nitric oxide (NO). NO is endogenously produced by three different isoforms of NO synthase. Binding of NO to NO-GC stimulates the production of the second messenger cyclic guanosine monophosphate (cGMP). cGMP, in turn, activates various effector molecules, finally leading to smooth muscle relaxation. Another second messenger, the signalling molecule cyclic adenosine monophosphate (cAMP), also participates in the regulation of smooth muscle tone and is thus also involved in the regulation of blood pressure. Phosphodiesterases (PDE) degrade cyclic nucleotides thereby ending their signalling. In order to investigate the effect of NO-GC on the cardiovascular system, mice with global (GCKO) or smooth muscle-specific (SMC-GCKO) deletion of NO-GC have been generated. To shed light into the interplay of cAMP and cGMP, PDE3 was studied in the first part of this thesis. PDE3 plays a special role in cGMP/cAMP crosstalk based on its mixed substrate specificity. From the two PDE3 isoenzymes (PDE3A and PDE3B), only PDE3A is expressed in the aorta. The aortas of GCKO- and SMC-GCKO animals are more sensitive to PDE3A inhibition than those from control animals. The acute blockade of NO-GC using ODQ also leads to this sensitivity effect. As a result of NO-GC deletion, PDE3A expression and activity are reduced by approx. 50%. This is probably a compensatory response in order to maintain functional cAMP signalling and to guarantee cAMP-induced relaxation of blood vessels. These results indicate a direct regulation of PDE3A in smooth muscle cells by the NO/cGMP-signalling cascade and a PDE3-mediated cAMP/cGMP crosstalk. The exact mechanism how NO-GC/cGMP regulates PDE3A expression remains unclear; conceivable options are a cGMP-mediated regulation of transcription or a modulation of PDE3A translation. Loss of NO-GC in GCKO and SMC-GCKO mice leads to an elevated systolic blood pressure by around 30 mmHg. In the second part of this thesis, stiffness of aortae from these KO animals was examined. In GCKO mice, the pulse wave velocity (PWV) was significantly faster than in control animals indicating an increased aortic stiffness. The increase in PWV in GCKO animals is likely to be explained by a reduced aortic diameter. Even though elastin and collagen content were unchanged, the aortas of these animals have an altered wall structure. SMC-GCKO animals show neither an increase in PWV nor morphological changes of the aorta. Thus, an increased aortic stiffness can be excluded as cause for the elevated systolic blood pressure in GCKO animals.

Enteric infections are widespread throughout the world and continue to pose a serious health threat, especially to younger children. Bacterial pathogens apply a plethora of distinct virulence mechanisms to efficiently infect and establish host colonization, consequently leading to various diseases. Campylobacter jejuni is currently the leading cause of bacterial foodborne diarrheal disease worldwide. However, in comparison to other enteric pathogens, relatively little is known about how this bacterium establishes infections and mediates virulence in humans. Its genome lacks classical virulence factors or toxins known from other enteric pathogens and only encodes three known sigma factors, suggesting additional layers of gene regulation. Recent transcriptome studies in C. jejuni confirmed the existence of several small regulatory RNAs (sRNAs). However, their function remains largely elusive. This thesis aimed to uncover novel regulators of C. jejuni virulence and physiology. Therefore, a dual RNA sequencing (dual RNA-seq) experiment was performed upon infection of Caco-2 cells in a recently advanced human intestinal three-dimensional (3D) infection model, in parallel to standard two-dimensional (2D) infection of monolayers. This deep-sequencing approach allows for the simultaneous quantification of host and pathogen transcriptomes on a global scale and was intended to unravel new bacterial host-adaptation and virulence-associated factors, as well as to assess