Die Forschung mit induzierten pluripotenten Stammzellen (ipS) wurde in den letzten Jahren ein wichtiger Bestandteil der Stammzellforschung. Bisher sind nur wenige Möglichkeiten bekannt, wie man die unspezifische Proliferation der aus ipS differenzierten pan neuralen Progenitorzellen kontrollieren kann. Um dies weiter zu untersuchen, wurden murine induzierte Stammzellen, die mit den 4 Faktoren Oct4, Klf4, Sox2 und c-Myc reprogrammiert wurden, untersucht. In diversen Forschungsreihen konnte zudem gezeigt werden, dass Erythropoetin (EPO) einen Einfluss auf das Zellüberleben, die Proliferation und die Differenzierung neuronaler Zellen hat. Ob dieser Einfluss auch bei induzierten pan neuralen pluripotenten Progenitorzellen zu beobachten ist, wird in dieser Arbeit untersucht. Anhand eines Zellviabilitätsversuchs (MTT-Assay) wurde untersucht, ob die Stoffwechselaktivität durch EPO (0,1U/ml, 1 U/ml und 10 U/ml) im Vergleich zur Kontrollgruppe gesteigert werden kann. Dabei zeigte sich eine deutliche Zunahme nach 24 Stunden bei 1 und 10 U/ml EPO. Der Einfluss von EPO auf die Proliferation der Zellen wurde an Neurosphären unter Einsatz verschiedener EPO-Konzentrationen (0,1U/ml, 1U/ml und 10U/ml) sowie ohne EPO (Kontrollgruppe) untersucht. Dabei zeigte sich eine Reduzierung der Sphärenanzahl mit einem Durchmesser von >100µm bei zunehmender EPO-Konzentration. Im Gegensatz hierzu stieg die Anzahl der Sphären mit einem Durchmesser von 50-100µm. Die neuronale Differenzierung wurde durch den Zellfortsatz-Versuch mit Tuj1 positiven Zellfortsätzen in einer Monolayer-Kultur beobachtet. Dabei zeigte sich unter EPO eine Zunahme der Zellen mit einem Fortsatz. Ebenso wurde eine Durchflusszytometrie zum Nachweis der Proliferationshemmung durch EPO durchgeführt. Dazu wurden die Zellen mit CFSE markiert und mit einer EPO- oder Kontrolllösung versetzt. Dabei zeigte sich bei zunehmender EPO-Konzentration eine deutliche Zunahme der CFSE-Konzentration nach 48 und 72 Stunden. Der Nachweis, dass die Zellen auf EPO reagieren, wurde durch einen Western Blot erbracht. Dieser zeigte, dass die verwendeten 4F induzierte pan neurale Progenitorzellen (4F ipNP-Zellen) einen funktionellen EPO-Rezeptor besitzen, dessen Expression durch EPO deutlich gesteigert werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass EPO die Proliferation der Zellen vermindert, gleichzeitig aber auch die Zellviabilität und die Zelldifferenzierung erhöht. Diese Ergebnisse sind jedoch von vielen Faktoren abhängig, sodass noch einiges auf diesem Gebiet zu erforschen bleibt. / In the last years induced stem cells have become an important part of the stem cell research. Until now there are just few possibilities known of how to control the unspecific proliferation of differentiated pan neural progenitor cells. For further research induced murine stem cells which have been reprogramed with the 4 factors oct4, klf4, sox2 and c-myc were used. Other research showed that Erythropoetin (EPO) has an impact on cell survival, proliferation and differentiation of neuronal cells. This thesis analyzes if EPO also shows these effects on induced pan neural progenitor cells. The cell viability has been analyzed via an MTT-assay. The results showed an increase of activity of the cell metabolism after 24 hours with 1 and 10U/ml EPO compared to a placebo group. The impact of EPO on the proliferation of cells has been analyzed on neurosphere cultures. Therefore groups of neurophere cultures treated with different EPO concentrations (0,1U/ml, 1U/ml and 10U/ml) were compared to a placebo group. The results showed a reduction of neurospheres with a diameter from >100µm when the EPO concentration was increased. On the contrary the number of neurospheres with a diameter from 50-100µm increased. The neuronal differentiation has been analyzed with a Tuj1 positive cell process assay in a monolayer culture. The number of cells with one process increased in the EPO group compared to the placebo group. Additionally a FACS was used to proof the proliferation inhibition of EPO. Therefore the cells were marked with CFSE and added to a placebo or EPO (1U/ml and 3U/ml) solution. A significant rise of CFSE concentration with an increasing EPO concentration after 48 and 72 hours could be shown. A western blot further showed the impact of EPO on the cells: It was shown that the used 4 factor induced pan neural progenitor cells (4F ipnp-cells) possess a functional EPO receptor whose expression can be raised through EPO. It was shown that EPO reduces the proliferation, but increases the cell viability and cell proliferation. These results are dependent on many factors. Therefore more research is needed.

