Hintergrund: Das Catechol-O-Methyltransferase-Gen (COMT) ist ein vielversprechendes Kandidatengen zur Untersuchung kognitiver und emotionaler Funktionen sowie deren pathologischer Veränderungen. Ein einzelner Basenaustausch in diesem Gen führt zu einer 3-4fach höheren COMT-Aktivität der Val Variante. Ein dadurch vermitteltes dopaminerges Defizit wird als relevanter Faktor für eine veränderte Hirnfunktion angenommen. Mit dem kognitiven Stroop-Paradigma wurden kognitive Verarbeitungsprozesse bisher gut erforscht. Zur Erfassung emotionaler Verarbeitungsprozesse wurde eine emotionale Variante entwickelt, deren neurale Grundlagen bislang weniger gut bekannt sind. Ziel: Unsere imaging genetics-Arbeit untersucht den Einfluss genetischer Varianten auf die neurale Funktion. Ziel dieser experimentellen Arbeit war es, den Einfluss des COMT-Polymorphismus (COMT-PM) auf die Frontalkortex-Funktion in ausgewählten Regionen von Interesse (ROI) zu erfassen und der Frage nachzugehen, ob das Val-Allel als Risiko-Allel zur Pathogenese einer Angststörung (AS) beitragen könnte. Zudem sollte die Tauglichkeit des emotionalen Stroop- Paradigmas als angstsensibles Messinstrument zur Untersuchung dieser Fragestellung geprüft werden. Demgegenüber steht die Annahme, das emotionale Stroop-Paradigma könnte lediglich eine Arbeitsgedächtnis (AG)-Aufgabe darstellen. Methoden: Mittels funktioneller Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) und ereigniskorrelierter Potentiale untersuchten wir 121 gesunde nach dem COMT- Val158Met-PM stratifizierte Probanden während eines kombiniert emotional- kognitiven Stroop-Paradigmas. Als neurale Korrelate von Exekutivfunktionen und AG-Aufgaben waren die ROI dabei der laterale präfrontale und inferiore Kortex, die auch mit emotionaler Regulation in Verbindung gebracht werden. Als Parameter der Reaktion des autonomen Nervensystems (ANS) diente die Erfassung der elektrodermalen Aktivität sowie die kontinuierliche Messung von Blutdruck, Herzfrequenz und Herzratenvariabilität. Ergebnisse: Bei allen drei COMT Varianten zeigte sich ein kognitiver Stroop-Effekt mit verlängerter Reaktionszeit und erhöhter Fehleranzahl während der Präsentation inkongruenter Farbworte. Als Reaktion des ANS stellte sich eine erhöhte elektrodermale Aktivität bei inkongruenten Farbworten dar. Die funktionelle Bildgebung ließ in den analysierten Regionen eine erhöhte präfrontale Aktivierung während der Verarbeitung inkongruenter Farbworte nachweisen. Es fanden sich keine Gruppenunterschiede im kognitiven Stroop-Paradigma. Der einzige emotionale Stroop-Effekt zeigte sich in der P300. Der einzig nachweisbare Gruppeneffekt stellte sich im emotionalen Stroop-Paradigma als höhere Fehleranzahl bei Met-Homozygoten verglichen mit Heterozygoten dar. Schlussfolgerung: Genetische Information und funktionelle Bildgebung kombiniert sollten ermöglichen, neurale Mechanismen zu definieren, die mit genetischen Varianten verlinkt sind. Die Ergebnisse bezogen auf die analysierten Regionen liefern keinen Hinweis auf ein Val-Allel assoziiertes Risiko für die Entwicklung einer AS. Damit gelingt es nicht, bisher gewonnene Ergebnisse zum Einfluss des COMT-PM auf die präfrontale Funktion zu replizieren. Fraglich ist jedoch, ob sich das emotionale Stroop-Paradigma zur Untersuchung dieser Frage eignet, da weder in den fNIRS-, noch in den autonomen oder Verhaltensdaten ein emotionaler Stroop-Effekt nachgewiesen werden konnte. / COMT has been suggested as an important candidate gene for investigation of cognitive and emotional neural function and dysfunction. A single nucleotide polymorphism causes a high-activity valine variant which leeds to lower prefrontal dopamine level than the low-activity methionine variant does. Using fNIRS and event related potential we examined the impact of COMT gene variants on neural function in 121 healthy people during a combined cognitive and emotional Stroop task. Furthermore heart rate, blood pressure, heart rate variability and electrodermal activity were monitored to investigate differences in ANS response associated with COMT polymorphism. Our data do not support the postulated hypothesis of Val allele as a risk factor for the pathogenesis of anxiety and neural dysfunction. However the emotional Stroop task is highly doubtful to be a practical paradigm for investigation this issue.