host measures in response to C. jejuni infection. While only a small number of human genes were differentially regulated upon infection with C. jejuni NCTC11168 wild-type (WT) bacteria, a large proportion of bacterial genes were found to be differentially expressed. A closer look at the bacterial transcriptome post infection revealed little overlap between up- or downregulated genes in the 3D tissue model compared to 2D cell culture. In addition, different functional classes were enriched in adhered and internalized bacteria within these two different infection environments. Strikingly, several sRNAs were found to be upregulated during infection, highlighting their potential importance for host-pathogen interactions. In many bacterial species, sRNAs are involved in post-transcriptional regulation and fine-tuning of diverse fundamental processes including pathogenesis. Since their role in C. jejuni physiology was largely unexplored, candidates from the dual RNA-seq experiment were selected to uncover their putative targets and characterize their function in C. jejuni NCTC11168. Therefore, sRNA mutant strains were generated and tested for distinct phenotypic traits such as growth defects, protein expression, and motility in comparison to WT bacteria. Furthermore, growth-dependent differences in sRNA expression were determined and total RNA sequencing (RNA-seq) experiments with sRNA deletion mutants were performed to unravel their targetome, in combination with in-silico predictions. Since flagellar motility is a crucial virulence factor that allows Campylobacter to navigate through the viscous mucus of the human intestine, sRNA involvement in this process was explored in more detail. In contrast to transcriptional control of the hierarchically expressed flagellar components, little is known about post-transcriptional regulation of the flagellar biosynthesis cascade in C. jejuni. To this end, one sRNA (CJnc230), encoded downstream of the flagellar hook structural gene flgE and strongly upregulated after infection of the 3D tissue model, was selected to investigate a potential functional link to bacterial motility. CJnc230 is dependent on the flagellar sigma-54 factor (RpoN) and was found to be co-transcribed with the upstream gene flgE, requiring three distinct ribonucleases (RNases) for its processing and maturation. Termination site sequencing (term-seq) and differential RNA sequencing (dRNA-seq) techniques were used to further dissect CJnc230 biogenesis, revealing the boundaries of the most abundant CJnc230 fragment and the presence of an alternative transcriptional start site (TSS) originating from an independent promoter. RNA-seq was performed with an overexpression mutant of CJnc230 to decipher its biological function. In-vitro and in-vivo approaches confirmed direct interaction of the CJnc230 single-stranded region with the ribosome binding site (RBS) of Cj1387c (putative transcriptional regulator) and flgM (anti-sigma-28 factor) mRNAs, thereby repressing their translation. Phenotypic characterization further demonstrated that the CJnc230 overexpression mutant exhibits increased motility and flagellar filament length. The latter is most likely due to increased expression of the major flagellin flaA after repression of FlgM and indirect transcriptional activation of late flagellar genes, dependent on the flagellar sigma-28 factor (FliA). In contrast to CJnc230, the FliA-dependent sRNA CJnc170 was shown to decrease filament length and motility when overexpressed with a heterologous promoter. These observations suggest renaming CJnc230 and CJnc170 to FlmE and FlmR (flagellar length and motility enhancer/repressor), respectively, and that sRNA-mediated post-transcriptional regulation fine-tunes C. jejuni flagellar biosynthesis through balancing of the hierarchically expressed components. In summary, this thesis reveals the importance of C. jejuni sRNAs during infection and dissects the molecular targetome of selected candidates. Moreover, validation of target