Polyneuropathien sind Erkrankungen des peripheren Nervensystems. Die Erkrankung kommt gehäuft als Zweiterkrankungen bei anderen Primärerkrankungen vor, daher ist es schwierig, epidemiologische Angaben zu machen. Ätiologisch lassen sich Polyneuropathien in fünf große Gruppen einteilen: Hereditäre Polyneuropathien, entzündliche Polyneuropathien, vaskulär bedingte Polyneuropathien, exotoxische Polyneuropathien und endotoxisch-metabolische Polyneuropathien. Die Differentialdiagnose der Polyneuropathie richtet sich nach dem zeitlichen Verlauf der Krankheit, dem betroffenen System und danach, ob primär die Axone oder die Markscheiden betroffen sind. Für die Diagnosestellung einer Polyneuropathie werden Anamnese und klinischer Befund, elektrophysiologische Untersuchungen, Laboruntersuchungen, genetische Untersuchungen und die histopathologische Untersuchung herangezogen. Entscheidend für die Therapie ist es, die behandelbaren Polyneuropathien zu erkennen, hierunter u.a. die entzündlichen Formen. Die hierfür entnommene Suralisbiopsie ist wegen ihrer invasiven Natur erst dann indiziert, wenn die Differentialdiagnose mit nicht-invasiven Maßnahmen nicht geklärt werden kann, sich aber eine Behandlungskonsequenz erwarten lässt. Die exakte Diagnose setzt bei einigen Polyneuropathien eine neuropathologische Diagnostik voraus. Die Nervenbiopsie muss optimal aufbereitet und ausgewertet werden. Hierfür stehen verschiedene Färbe- und Aufbereitungsmethoden zur Verfügung. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob anhand eines Schnellschnittes (d.h. Gefrier-Querschnitt des biopsierten Nerven mit Hämatoxylin-Eosin gefärbt) bereits Hinweise auf entzündliche Infiltrate als Zeichen einer Neuritis und damit einer therapiebedürftigen und aber auch therapierbaren Neuropathie gefunden werden können. Anhand eines vordefinierten Schemas wurden die Biopsate in verblindeter Weise von einem Laien und einem erfahrenem Untersucher histologisch begutachtet und den entzündlichen/nicht entzündlichen Diagnosegruppen zugeordnet. Es wurde untersucht, ob die entzündlichen Veränderungen im Hämatoxylin-Eosin-Gefrierschnitt so deutlich sind, dass auch ein Laienauswerter diese erkennen kann. Ebenso wurden die Untersuchungsergebnisse mittels Hämatoxylin-Eosin- Färbung an Gefrier- und Paraffinschnitten mit den Untersuchungsergebnissen mittels immunhistochemischer Färbemethoden verglichen. Des weiteren wurde untersucht, ob bei histologisch gesicherter Entzündung klinische Einflussfaktoren ermittelt werden können, die auf die neuropathologische Diagnostik Auswirkung haben. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass sich die Hämatoxylin-Eosin-Färbung für eine erste und schnelle Diagnostik von entzündlichen Polyneuropathien als wertvoll erwies. Dies gilt für den erfahrenen und unerfahrenen Untersucher. Es zeigen sich keine klinischen Einflussfaktoren für die histopathologische Diagnosestellung. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass schon eine einfache Färbemethode wie die Hämatoxylin-Eosin-Färbung an Gefrier-und Paraffinschnitten bei Polyneuropathie unklarer Genese hilfreich bei einer differenzierten Diagnosefindung sein kann. / Polyneuropathies are diseases of the peripheral nervous system. The disease is more common as secondary diseases in other primary diseases, so it is difficult to provide epidemiological data. Etiologically, polyneuropathies can be divided into five large groups: hereditary polyneuropathies, inflammatory polyneuropathies, vascularly caused polyneuropathies, exotoxic polyneuropathies and endotoxic-metabolic polyneuropathies. The differential diagnosis of polyneuropathy depends on the temporal course of the disease, the affected system and whether the axons or myelin sheaths are primarily affected. The diagnosis of polyneuropathy is based on anamnesis and clinical findings, electrophysiological examinations, laboratory tests, genetic tests and histopathological examinations. It is crucial for therapy to recognise the treatable polyneuropathies, including the inflammatory forms. Due to its invasive nature, the suralis biopsy taken for this purpose is only indicated if the differential diagnosis cannot be clarified with non-invasive measures, but a treatment consequence can be expected. The precise diagnosis of some polyneuropathies requires neuropathological diagnostics. The nerve biopsy must be optimally prepared and evaluated. Various staining and preparation methods are available for this purpose. In this work, it was investigated whether a rapid section (i. e. freezing cross-section of the biopsy nerve with hematoxyline eosin stained) can already be used to find indications of inflammatory infiltrates as signs of neuritis and thus of neuropathy requiring therapy and which can also be treated. On the basis of a predefined scheme, the biopsy specimens were examined histologically by a layman and an experienced examiner in a blinded manner and assigned to the inflammatory/non-inflammatory diagnostic groups. It was investigated whether the inflammatory changes in the haematoxylin-eosin frozen section are so clear that even a lay person can detect them. The results of the tests were also compared with the results of immunohistochemical staining methods using haematoxyline-eosin staining on frozen and paraffin sections. Furthermore, it was investigated whether histologically confirmed inflammation can be used to determine clinical influencing factors that have an effect on neuropathological diagnostics. The results of the study show that hematoxyline eosin staining proved to be valuable for the initial and rapid diagnosis of inflammatory polyneuropathies. This applies to the experienced and inexperienced examiner. There are no clinical influencing factors for histopathological diagnosis. The results of the study show that even a simple staining method such as the haematoxylin-eosin staining of frozen and paraffin sections can be helpful in the diagnosis of polyneuropathy with unclear genesis.