Ständig kontrollieren wir das Ergebnis unserer Handlungen. Ist das Ergebnis ein anderes als erwartet, wird dies als Fehler erkannt und es erfolgt dann der Versuch, das Verhalten entsprechend anzupassen. Die zugrunde liegenden elektrophysiologischen Korrelate können mittels Ereignis-korrelierter Potentiale untersucht werden (ERN, „error-related negativity“ und Pe, „error positivity“). Offenkundige und latente Dysfunktionen der Handlungsüberwachung, die unter anderem durch pathologische Veränderungen der kortikalen Exzitabilität bedingt werden, konnten bei Patienten mit neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen beobachtet werden. Die Modulation der für die Fehlerverarbeitung relevanten Hirnregionen des medialen präfrontalen Kortex wäre deshalb wünschenswert und soll in der vorliegenden Arbeit untersucht werden. Eine Möglichkeit zur Modulation zerebraler Erregbarkeit stellt die Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) dar. In unserer Untersuchung haben wir den Effekt von tDCS bei 48 gesunden Teilnehmern getestet, die drei Gruppen randomisiert zugeordnet wurden (anodale, kathodale und SHAM-Stimulation). Während einer 22-minütigen Stimulation mit tDCS über dem medialen frontalen Kortex führten die Probanden eine modifizierte Eriksen Flanker Aufgabe aus. Parallel dazu wurde ein EEG zur Analysierung der ERN und Pe aufgenommen. Es konnte gezeigt werden, dass kathodale Stimulation im Vergleich zu anodaler und SHAM Stimulation die Amplitude von Subkomponenten der Pe verringert, während kein Effekt auf die ERN nachgewiesen werden konnte. Bei der Untersuchung der Modulation der Fehlerverarbeitung durch transkranielle Stimulation mit tDCS konnten wir somit Hinweise auf einen kathodal-inhibitorischen Effekt auf die kortikale Exzitabilität bei gesunden Probanden finden, was Perspektiven für eine zukünftige Modulation der zugrunde liegenden neuronalen Netzwerke eröffnet. Trotzdem werden weitere Studien notwendig sein, um zu klären, inwieweit der Effekt auf die späte Pe auch von funktioneller Relevanz ist. Zukünftige Studien werden die (Patho)physiologie zugrunde liegender Fehlerüberwachungssysteme auf Zell- und Systemebene weiter untersuchen müssen, um eine Optimierung der stimulations-induzierten Effekte erreichen zu können und um tDCS als eine mögliche wertvolle Therapieoption für Patienten mit Dysfunktionen der Fehlerverarbeitung etablieren zu können. / Background: In order to prevent future errors, we constantly control the outcome of our actions to detect a discrepancy between the expected (i.e., intended) outcome and the real outcome, and continuously adjust our behavior accordingly. The underlying neurophysiological correlates of error monitoring can be studied with event-related potentials (the error-related negativity (ERN) and error positivity (Pe), Falkenstein et al., 2001). Patients with neurological and psychiatric diseases show overt and latent performance monitoring dysfunctions that can (amongst others) be caused by pathological changes of cortical excitability, therefore a modulation of the underlying neuronal activity might be a valuable therapeutic tool. One technique which allows us to explore cortical modulation of neural networks is transcranial direct current stimulation (tDCS). Hence, with our study we intended to analyse, whether tDCS can be used to modify error monitoring systems by altering the underlying neuronal activity. Therefore, we tested the effect of tDCS on 48 healthy subjects randomly assigned to three groups, anodal, cathodal or sham stimulation. The subjects underwent tDCS over the medial frontal cortex while performing an Erisken flanker task during a simultaneous EEG recording, allowing for an analysis of the ERN and Pe. Results: We found that cathodal stimulation attenuated Pe amplitudes compared to anodal stimulation and to SHAM stimulation, but no effect for the ERN. Conclusions: Based on these findings, modulation of the medial frontal cortex with weak direct current can be seen as a future approach to modify the sensitivity of the error monitoring system, and should be tested in future studies with psychiatric patients with performance monitoring dysfunctions.