interactions and downstream functions uncovered a previously uncharacterized role for the CJnc230 sRNA in flagellar biogenesis and its effect on motility, a key determinant of C. jejuni virulence. / Infektionen des Gastrointestinaltrakts sind weltweit verbreitet und stellen nach wie vor eine Gesundheitsbedrohung, insbesondere für Kleinkinder, dar. Bakterielle Krankheitserreger nutzen eine Vielzahl unterschiedlicher Virulenzmechanismen, um den Wirt effizient zu infizieren und zu besiedeln, was zu verschiedenen Krankheiten führen kann. Campylobacter jejuni ist momentan die häufigste Ursache für über die Nahrung übertragene, bakterielle Durchfallerkrankungen weltweit. Im Vergleich zu anderen Darmpathogenen ist jedoch relativ wenig darüber bekannt, wie dieses Bakterium eine Infektion auslöst und welche Virulenzmechanismen diese beim Menschen vermitteln. Dem Genom von C. jejuni fehlen klassische Virulenzfaktoren oder Toxine, die von anderen Darmpathogenen bekannt sind, und es enthält nur drei bekannte Sigmafaktoren, was auf zusätzliche Ebenen der Genregulation schließen lässt. Jüngste Transkriptomstudien an C. jejuni bestätigten die Existenz mehrerer kleiner regulatorischer RNAs (sRNAs). Deren Funktion ist jedoch noch weitgehend ungeklärt. Ziel dieser Doktorarbeit war es, neue Regulatoren der Virulenz und Physiologie von C. jejuni aufzudecken. Dazu wurde ein duales RNA-Sequenzierungsverfahren (dual RNA-seq) nach Infektion von Caco-2-Zellen in einem kürzlich entwickelten dreidimensionalen (3D) Infektionsmodell des menschlichen Darms angewendet, parallel zu herkömmlichen Infektionen in zweidimensionaler (2D) Zellkultur. Diese Hochdurchsatz-Sequenziermethode ermöglicht die globale Quantifizierung des Transkriptoms von Wirt und Erreger in derselben Probe und sollte neue bakterielle Anpassungs- und Virulenzfaktoren aufdecken, sowie die Reaktion des Wirts auf die Infektion mit C. jejuni erfassen. Während nach der Infektion mit C. jejuni NCTC11168 Wildtyp (WT)-Bakterien nur wenige menschliche Gene dereguliert waren, wurde bei einem großen Teil des bakteriellen Transkriptoms eine veränderte Genexpression festgestellt. Ein genauerer Blick verriet, dass es nur wenige Überschneidungen zwischen hoch- und herunterregulierten bakteriellen Genen im 3D-Gewebemodell im Vergleich zu 2D-Zellkultur gab. Darüber hinaus waren, je nach Infektionsumgebung, verschiedene funktionelle Klassen von Genen unterschiedlich stark in adhärenten und internalisierten Bakterien repräsentiert. Auffallend war außerdem, dass mehrere sRNAs während der Infektion hochreguliert waren, was deren mögliche Bedeutung für die Interaktion zwischen Wirt und Erreger unterstreicht. In vielen Bakterienarten sind sRNAs an der post-transkriptionellen Regulierung und Feinabstimmung verschiedener grundlegender Prozesse beteiligt, unter anderem auch an der Pathogenese. Da ihre Rolle in der Physiologie von C. jejuni aber weitgehend unerforscht ist, wurden Kandidaten aus dem dualen RNA-seq Experiment ausgewählt, um mögliche Zielgene aufzudecken und ihre Funktion in C. jejuni NCTC11168 zu charakterisieren. Dazu wurden sRNA-Mutantenstämme erzeugt und auf unterschiedliche phänotypische Merkmale, wie Wachstumsdefekte, Proteinexpression und Motilität, im Vergleich zu WT-Bakterien getestet. Darüber hinaus wurden wachstumsabhängige Unterschiede in der sRNA-Expression bestimmt und RNA-Sequenzierungsexperimente (RNA-seq) mit den Deletionsmutanten durchgeführt, um deren Zielgen-Repertoire in Kombination mit in-silico Vorhersagen zu entschlüsseln. Da flagellare Motilität ein wichtiger Virulenzfaktor ist, der es Campylobacter ermöglicht, durch die zähflüssige Mukusschicht des menschlichen Darms zu navigieren, wurde die Beteiligung von sRNAs an diesem Prozess genauer untersucht. Im Gegensatz zur hierarchisch geordneten Transkription der einzelnen Komponenten der bakteriellen Geißel, ist über die post-transkriptionelle Regulation der Flagellen-Biosynthese in C. jejuni nur wenig bekannt. Daher wurde eine sRNA (CJnc230) ausgewählt, die hinter dem