Die Nicotinamid-N-Methyltransferase (NNMT) reguliert den Energiehaushalt des Fettgewebes und spielt eine Rolle in der Pathogenese von Adipositas. Während die NNMT-Expression im Fettgewebe und die Konzentrationen von NNMT-Metaboliten in Serum und Urin vielfach beschrieben sind, ist bisher wenig über die spezifische Aktivität des Enzyms im humanen Fettgewebe bekannt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine fluoreszenzbasierte Methode zur Bestimmung der NNMT-Aktivität zu entwickeln und die spezifischen Aktivitäten im Fettgewebe von nicht adipösen und adipösen Probanden zu vergleichen. Eingeschlossen wurden 43 Probanden (16 adipöse, 15 nicht adipöse, 12 ehemals Adipöse nach bariatrischer Operation) in einer monozentrischen analytischen Querschnittsanalyse. Es wurde eine Methode entwickelt, optimiert und validiert, mit der die NNMT-Aktivität zahlreicher Proben unter Anfangsbedingungen in überschaubarer Zeit gemessen werden kann. Die Michaelis-Menten-Konstanten für die Kosubstrate Nicotinamid und S-Adenosylmethionin wurden mit 0,19 ± 0,11 mmol/l und 5 ± 2,5 µmol/l (Mittelwert ± Standardabweichung) bestimmt, was mehreren veröffentlichten Werten entspricht. Die spezifischen Aktivitäten im subkutanen Fettgewebe der adipösen, nicht adipösen und ehemals adipösen Probanden wurden mit 34 ± 19, 51 ± 44 und 90 ± 21 pU/mg bestimmt. Entgegen der Annahme war die Aktivität bei adipösen Probanden gegenüber nicht adipösen also nicht erhöht. Überraschend wurden sogar die höchsten Aktivitäten bei den ehemals Adipösen gemessen (p < 0,05 in der Varianzanalyse). Die Aktivitäten im Omentum-majus-Fettgewebe betrugen 57 ± 14 pU/mg (Adipöse) und 85 ± 66 pU/mg (nicht Adipöse). Die Aktivität im Omentum majus war zudem signifikant höher als im subkutanen Fett (p = 0,01). Wie es zu einer Steigerung der NNMT-Aktivität nach Gewichtsabnahme kommt, konnte in der vorliegenden Arbeit nicht untersucht werden. Vorläufige eigene Experimente mit Mäusen legen aber nahe, dass NNMT während der Entwicklung von Adipositas dynamisch reguliert ist. Dies muss Gegenstand zukünftiger Untersuchungen sein, auch um NNMT als mögliches Ziel therapeutischer Interventionen zur Bekämpfung der sich pandemisch ausbreitenden Adipositas und ihrer Folgeerkrankungen zu definieren. / Nicotinamide N-methyltransferase (NNMT) is a novel regulator of energy metabolism in adipose tissue. Its expression is increased in obesity, and inhibition of NNMT prevents diet-induced obesity in mice. However, while NNMT expression as well as circulating and urinary levels of NNMT metabolites have been extensively studied, little is known about specific NNMT activity in human adipose tissue. The aim of the current dissertation was to develop a fluorometric method to assay NNMT activity and to study specific NNMT activity in adipose tissue of 16 obese, 15 non-obese, and 12 formerly obese human subjects; the latter had lost weight after bariatric surgery. In enzymological analyses, the Michaelis-Menten constants for the two co-substrates nicotinamide and S-adenosyl methionine were determined with 0,19 ± 0,11 mmol/l (mean +/- standard deviation) and 5 ± 2,5 μmol/l, respectively, which corresponds to values reported in the literature. The specific activities in subcutaneous adipose tissue of obese, non-obese, and formerly obese subjects were determined with 34 ± 19, 51 ± 44 and 90 ± 21 pU/mg. Thus, contrary to the hypothesis, obese subjects did not have higher NNMT activity than non-obese subjects. Surprisingly, formerly obese subjects on average had the highest NNMT activity (p < 0,05 by analysis of variance). In visceral fat from the greater omentum, NNMT activities were 57 ± 14 and 85 ± 66 pU/mg in obese and non-obese subjects, replicating the findings from subcutaneous adipose tissue. Since the formerly obese patients did not undergo abdominal surgery, there was no visceral adipose tissue from this group. While it is not known definitively why NNMT activity is increased after weight loss, preliminary results from mouse experiments suggest that NNMT activity might be dynamically regulated in periods of weight change. This hypothesis will need to be tested in future studies, which may aid in establishing NNMT as a therapeutic target for the prevention or therapy of obesity.

Bei der postoperativen Therapieplanung des Mammakarzinoms treten immer wieder Entscheidungsgrenzfälle auf, bei denen keine sicheren Argumente für oder gegen eine adjuvante Chemotherapie gefunden werden können. Bei 50 Hormonrezeptor-positiven, Her2/neu-negativen Mammakarzinomen ohne oder mit nur geringer nodaler Metastasierung (max. pT1a) wurde zusätzlich zu den konventionellen klinisch-pathologischen Risikofaktoren der OncotypeDX®-Multigentest veranlasst. In der Tumorkonferenz wurde bereits vor Eingang des Testergebnisses ein Votum für oder gegen eine Chemotherapie auf Basis konventioneller Parameter protokolliert; die definitive Therapieempfehlung erfolgte nach Vorliegen des Multigentest-Ergebnisses. 32 Mammakarzinome (64 %) zeigten einen niedrigen, 26 (32 %) einen mittleren und 3 (6 %) einen hohen Recurrence-Score (RS). In vielen Fällen konnte das OncotypeDX®-Ergebnis eine auf der Basis konventioneller Parameter getroffene Therapieentscheidung stützen. In fünf Fällen wurde eine zunächst favorisierte Entscheidung für eine adjuvante Therapie revidiert. In drei Fällen wurde eine zunächst nicht geplante Chemotherapie empfohlen. Allerdings führte in einigen Fällen auch eine niedrige oder intermediäre Risikokonstellation in der OncotypeDX®-Testung nicht dazu, von einer adjuvanten Chemotherapie abzuraten. Insgesamt spricht das Ergebnis nicht dafür, einen Multigentest als Standardmethode einzusetzen. Vielmehr sollten zunächst die konventionellen, insbesondere die histopathologischen und immunhistochemischen Parameter mit großer Sorgfalt erhoben und analysiert werden. Im Zweifelsfall und nach Kosten-Nutzen-Abwägung kann ein Multigentest jedoch ein weiteres hilfreiches Argument für oder gegen eine bestimmte Therapieempfehlung liefern. / Repeatedly in therapy planning of breast cancer there are decision borderline cases where no reliable arguments for or against adjuvant chemotherapy can be found. In 50 cases with hormone receptor-positive, Her2-negative, node-negative or low node-positive (max. pN1a) OncotypeDX® assay was induced additionally to conventional parameters. Before receiving results there was a vote in interdisciplinary tumor conference for or against chemotherapy based on conventional parameters. Final treatment recommendations were made after receiving test results. 32 breast cancer cases (64 %) showed low, 26 (32 %) intermediate and 3 (6 %) high recurrence score (RS). In many cases the test result supported the treatment recommendation based on conventional parameters. In five cases initially favoured decision for adjuvant chemotherapy was revised. In three cases there was a recommendation of chemotherapy which was initially not proposed. However, in some cases low or intermediate recurrence score didn´t cause to recommend against adjuvant chemotherapy. In conclusion, results do not suggest using OncotypeDX® as standard. Rather there should be a careful survey of conventional parameters, especially of histopathological and immunohistochemical parameters. In cases of doubt and after cost-benefit-consideration OncotypeDX® assay may provide an additional argument for or against a certain therapy management.