Kritisch-Kranke Patienten auf der Intensivstation unterliegen einem Postaggressionsstoffwechsel. Die Ernährungstherapie kritisch kranker Patienten ist ein wesentlicher Pfeiler im Therapiekonzept dieser Patienten und hat Auswirkung auf deren Outcome. Es wurde in der vorliegenden Arbeit das Ernährungsregime der anästhesiologischen Intensivstation untersucht, deren Nährstoffversorgung, Outcome sowie die damit verbundenen Kosten. / Critically-ill Patients in an intensive care unit suffer from post-shock metabolism. Nutritional therapy is an important part of the therapeutical concept of these patients. The trial concerning patients on an intensive care unit lead by anaesthesiologists examines the nutritional support, outcome and costs.

In der vorliegenden Arbeit sollte herausgefunden werden, ob die bilaterale Stimulation mittels transkranieller Gleichstromstimulation das Arbeitsgedächtnis von gesunden Probanden beeinflussen kann. Stimulationsorte waren der rechte und linke dorsolaterale Präfrontalkortex mit der Referenzelektrode auf der jeweils kontralateralen Seite. Aus diesem Grund wurden zwei Versuchsgruppen gebildet, die jeweils anodal oder kathodal links für eine Gesamtdauer von ca. 25 Minuten stimuliert wurden. Eine dritte Versuchsgruppe erhielt eine Sham-Stimulation und fungierte daher als Placebogruppe. Als Paradigma nutzten wir einen n-Back-Test mit je drei Bedingungen (0-Back, 1-Back und 2-Back), der vier Minuten nach Stimulationsbeginn startete. Einerseits wurden die Ergebnisse hinsichtlich des Verhaltens anhand der richtig und falsch gegebenen Antworten sowie andererseits die mittleren Reaktionszeiten im n-Back-Task analysiert. Hier zeigte sich im Bereich Genauigkeit kein signifikanter Unterschied zwischen den Versuchsgruppen und somit keine signifikante Verbesserung des Verhaltens durch tDCS. Es gibt einerseits Hinweise darauf, dass man mit einer höheren Stromstärke als den hier gewählten 1 mA stimulieren muss. Andererseits ist es möglich, dass die bilaterale Stimulation mit tDCS im vorliegenden Setting nur bei Menschen eine Wirkung zeigt, die aufgrund von neurophysiologischen Erkrankungen bereits ein Defizit des Arbeitsgedächtnisses aufweisen. Zusätzlich spielt die Position der Referenzelektrode am jeweils kontralateralen DLPFC eine Rolle und hat in der vorliegenden Studie vermutlich zu Wechselwirkungen und Störeffekten geführt. Hinsichtlich der mittleren Reaktionszeiten zeigten sich ebenfalls Hinweise darauf, dass das bilateral generierte Stromfeld signifikante Effekte minimiert hat. Es zeigt sich in der Bedingung 1-Back eine verbesserte Reaktionszeit in der Gruppe, die kathodal links stimuliert wurde. Diese Ergebnisse sind allerdings nicht für die Bedingung 2-Back zu beobachten, weswegen dies nicht als klassischer Effekt auf das Arbeitsgedächtnis gedeutet werden kann. Möglicherweise hätte hier analog zu Vergleichsstudien ebenfalls eine höhere Intensität oder eine längere Stimulationsdauer zu Effekten in der Bedingung 2-Back führen können. Diese Fragestellung bezüglich der Kombination der Stimulationsparameter sollte Gegenstand weiterer Studien sein. Hinsichtlich der Beeinflussung der positiven und negativen Emotionen zeigte sich, dass die anodale tDCS-Stimulation über dem linken DLPFC mit Referenzelektrode über dem rechten DLPFC zu einer signifikant geringeren Abnahme der positiven Emotionen unmittelbar nach der Messung führt. Dies deckt sich mit Erkenntnissen aus vorherigen Studien und zeigt, dass sich die Emotionsverarbeitung mittels tDCS beeinflussen lässt. Des Weiteren wurde die Dynamik der relativen Oxy-Hb und Deoxy-Hb-Konzentrationen in den verschiedenen Hirnarealen in Echtzeit während des n-Back-Tasks mittels funktioneller Nahinfrarotspektroskopie mit 52 Emittern und Detektoren überprüft. Hier zeigte sich, dass vor allem die Gruppe, die anodal über dem linken DLPFC und kathodal über dem rechten DLPFC stimuliert wurde, in der Bedingung 2-Back eine signifikant geringere Mehraktivierung zur Baseline im Bereich der Kathode rechtshemisphäral aufweist. Im genaueren