Strukturgen flgE (flagellarer Haken) liegt und nach Infektion des 3D-Gewebemodells stark hochreguliert war, um eine mögliche funktionelle Verbindung zur bakteriellen Motilität zu untersuchen. CJnc230 ist abhängig vom alternativen Sigmafaktor RpoN (Sigma 54) und wird zusammen mit dem vorgelagerten Gen flgE transkribiert, wobei drei verschiedene Ribonukleasen (RNasen) für die Prozessierung und Reifung erforderlich sind. Mit Hilfe von termination site sequencing (term-seq) und differential RNA sequencing (dRNA-seq) wurde die Biogenese von CJnc230 weiter aufgeschlüsselt. Dabei wurden die Enden des am häufigsten vorkommenden CJnc230-Fragments und die Existenz einer alternativen Transkriptionsstartstelle (TSS), die von einem unabhängigen Promotor stammt, aufgedeckt. Um die biologische Funktion von CJnc230 zu entschlüsseln, wurde RNA-seq mit einer Überexpressionsmutante der sRNA durchgeführt. In-vitro und in-vivo Ansätze bestätigten die direkte Interaktion der einzelsträngigen Region von CJnc230 mit der Ribosomenbindestelle (RBS) der mRNAs von Cj1387c (potenzieller Transkriptionsfaktor) und flgM (anti-Sigma-28-Faktor), wodurch die Translation unterdrückt wird. Die phänotypische Charakterisierung zeigte außerdem, dass die CJnc230-Überexpressionsmutante eine erhöhte Motilität und Länge des Geißelfilaments aufweist. Letzteres ist höchstwahrscheinlich auf eine verstärkte Expression des Hauptflagellins flaA nach Repression von FlgM und eine indirekte transkriptionelle Aktivierung von späten flagellaren Genen, die vom alternativen Sigmafaktor FliA (Sigma 28) abhängig sind, zurückzuführen. Im Kontrast zu CJnc230 wurde gezeigt, dass die FliA-abhängige sRNA CJnc170 die Filamentlänge und Motilität verringert, wenn sie mit einem heterologen Promotor überexprimiert wird. Diese Beobachtungen legen eine Umbenennung von CJnc230 und CJnc170 in FlmE bzw. FlmR (flagellar length and motility enhancer/repressor) nahe und zeigen, dass die Flagellen-Biosynthese in C. jejuni zusätzlich durch sRNA-vermittelte, post-transkriptionelle Feinabstimmung der hierarchisch exprimierten Komponenten im Gleichgewicht gehalten wird. Zusammenfassend zeigt diese Doktorarbeit die Bedeutung von C. jejuni sRNAs während der Infektion auf und entschlüsselt die Zielgene ausgewählter Kandidaten. Darüber hinaus wurde durch die Validierung von sRNA-mRNA Interaktionen und nachgeschalteten Funktionen eine bisher nicht charakterisierte Rolle für die CJnc230 sRNA in der Flagellen-Biogenese und ihre Auswirkung auf die Motilität, ein Hauptmerkmal der Virulenz von C. jejuni, aufgedeckt.

Abstract provided by Publisher Complex performance diagnostics in sports medicine should contain maximal aerobic and maximal anaerobic performance. The requirements on appropriate stress protocols are high. To validate a test protocol quality criteria like objectivity and reliability are necessary. Therefore, the present study was performed in intention to analyze the reliability of maximal lactate production rate (VLamax) by using a sprint test, maximum oxygen consumption (VO2max) by using a ramp test and, based on these data, resulting power in calculated maximum lactate-steady-state (PMLSS) especially for amateur cyclists. All subjects (n=23, age 26 ± 4 years) were leisure cyclists. At three different days they completed first a sprint test to approximate VLamax. After 60 min of recreation time a ramp test to assess VO2max was performed. The results of VLamax-test and VO2max-test and the body weight were used to calculate PMLSS for all subjects. The intra class correlation (ICC) for VLamax and VO2max was 0.904 and 0.987, respectively, coefficient of variation (CV) was 6.3 % and 2.1 %, respectively. Between the measurements the reliable change index of 0.11 mmol∙l-1∙s-1 for VLamax and 3.3 ml∙kg-1∙min-1 for VO2max achieved significance. The mean of the calculated PMLSS was 237 ± 72 W with an RCI of 9 W and reached with ICC = 0.985 a very high reliability. Both metabolic performance tests and the calculated PMLSS are reliable for leisure cyclists.