In mammals, blood platelets are produced by large bone marrow (BM) precursor cells, megakaryocytes (MK) that extend polarized cell protrusions (proplateles) into BM sinusoids. Proplatelet formation (PPF) requires substantial cytoskeletal rearrangements that have been shown to involve the formation of podosomes, filamentous actin (F-actin) and integrin-rich structures. However, the exact molecular mechanisms regulating MK podosome formation, polarization and migration within the BM are poorly defined. According to current knowledge obtained from studies with other cell types, these processes are regulated by Rho GTPase proteins like RhoA and Cdc42. In this thesis, polarization and podosome formation were investigated in MKs from genetically modified mice, as well as the cell lines K562 and Meg01 by pharmacological modulation of signaling pathways. The first part of this thesis describes establishment of the basic assays for investigation of MK polarization. Initial data on polarization of the MK-like erythroleukemia cell line K562 revealed first insights into actin and tubulin dynamics of wild type (WT) and RhoA knock-out (RhoA-/-) K562 cells. Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA)-induction of K562 cells led to the expected MK-receptor upregulation but also RhoA depletion and altered polarization patterns. The second part of this thesis focuses on podosome formation of MKs. RhoA is shown to be dispensable for podosome formation. Cdc42 is revealed as an important, but not essential regulator of MK spreading and podosome formation. Studies of signaling pathways of podosome formation reveal the importance of the tyrosine kinases Src, Syk, as well as glycoprotein (GP)VI in MK spreading and podosome formation. This thesis provides novel insights into the mechanisms underlying polarization and podosome formation of MKs and reveals new, important information about cytoskeletal dynamics of MKs and potentially also platelets. / Bei Säugetieren entstehen Blutplättchen aus großen Knochenmark-vorläuferzellen, Megakaryozyten, die lange, polarisierte Zellprotrusionen (Proplättchen) in Knochenmarkssinusoide ausstülpen. Die Bildung von Proplättchen erfordert eine umfangreiche Reorganisation des Zytoskeletts, die die Bildung von Podosomen, F-Aktin- und Integrinreichen Strukturen beinhaltet. Die genauen molekularen Mechanismen, die megakaryozytäre Podosomenbildung, Polarisation und Migration im Knochenmark regulieren, sind jedoch bisher unzureichend erforscht. Rho GTPasen wie beispielsweise RhoA und Cdc42 sind nachgewiesenermaßen beteiligt an der klassischen Zytoskelettregulierung. In dieser Dissertation wurden die obengenannten Reifungsprozesse mithilfe von Megakaryozyten von genetisch modifizierten Mäusen sowie den Zelllinien K562 und Meg01 durch pharmakologische Beeinflussung zellulärer Signaltransmitter erforscht. Im ersten Teil der Dissertation wurden Experimente zur Untersuchung megakaryozytärer Polarisation etabliert. Initiale Daten über die Polarisation der megakaryozytären, erythroleukämischen Zelllinie K562 erlaubten Einblicke in Aktin- und Tubulindynamik von Wildtyp- und RhoA-defizienten K562 Zellen. Phorbol-12-myristat-13-acetat (PMA)-induzierte K562-Differenzierung verursachte die erwartete Hochregulierung megakaryozytärer Rezeptoren, aber auch eine unerwartete RhoA-Depletion und bisher unbeobachtete Polarisationsmuster. Der zweite Teil dieser Dissertation galt der Untersuchung der Podosomenbildung von Megakaryozyten. RhoA zeigte sich als entbehrlich für die Podosomenbildung, während Cdc42 sich als wichtiger, dennoch nicht essentieller Regulator der podosomenbildenden Zytoskelettdynamik erwies. Untersuchungen von Signalwegen in der Podosomenbildung von Megakaryozyten offenbarten die Bedeutung von Tyrosinkinasen Src, Syk sowie Glykoprotein VI bei der MK-Adhäsion und der Bildung von Podosomen. Somit liefert diese Dissertation neue Einblicke in die Signalwege der dynamischen Regulation des Zytoskeletts in Megakaryozyten.

Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des Einflusses von ACh und vom cholinergen Signalling in der Angiogenese. Neben der klassischen Rolle des AChs im neuronalen System, konnten es in den letzten Jahren auch in nicht-neuronal innerviertem Gewebe festgestellt werden. In dieser Arbeit konzentrierte man sich auf beobachtete cholinerge Zellen in der Aortenwand einer ChAT-eGFP-Maus und in davon ausgehenden neu gebildeten Gefäßen. Nach Durchführung des Aortenringassays nach Baker konnte zunächst nachgewiesen werden, dass es sich bei ACh um einen Angiogenese-Stimulator handelt. Eine Carbacholkonzentration von 1 µM erwies sich als bester Angiogenesestimulator. Der Inhibitorversuch mit Lenvatinib, einem Hemmer des VEGFR, zeigte, dass die cholinerge Wirkung zur Aktivierung ähnlicher angiogeneseseinhibierenden Mechanismen wie bei einer VEGF-Stimulation kommt. Bei der zeitlichen Weiterverfolgung des Versuchs konnte man feststellen, dass sich die Gefäßformation mit Dauer des Versuches ändert. Bei der immunhistologischen Analyse der neu gebildeten Gefäße wurde am ehesten eine Überlappung der ChAT-Zellen mit Zellen gefunden, die sich positiv für die Perizytenmarker NG2 und Desmin zeigten. Es ist anzunehmen, dass das ACh, exprimiert von einigen Perizyten, eine Leitschiene für das sich neu bildende Gefäß bietet und zu einem gerichteten Wachstum führt. Vor Kurzem wurde in der Wand erwachsener Blutgefäße eine Nische für Stammzellen identifiziert. Um zu untersuchen ob die ChAT-Zellen dort ihren Ursprung haben, wurde mit Stammzellmarkern gefärbt. Diese Arbeit hat mit ihren Ergebnissen eine signifikante Grundlage für weiterführende Studien geliefert. / The aim of this work was to investigate the influence of ACh and cholinergic signaling in angiogenesis. In addition to the classical role of ACh in the neuronal system, it has also been found in non-neuronally innervated tissue in recent years. In this work, attention was focused on observed cholinergic cells in the aortic wall of a ChAT-eGFP mouse and in newly formed vessels. After the Baker aortic ring assay, it was initially demonstrated that ACh is an angiogenesis stimulator. A carbachol concentration of 1 μM proved to be the best angiogenesis stimulator. The inhibitor trial with Lenvatinib, an inhibitor of VEGFR, showed that the cholinergic effect activates similar angiogenesis-inhibiting mechanisms as in VEGF stimulation. In the follow-up of the experiment, it was found that the vessel formation changes with the duration of the experiment. In the immunohistological analysis of the newly formed vessels, an overlap of the ChAT cells with cells was found which showed positive for the pericyte markers NG2 and Desmin. It is likely that the ACh, expressed by some pericytes, provides a guidewire for the newly forming vessel and leads to directional growth. Recently, a niche for stem cells has been identified in the wall of adult blood vessels. In order to investigate whether the ChAT cells have their origin there, work continued with stem cell markers. This work has provided a significant basis for further studies with their results.

Die fünf Tubulin-bindenden Kofaktoren (TBC) sind an der Tubulinsynthese und der Bildung von Mikrotubuli beteiligt. Ihre Bedeutung wird durch verschiedene Krankheiten und Syndrome hervorgehoben, die durch Funktionsstörungen oder Mutationen dieser Proteine verursacht werden. Posttranslationale Modifikationen (PTMs) von Tubulin fördern verschiedene Eigenschaften, einschließlich stabilitätsfördernder Subpopulationen von Tubulin. Die zell- und zeitspezifische Verteilung der PTMs ist bisher nur im Corti-Organ bei Gerbils untersucht worden. Ziel der vorliegenden Studie war es, die zelltyp- und zeitspezifischen Expressionsmuster von TBC-Proteinen und PTMs erstmals in der murinen Cochlea über mehrere Entwicklungsstadien hinweg zu untersuchen. Dazu wurden murine Cochleae im postnatalen (P) Alter P1, P7 und P14 mittels Immunfluoreszenzanalyse untersucht. Die Untersuchungen zeigten mehrere erhebliche Interspezies-Unterschiede in der Verteilung der PTMs zwischen Gerbil und Maus. Darüber hinaus ist dies die erste Studie, die die räumlich-zeitliche Verteilung von TBCs in einem Gewebe beschreibt, das ein volatiles Expressionsmuster aufweist. Die Expressionsanalyse von TBC-Proteinen und PTMs des Tubulins zeigt, dass diese Proteine eine wichtige Rolle bei der physiologischen Entwicklung der Cochlea spielen und für das Hören essentiell sein könnten. / The five tubulin-binding cofactors (TBC) are involved in tubulin synthesis and the creation of microtubules. Their importance is highlighted by various diseases and syndromes caused by dysfunction or mutation of these proteins. Posttranslational modifications (PTMs) of tubulin promote different characteristics, including stability-creating subpopulations of tubulin. Cell- and time-specific distribution of PTMs has only been investigated in the organ of Corti in gerbils. The aim of the presented study was to investigate the cell type-specific and time-specific expression patterns of TBC proteins and PTMs for the first time in murine cochleae over several developmental stages. For this, murine cochleae were investigated at the postnatal (P) age P1, P7 and P14 by immunofluorescence analysis. The investigations revealed several profound interspecies differences in the distribution of PTMs between gerbil and mouse. Furthermore, this is the first study to describe the spatio-temporal distribution of TBCs in any tissue ever showing a volatile pattern of expression. The expression analysis of TBC proteins and PTMs of tubulin reveals that these proteins play a role in the physiological development of the cochlea and might be essential for hearing.