The Posturomed device is used as a scientific tool to quantify human dynamic balance ability due to unexpected perturbations, and as a training device. Consequently, the question arises whether such measurements are compromised by learning effects. Therefore, this study aimed to analyze inter- and intra-day reliability of dynamic balance responses using the Posturomed. Thirty healthy young subjects participated (24.3±3.2 years). The Posturomed was equipped with a triggering mechanism to enable unexpected, horizontal platform perturbations. A force platform was used to quantify Center of Pressure (COP) excursions for two time intervals: interval 1 (0–70 ms post perturbation) and interval 2 (71–260 ms post perturbation). Dynamic balance tests were performed in single leg stances in medio-lateral and anterior-posterior perturbation directions. Inter- and intra-day reliability were assessed descriptively using Bland-Altman plots and inferentially using tests for systematic error and intra-class-correlations. With regard to the mean COP excursions for every subject and all intervals, some cases revealed significant differences between measurement sessions, however, none were considered relevant. Furthermore, intra class correlation coefficients reflected high magnitudes, which leads to the assumption of good relative reliability. However, analyzing inter- and intra-day reliability using Bland-Altman plots revealed one exception: intra-day comparisons for the anterior-posterior direction in interval 2, which points towards possible learning effects. In summary, results reflected good overall reliability with the exception of certain intra-day comparisons in the anterior-posterior perturbation direction, which could indicate learning effects in those particular conditions.

Die verbesserte medizinische Versorgung führt zu einer zunehmenden Lebenserwartung unserer Gesellschaft. Damit steigt auch die sozioökonomische Relevanz neurodegenerativer Erkrankungen kontinuierlich. Für die Alzheimer Demenz (AD), die dabei die häufigste Ursache darstellt, stehen bisher keine krankheitsmodifizierenden Behandlungsoptionen zur Verfügung. Die lange präklinische Phase der Erkrankung birgt jedoch großes Potential für die Entwicklung neuer Behandlungsoptionen. Das Untersuchen von Risikogruppen ist für die Identifikation von Prädiktoren einer späteren AD Manifestation von besonderem Interesse. In diesem Zusammenhang werden insbesondere das Vorliegen genetischer Risikokonstellationen, wie dem Apolipoprotein E (APOE) Ɛ4-Allel, sowie kognitiver Risikofaktoren, wie der „leichten kognitiven Beeinträchtigung“ (MCI), diskutiert. Die Identifikation präklinischer Aktivierungsunterschiede in relevanten Gehirnregionen von Risikogruppen kann als Basis für die Entwicklung neurofunktioneller Früherkennungs-Marker dienen. Der präfrontale Kortex (PFC), welcher mit der Steuerung von Exekutivfunktionen assoziiert wird, hat sich in diesem Zusammenhang in bisherigen Studien als eine relevante Schlüsselregion manifestiert. Aufgrund der aufwendigen und kostenintensiven bildgebenden Untersuchungsmethoden, sind die genauen Prozesse jedoch noch unklar. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, Unterschiede in der PFC Oxygenierung in zweierlei Risikogruppen der AD mit einer kostengünstigeren Bildgebungsmethode, der funktionellen Nahinfrarot Spektroskopie (fNIRS), zu untersuchen. Dafür wurde in einem ersten Schritt, der Trailmaking Test (TMT), ein weitverbreiteter neuropsychologischer Test zur Erfassung exekutiver Funktionen, für fNIRS implementiert. Als Grundlage für die Untersuchung frühpathologischer Prozesse, wurden zunächst gesunde Alterungsprozesse betrachtet. Der Vergleich von jungen und älteren Probanden (n = 20 pro Gruppe) wies neben der Eignung der Testimplementierung für fNIRS auf eine spezifische bilaterale PFC Oxygenierung hin, welche bei jungen Probanden rechtshemisphärisch lateralisiert war. Ältere Probanden hingegen zeigten bei vergleichbaren Verhaltensdaten insgesamt mehr signifikante Kanäle sowie eine Abnahme der Lateralisierung. Dies kann als zusätzlicher Bedarf an Ressourcen in gesunden Alterungsprozessen interpretiert werden. Im Rahmen der Hauptstudie wurden anschließend insgesamt 604 ältere Probanden im Alter von 70 bis 76 Jahren untersucht. Zunächst wurde die genetische Risikogruppe der Ɛ4-Allel-Träger (n = 78) mit den neutralen Ɛ3-Allel-Trägern (n = 216) und den Trägern des als protektiv geltenden Ɛ2-Allels (n = 50) verglichen. Hierbei zeigte sich eine geringere Oxygenierung der Risikogruppe bei geringer Aufgabenschwierigkeit, während sich ein erhöhter Oxygenierungsanstieg im medialen PFC mit steigender Aufgabenschwierigkeit zeigte. Dies deutet auf einen erhöhten Bedarf an neuronalen Kontrollmechanismen der Risikogruppe zur Bewältigung der steigenden Aufgabenschwierigkeit hin. Die protektive Gruppe zeigte hingegen eine erhöhte Oxygenierung im ventralen PFC mit steigender Aufgabenschwierigkeit, was möglicherweise auf einen präventiven Effekt hindeuten könnte. Weiterführend wurden MCI-Patienten mit gesunden Probanden (n = 57 pro Gruppe) hinsichtlich des kognitiven Risikofaktors verglichen. Hierbei zeigte sich ein punktuell reduzierter Oxygenierunganstieg der MCI Patienten mit steigender Aufgabenschwierigkeit vor allem im ventralen PFC bei ebenfalls stabiler Verhaltensleistung. Die gefundene Reduktion könnte ein Zeichen für eine aufgebrauchte kognitive Reserve sein, welche Einbußen auf Verhaltensebene voranzugehen scheint. Diese charakteristischen Unterschiede in den frontalen Oxygenierungsmustern von Risikogruppen (APOE, MCI) könnten als Biomarker zur Früherkennung von AD noch vor dem Auftreten kognitiver Einbußen dienen. Die fNIRS-Untersuchung während der Durchführung des TMT hat sich in diesem Zusammenhang als potentielles Instrument zur Frühdiagnose der präklinischen Phase der AD als geeignet erwiesen. Die Ergebnisse werden unter Einbezug des wissenschaftlichen Kontexts interpretiert und Implikationen für weitere notwendige Studien sowie die klinische Anwendbarkeit diskutiert. / Due to the improved medical care, the life expectancy of the society steadily rises. Consequently, the socioeconomic relevance of neurodegenerative disorders increases. In order to treat the Alzheimer’s Disease (AD), as the most frequent cause, disease-modulating treatment options are desperately awaited. The extensive preclinical phase of the disease has the potential for gaining new insights for the development of effective treatment strategies. The investigation of risk groups for AD is of great importance for the identification of preclinical prediction markers for the manifestation of a subsequent AD. Especially the presence of genetic risk factors like the Apolipoprotein E (APOE) Ɛ4-allele and cognitive risk factors such as the “mild cognitive impairment” (MCI) are being discussed in this context. Differences in brain activation patterns of risk groups based on functional brain imaging methods have been shown to be beneficial as potential biomarkers for early AD detection. As such, the prefrontal cortex (PFC) which is important for executive control mechanisms has been identified as a key structure of interest. However, many of the involved processes are still not sufficiently understood since most imaging methods are time-consuming and rather expensive. The aim of the present dissertation was to identify differences in PFC oxygenation in two different risk groups for AD by applying a cost-effective and easy-conductible imaging method, the functional Nearinfrared Spectroscopy (fNIRS). In a first step, the Trailmaking Test (TMT), which is a commonly used neuropsychological test for the investigation of executive functioning, was implemented for fNIRS. The neural subtracts were investigated as a basis for the subsequent examination of pre-pathological processes. Besides the usability of the suggested TMT implementation for fNIRS, the comparison of young and elderly subjects (n = 20 per group) showed a specific bilateral PFC oxygenation pattern which was right lateralized for the young group. Elderly adults on the other hand showed a decreased lateralization and more significant channels, pointing towards a need for additional resources in healthy aging. Subsequently the main study examined 604 elderly subjects aged between 70 and 76 years divided in two risk groups (APOE, MCI). In the first step, the genetic risk group of the Ɛ4-allele carriers (n = 78) was compared with the neutral Ɛ3-allele carriers (n = 216) and the carriers of the possibly protective Ɛ2-allele (n = 50). Thereby a reduced oxygenation of the risk group at low task difficulty has been shown, while a raised level of oxygenation increase in the medial PFC was found with growing task difficulty. This points towards a higher demand for neuronal control mechanisms in the genetic risk group in order to