Bei der Autoimmunerkrankung Pemphigus vulgaris führen Antikörper zur charakteristischen suprabasalen Akantholyse und Blasenbildung der Epidermis, indem sie an spezifische Antigene, Dsg3 (Desmoglein 3) und Dsg1 (Desmoglein 1), auf der Zelloberfläche der Keratinozyten binden. Die Art und Weise, wie die multiplen zellulären Pathomechanismen zusammenwirken und das potenziell tödliche Krankheitsbild hervorrufen, ist jedoch bislang noch weitgehend unklar. In der vorliegenden Arbeit wurden entscheidende, durch die Autoantikörper hervorgerufene, pathologische intrazelluläre Prozesse genauer untersucht und deren Stellenwert beleuchtet. / In the autoimmune disease Pemphigus autoantibodies lead to characteristic suprabasal acantholysis and blistering of the epidermis by binding to specific antigens, Dsg3 (desmoglein 3) and Dsg1 (desmoglein 1) on the surface of keratinocytes. The way, how multiple cellular pathomechanisms work together causing the potentially lethal clinical picture, is yet largely unknown. In this work, decisive pathologic intracellular processes, caused by the autoantibodies, were investigated more closely and their respective significance illuminated.

Die Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS) und stellt die häufigste Ursache frühzeitiger Behinderung junger Erwachsener dar. Kennzeichnend sind multifokale ZNS-Läsionen, die durch Inflammation, Demyelinisierung und Axonschäden geprägt sind und zu multiplen neurologischen Defiziten führen. Derzeit ist es mithilfe der verlaufsmodifizierenden Therapie möglich, die Immunantwort abzuschwächen und damit die Krankheitsprogression zu verzögern. Geheilt werden kann die Erkrankung jedoch bislang nicht. Dabei ist nicht hinreichend geklärt, ob die neuen Therapieoptionen über die Immunmodulation/-suppression hinaus einen anhaltenden Schutz vor der langfristigen Neurodegeneration bieten. Basierend auf den vielversprechenden Ergebnissen klinischer Studien zur Therapie der schubförmig-remittierenden MS mit dem Anti-CD52-Antikörper Alemtuzumab, der zu einer Depletion CD52-exprimierender Immunzellen führt, wurden diesbezüglich Analysen in MS-Tiermodellen durchgeführt. Da die Untersuchung der zugrunde liegenden Patho- und Effektormechanismen am Menschen kaum möglich ist, ist die MS-Forschung für ein tiefergehendes Verständnis auf Tiermodelle angewiesen. Die experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis (EAE) ist hierbei das am weitesten verbreitete Modell der MS, wofür vor allem der C57BL/6 (B6) -Mausstamm verwendet wird, da auf diesem Hintergrund die meisten genmodifizierten Mäuse gezüchtet werden. Jene tierexperimentellen Studien, in denen ein muriner Anti-CD52-Antikörper im frühen Krankheitsstadium der EAE (Auftreten erster paralytischer Symptome) verabreicht wurde, erbrachten den Hinweis einer neuroprotektiven und scheinbar regenerativen Wirkung des Antikörpers. Über einen neuroprotektiven Effekt von Alemtuzumab im schwer behandelbaren chronisch-progredienten Stadium der MS ist jedoch wenig bekannt. Die vorliegende Arbeit ist die erste detaillierte Untersuchung zum Einfluss des murinen Anti-CD52-Antikörpers auf die Demyelinisierung, den Axonschaden und die Hirnatrophie in der MP4-induzierten EAE der B6-Maus im chronischen Verlauf der Erkrankung (ab stabilem Plateau der klinischen Symptomatik). MP4 ist ein Myelinfusionsprotein aus MBP (Myelin-Basisches-Protein) und PLP (Proteolipidprotein), welches in B6-Mäusen durch aktive Immunisierung eine EAE induziert, die chronisch verläuft und als eines von wenigen Modellen neben der T-Zell-Abhängigkeit die an Bedeutung zunehmende B-Zell-Komponente der MS darstellt. Histopathologisch finden sich in der chronischen MP4-induzierten EAE eine ausgeprägte Rückenmarks- und Kleinhirnschädigung, die vor allem im Kleinhirn durch eine B-Zell-Aggregation charakterisiert ist. Nachdem die MP4-immunisierten Mäuse im chronischen Stadium der EAE an fünf aufeinanderfolgenden Tagen mit 10 mg/kg Körpergewicht murinem Anti-CD52-spezifischem IgG2a-Isotypantikörper bzw. murinem unspezifischem IgG2a-Isotyp-Kontroll-Antikörper behandelt worden waren, wurde die Lymphozytendepletion im peripheren Blut durchflusszytometrisch ermittelt und deren Einfluss auf MP4-spezifische Antikörper anhand eines indirekten Enzyme-linked Immunosorbent Assays (ELISAs) untersucht. Als Marker für Axonschäden wurde im Serum vorhandenes phosphoryliertes Neurofilament-Heavy (pNF-H) mithilfe eines indirekten Sandwich-ELISAs quantitativ bestimmt. Rückenmark und Kleinhirn wurden ultrastrukturell auf Veränderungen der Myelinisierung (mittels g-Ratio: Axondurchmesser geteilt durch Gesamtdurchmesser der Nervenfaser) und auf Axonpathologien (verringerter Abstand benachbarter Neurofilamente, axolytische Axone, axonaler Verlust) untersucht. Die Hirnatrophie wurde MRT-basiert gemessen und der klinische Verlauf täglich evaluiert. Durch die Anti-CD52-Antikörperbehandlung wurde die T- und B-Zellzahl zwar drastisch vermindert, die MP4-spezifische Antikörperproduktion blieb davon jedoch unbeeinträchtigt. Ein günstiger Effekt auf die De- und Remyelinisierung war nicht festzustellen. Das Hirnvolumen und die klinische Präsentation der Mäuse blieben ebenfalls unverändert. Während kein Unterschied der pNF-H-Konzentration zu erkennen war, konnte ultrastrukturell jedoch ein geringerer Axonschaden nachgewiesen werden. Insgesamt legen diese Ergebnisse nahe, dass der Anti-CD52-Antikörper im chronischen Verlauf der EAE/MS wenig Einfluss auf die neurodegenerativen Prozesse nimmt und die Regeneration nicht fördern kann. Die Ursache liegt vermutlich in der Undurchlässigkeit der Bluthirnschranke für Antikörper sowie dem limitierten Verständnis der Antikörperwirkung im ZNS. Die vorliegende Studie regt somit zur Etablierung von ZNS-wirksamen Antikörpern an und unterstreicht die Bedeutung der Entwicklung von selektiveren neuroprotektiven und remyelinisierungsfördernden Behandlungsansätzen, die eine wertvolle Ergänzung zur verlaufsmodifizierenden Therapie darstellen könnten. / Multiple sclerosis (MS) is a chronic inflammatory autoimmune disorder of the central nervous system (CNS) and the most frequent cause of early disabilities in young adults. Multifocal CNS lesions are typical for the disease and characterized by inflammation, demyelination and axonal pathology that lead to multiple neurological deficits. Currently disease modifying therapies (DMTs) make it possible to reduce the immune response and to delay the progression of the disease, but there is still no cure for MS. However, it is not fully understood whether these new treatment options provide long-lasting protection against neurodegeneration beyond immune modulation/-suppression. Based on promising data from clinical studies of the anti-CD52 antibody alemtuzumab for the treatment of relapsing-remitting MS that leads to depletion of CD52-expressing lymphocytes, investigations on this question were performed in animal models for MS. Since studies of the underlying pathomechanisms and effector functions are difficult to carry out in humans, MS research is still dependent on animal models to gain deeper understanding. Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is the most widely distributed model for MS, for which the C57BL/6 (B6) mouse strain is commonly used, since most gene-modified mice are bred on this background. The animal experiments that applied a murine anti-CD52 antibody at early disease stage of EAE (first appearance of paralytic symptoms) indicated a neuroprotective and apparent regenerative effect of the antibody. Indeed, little is known about a neuroprotective effect of alemtuzumab when given at the chronic progressive phase of MS which is still difficult to treat. The present study is the first detailed investigation on the impact of the murine anti-CD52 antibody on demyelination, axonal damage and brain atrophy in MP4-induced EAE in B6 mice during the chronic stage of the disease (starting at stable plateau of clinical symptoms). MP4 is a myelin fusion protein of MBP (myelin basic protein) and PLP (proteolipid protein) that induces chronic EAE in B6 mice via active immunization. MP4-induced EAE is one of the few models that reflects the B cell component in addition to the T cell-mediated features of MS. Its chronic stage is characterized by severe spinal cord and cerebellar pathology with B cell aggregation especially in the cerebellum. After MP4-induced mice were treated at the chronic stage of EAE either with 10 mg/kg body weight murine anti-CD52 specific IgG2a isotype antibody or murine unspecific IgG2a isotype control antibody for five consecutive days, flow cytometric analysis of lymphocyte depletion was performed on peripheral blood and its effect on MP4-specific antibodies was determined by indirect enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). The level of released phosphorylated neurofilament-heavy (pNF-H) in the serum as a marker for axonal damage was measured by indirect Sandwich-ELISA. Change of myelination (by using the g-ratio: axon diameter divided by nerve fiber diameter) and axonal pathology (decreased nearest neighbour neurofilament distance, axolytic axons, axonal loss) was evaluated in spinal cord and cerebellum by electron microscopy. Brain atrophy was measured based on MRI and clinical course was daily evaluated. The treatment with the anti-CD52 antibody drastically reduced the number of T cells and B cells, while the titers of MP4-specific antibodies remained unaffected. There was no effect on de- and remyelination. Furthermore, brain volume and clinical disease severity remained unaltered. While there was no difference in pNF-H concentration, on the ultrastructural level the number of damaged axons was decreased. In sum, these data reveal that the anti-CD52 antibody has a low impact on neurodegenerative processes and none on regeneration in the chronic stage of EAE/MS. This is probably due to the impermeability of the blood-brain barrier for antibodies and the limited understanding of the effects of antibody treatment in the CNS. Thus, this study points towards the need for effective antibody treatment in the CNS as well as for more selective neuroprotective and remyelination promoting therapeutic strategies that could complement the existing DMTs.