keep the performance level stable while task difficulty is increased. The protective group however showed a higher oxygenation in the ventral PFC with increasing task difficulty, which could indicate a higher cognitive reserve. In the second step, the MCI patients were compared with matched healthy control subjects (n = 57 per group). The result showed a reduced increase of oxygenation with increasing task difficulty limited to specific channels mostly within the central PFC while the performance was stable. This reduction could be a sign for the limit of the cognitive reserve, which becomes apparent before the decline of the cognitive performance. The characteristic differences of frontal oxygenation patterns in risk groups (APOE, MCI) could possibly serve as biomarkers for the early AD detection even before task performance declines. The investigation of neural oxygenation with fNIRS during the completion of the TMT has been shown to be suitable as a potential early diagnosis method in the preclinical phase of AD. The results are embedded in the scientific context and implications for future research as well as the clinical applicability are being discussed.

Abstract provided by Publisher Complex performance diagnostics in sports medicine should contain maximal aerobic and maximal anaerobic performance. The requirements on appropriate stress protocols are high. To validate a test protocol quality criteria like objectivity and reliability are necessary. Therefore, the present study was performed in intention to analyze the reliability of maximal lactate production rate (VLamax) by using a sprint test, maximum oxygen consumption (VO2max) by using a ramp test and, based on these data, resulting power in calculated maximum lactate-steady-state (PMLSS) especially for amateur cyclists. All subjects (n=23, age 26 ± 4 years) were leisure cyclists. At three different days they completed first a sprint test to approximate VLamax. After 60 min of recreation time a ramp test to assess VO2max was performed. The results of VLamax-test and VO2max-test and the body weight were used to calculate PMLSS for all subjects. The intra class correlation (ICC) for VLamax and VO2max was 0.904 and 0.987, respectively, coefficient of variation (CV) was 6.3 % and 2.1 %, respectively. Between the measurements the reliable change index of 0.11 mmol∙l-1∙s-1 for VLamax and 3.3 ml∙kg-1∙min-1 for VO2max achieved significance. The mean of the calculated PMLSS was 237 ± 72 W with an RCI of 9 W and reached with ICC = 0.985 a very high reliability. Both metabolic performance tests and the calculated PMLSS are reliable for leisure cyclists.

The Posturomed device is used as a scientific tool to quantify human dynamic balance ability due to unexpected perturbations, and as a training device. Consequently, the question arises whether such measurements are compromised by learning effects. Therefore, this study aimed to analyze inter- and intra-day reliability of dynamic balance responses using the Posturomed. Thirty healthy young subjects participated (24.3±3.2 years). The Posturomed was equipped with a triggering mechanism to enable unexpected, horizontal platform perturbations. A force platform was used to quantify Center of Pressure (COP) excursions for two time intervals: interval 1 (0–70 ms post perturbation) and interval 2 (71–260 ms post perturbation). Dynamic balance tests were performed in single leg stances in medio-lateral and anterior-posterior perturbation directions. Inter- and intra-day reliability were assessed descriptively using Bland-Altman plots and inferentially using tests for systematic error and intra-class-correlations. With regard to the mean COP excursions for every subject and all intervals, some cases revealed significant differences between measurement sessions, however, none were considered relevant. Furthermore, intra class correlation coefficients reflected high magnitudes, which leads to the assumption of good relative reliability. However, analyzing inter- and intra-day reliability using Bland-Altman plots revealed one exception: intra-day comparisons for the anterior-posterior direction in interval 2, which points towards possible learning effects. In summary, results reflected good overall reliability with the exception of certain intra-day comparisons in the anterior-posterior perturbation direction, which could indicate learning effects in those particular conditions.