Platelets are small anucleate cell fragments derived from bone marrow megakaryocytes (MKs) and are important players in hemostasis and thrombosis. Platelet granules store factors which are released upon activation. There are three major types of platelet granules: alpha-granules, dense granules and lysosomes. While dense granules contain non-proteinacious factors which support platelet aggregation and adhesion, platelet alpha-granules contain more than 300 different proteins involved in various functions such as inflammation, wound healing and the maintenanceof vascular integrity, however, their functional significance in vivo remains unknown. This thesis summarizes analyses using three mouse models generated to investigate the role of platelet granules in thrombosis, hemostasis, stroke and inflammation. Unc13d-/- mice displayed defective platelet dense granule secretion, which resulted in abrogated thrombosis and hemostasis. Remarkably, Munc13-4-deficient mice were profoundly protected from infarct progression following transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO) and this was not associated with increased intracranial bleeding indicating an essential involvementof dense granule secretion in infarct progression but not intracranial hemostasis during acute stroke with obvious therapeutic implications. In the second part of this thesis, the role of platelet alpha-granules was investigated using the Nbeal2-/- mouse. Mutations in NBEAL2 have been linked to the gray platelet syndrome (GPS), a rare inherited bleeding disorder. Nbeal2-/- mice displayed the characteristics of human GPS, with defective alpha-granule biogenesis in MKs and their absence from platelets. Nbeal2-deficiency did not affect MK differentiation and proplatelet formation in vitro or platelet life span in vivo. Nbeal2-/- platelets displayed impaired adhesion, aggregation, and coagulant activity ex vivo that translated into defective arterial thrombus formation and protection from thrombo-inflammatory brain infarction in vivo. In a model of skin wound repair, Nbeal2-/- mice exhibited impaired development of functional granulation tissue due to severely reduced differentiation of myofibroblasts. In the third part, the effects of combined deficiency of alpha- and dense granule secretion were analyzed using Unc13d-/-/Nbeal2-/- mice. Platelets of these mice showed impaired aggregation and adhesion to collagen under flow ex vivo, which translated into infinite tail bleeding times and severely defective arterial thrombus formation in vivo. When subjected to in vivo models of skin or lung inflammation, the double mutant mice showed no signs of hemorrhage. In contrast, lack of platelet granule release resulted in impaired vascular integrity in the ischemic brain following tMCAO leading to increased mortality. This indicates that while defective dense granule secretion or the paucity of alpha-granules alone have no effect on vascular integrity after stroke, the combination of both impairs vascular integrity and causes an increase in mortality. / Thrombozyten sind kleine, kernlose Zellfragmente, die von Megakaryozyten (MKs) im Knochenmark gebildet werden und eine zentrale Rolle in Thrombose und Hämostase spielen. Thrombozytengranula speichern Faktoren, die nach Thrombozytenaktivierung freigesetzt werden. Die drei wichtigsten Thrombozytengranula sind alpha- und dichte Granula, sowie Lysosomen. Während dichte Granula vor allem anorganische Faktoren enthalten, welche die Thrombozytenaktivierung und -aggregation fördern, speichern alpha-Granula mehr als 300 verschiedene Proteine mit einer Vielzahl an Funktionen. Sie sind beispielsweise an Entzündungsprozessen, Wundheilung und der Aufrechterhaltung vaskulärer Integrität beteiligt. Die funktionelle Signifikanz dieser Faktoren, insbesondere in vivo, blieb bisher allerdings ungeklärt. Diese Doktorarbeit beschreibt die Analyse der Rolle von Thrombozytengranula in Thrombose, Hämostase, Schlaganfall und Entzündung unter Verwendung von drei Knockout-Mauslinien. Unc13d-/- Mäuse dienten als Modell, um die Rolle der dichten Granulasekretion in Thrombose, Hämostase, Schlaganfall und der Aufrechterhaltung der vaskulären Integrität nach Thromboinflammation zu untersuchen. Die fehlende Freisetzung des Inhalts dichter Granula aus Thrombozyten dieser Mäuse führte zu defekter Thrombose und Hämostase. Unc13d-/- Mäuse zeigten deutlich kleinere Infarkte im tMCAO (transient middle cerebral artery occlusion)-Modell des ischämischen Schlaganfalls. Gleichzeitig wurde jedoch keine erhöhte Blutungsneigung im Gehirn nach Schlaganfall festgestellt. Dies deutet auf eine Schlüsselrolle der Sekretion dichter Granula in der Infarktentwicklung hin, die jedoch nicht die intrakranielle H¨amostase w¨ahrend des akuten Schlaganfalls beeinflusst. Der zweite Teil dieser Doktorarbeit behandelt die Rolle von alpha-Granula unter Verwendung der Nbeal2-/- Maus. Vor Kurzem wurde gezeigt, dass Mutationen im NBEAL2-Gen das Gray Platelet Syndrome (GPS) hervorrufen. Das GPS ist eine seltene erbliche Blutungskrankheit mit Makrothrombozytopenie, defekter alpha-Granulabiogenese in MKs und dem Fehlen thrombozytärer alpha-Granula. Nbeal2-Defizienz führte zu unveränderter MK-Differenzierung, Proplättchenbildung in vitro und Thrombozytenlebensdauer in vivo. Nbeal2-defiziente Thrombozyten zeigten jedoch verringerte Adhäsion, Aggregation und Koagulation ex vivo, welche zu einer gestörten arteriellen Thrombusbildung und Schutz vor thromboinflammatorischem Schlaganfall nach zerebraler Ischämie führte. In einem Wundheilungsmodell der Haut zeigte sich bei Nbeal2-defizienten Mäusen eine verringerte Bildung von Granulationsgewebe während des Heilungsvorgangs. Die Ursache hierfür lag in der reduzierten Myofibroblastendifferenzierung aufgrund fehlender alpha-Granulaausschüttung. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass alpha-Granulabestandteile nicht nur für Thrombose und Hämostase, sondern auch für akute thromboinflammatorische Krankheitszust¨ande und Geweberegeneration nach Verletzung essentiell sind. Im dritten Teil dieser Arbeit wurde der Effekt einer kombinierten Sekretionsdefizienz von alpha- und dichten Granula mithilfe von Unc13d-/-/Nbeal2-/- Mäusen untersucht. Thrombozyten dieser Mäuse zeigten verringerte Aggregation und Adhäsion an Kollagen unter Flussbedingungen ex vivo, sowie massiv verlängerte Blutungszeiten und defekte Thrombusbildung in vivo. Die defekte Granulafreisetzung in Unc13d-/-/Nbeal2-/- Mäusen führte zum Zusammenbruch der vaskulären Integrität im tMCAO-Modell des ischämischen Schlaganfalls und zu einer erhöhten Mortalitätsrate. Im Gegensatz dazu zeigten die doppeldefizienten Mäuse in in vivo Modellen der Haut- oder Lungenentzündung keine Einblutungen. Dies deutet darauf hin, dass die fehlende Sekretion dichter Granula oder die Abwesenheit von alpha-Granula für sich genommen keinen Einfluss auf die Aufrechterhaltung der vaskulären Integrität nach Schlaganfall hat. Die Kombination beider Defekte führt jedoch zum Zusammenbruch der zerebrovaskulären Integrität und erhöhter Mortalität nach Schlaganfall.