Das globale Phänomen Übergewicht erhöht das Risiko für die Entwicklung von Diabetes, Atherosklerose und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Diese sind assoziiert mit der Expression des Transmembranproteins Glycoprotein nonmetastatic melanoma protein b (Gpnmb), das von Makrophagen und dendritischen Zellen exprimiert wird. Wir haben die Rolle von Gpnmb in genetisch- und diät-induzierter Atherosklerose sowie in diät-induzierter Adipositas in Gpnmb-Knockout- und Wildtyp-Mäusen untersucht. Körpergewicht und Blutfette wurden in beiden Erkrankungen nicht von Gpnmb beeinflusst. Gpnmb wurde in Makrophagen von atherosklerotischen Läsionen stark exprimiert, jedoch hatte das Fehlen von Gpnmb keinen Einfluss auf die Größe der Aortenläsion. In Übergewicht konnten wir dagegen einen größeren Effekt von Gpnmb detektieren. Gpnmb hatte einen positiven Einfluss auf den Insulin- und Glukoseplasmaspiegel sowie auf die Leberfibrose bei adipösen Mäusen. Gpnmb-Knockout-Tiere besaßen mehr Makrophagen im epididymalen Fettgewebe. Da Gpnmb in den entsprechenden Makrophagen von Wildtyp-Mäusen stark exprimiert wurde, könnte Gpnmb eine abschwächende Rolle auf Entzündungen des Fettgewebes haben. Dies wird durch in-vitro-Daten bestätigt, wo Gpnmb hauptsächlich in reparativen, TGFβ-stimulierten Makrophagen exprimiert wurde. Diese Expression führte jedoch nur zu einer leichten entzündungshemmenden Wirkung. Eine weitere Aufgabe von Makrophagen, die Autophagie, wurde durch Gpnmb nicht beeinflusst. Dies ist überraschend, da die Expression, die Freisetzung und der Abbau von Gpnmb durch Bafilomycin, einem Inhibitor des letzten Schritts der Autophagie, auf einzigartige Weise erhöht wurde. Zusammenfassend ist die Gpnmb-Expression in voll ausgereiften Makrophagen stark induziert und kann durch lysosomale Hemmung weiter gesteigert werden. Bei Adipositas verhindert Gpnmb die Entwicklung einer Insulinresistenz, möglicherweise durch Dämpfung der Entzündung des Fettgewebes. / Obesity, an emerging global phenomenon, increases the risk for the development of diabetes, atherosclerosis and cardiovascular diseases. Those metabolic diseases have been associated with the expression of glycoprotein nonmetastatic melanoma protein b (Gpnmb), a transmembrane protein that is expressed by macrophages and dendritic cells. We studied the role of Gpnmb in genetically- and diet-induced atherosclerosis as well as diet-induced obesity in Gpnmb-knockout and respective wildtype control mice. The absence of Gpnmb did not affect body weight and blood lipid parameters in both diseases. Whereas Gpnmb was strongly expressed in atherosclerotic lesion-associated macrophages, the absence of Gpnmb did not influence the development of aortic lesion size. On the other hand, the absence of Gpnmb elicited stronger effects in obesity. We observed a positive influence of Gpnmb on insulin and glucose plasma levels as well as liver fibrosis in obese mice. Moreover, Gpnmb-knockout animals contained more macrophages in epididymal adipose tissue. Gpnmb was strongly expressed in adipose tissue macrophages in wildtype mice, suggesting an alleviating role of Gpnmb on adipose tissue inflammation. This was corroborated by in vitro data where Gpnmb was mostly expressed in reparative macrophages stimulated with transforming growth factor β (TGFβ). However, this expression resulted only in a mild anti-inflammatory effect. Another important macrophage feature, autophagy, was not influenced by Gpnmb. This is surprising as Gpnmb expression, shedding and degradation was uniquely increased by bafilomycin, an inhibitor of the last step of autophagy. Taken together, Gpnmb expression is strongly induced in fully mature macrophages and can be further increased due to lysosomal inhibition. In obesity, Gpnmb prevents the development of insulin resistance possibly by dampening adipose tissue inflammation.