Vergleich zeigt sich eine Störung der Aktivität dieser Gruppe im Vergleich zur Sham-Kondition, die sich beidseits frontotemporal präsentiert mit einer deutlicheren Störung auf der rechten Seite. Ein ähnlicher Effekt mit einer Störung rechts frontotemporal konnte im Übergang von N1 zu N2 in der Gruppe Anodal links beobachtet werden. Dieser Effekt zeigte sich überraschenderweise auch in der Stimulationsgruppe, die umgekehrt kathodal links und anodal rechts stimuliert wurde. Da dieser Bereich rechts frontotemporal des Hirns vor allem bei Aufmerksamkeitsprozessen eine Rolle spielt, stellt sich die Frage, ob das vorliegende tDCS-Setting und das damit verbundene Stromfeld einen negativen Einfluss auf Aufmerksamkeitsprozesse haben könnten. In der vorliegenden Studie konnten hinsichtlich des Verhaltens keine dazu passenden signifikanten Unterschiede beobachtet werden. Dies sollte in weiterführenden Studien mit anderen Stimulationsintensitäten genauer untersucht werden. Die in anderen Studien beobachteten Phänomene, dass die anodale Stimulation eine exzitatorische Wirkung und die kathodale Stimulation eine inhibitorische Wirkung hat, konnten in der vorliegenden Arbeit nicht gezeigt werden. Vermutlich hat das generierte Stromfeld durch parallel eingesetzte anodale und kathodale Stimulation gegenseitige Effekte gestört oder sogar aufgehoben. Das hier genutzte Setting ist somit nur bedingt für Studien zu empfehlen. Zumindest hat sich dadurch aber gezeigt, dass tDCS auch andere Hirnbereiche außerhalb des Stimulationsgebiets beeinflussen und nicht als eingeschränkt lokale Stimulationsmethode angesehen werden kann. Zudem hat sich gezeigt, dass die Dokumentation der hämodynamischen Veränderungen mittels funktioneller Nahinfrarotspektroskopie eine durchaus effektive Methode ist, um Veränderungen der Hirnaktivität simultan zur Stimulation mit tDCS aufzuzeigen und mit beobachteten Verhaltensdaten in Kontext zu setzen. / In this study we wanted to show if bilateral tDCS with 1 mA can stimulate the working memory of healthy persons. Electrodes were located on F3 and F4 simultaneously according to the left and right dorsolateral prefrontal cortex. Therefore there were two stimulation groups with the setting anode left/kathode right and kathode left/anode right. The tDCS-stimulation lasted approximately 25 minutes. In addition, a third group with sham stimulation was added as a placebo group. Our paradigma was a modified n-Back-Tast with three conditions (0-back, 1-back, 2-back), which started 4 minutes after the beginning of the stimulation. On the one hand we analysed the correct and false answers. On the other hand we looked at the reaction times of the different stimulation groups. Concerning the number of right answers, there was no significant difference between the groups detectable. We assume that stimulation with a higher current is necessary. In addition, the bilateral setting could possibly only affect people with neuropsycholocical illnesses who already show deficits in working memory. Also, we suspect interdependencies and parasitics between stimulation and reference electrode. According to the results of reaction times we suppose similar effects. Faster reaction times in the n1-back condition in the group kathodal left/anodal right are not reflected in the n2-back condition, so this can not be seen as an effect of ameliorated working memory. Probably a higher current or longer stimulation is necessary to cause effects also in the n2-back condition. According to the positive and negative emotions anodal tDCS over the left DLPFC with the reference electrode over the right DLPFC causes a significant lower decrease of positive emotions. This confirms results of other studies. While stimulation, the dynamics of oxy-hb and deoxy-hb concentrations were measured with near-infrared spectroscopy. The group anodal left/kathodal right showed a significant lower activation in the n2-condition compared to baseline. We detected an interference especially in right frontotemporal areas. The same effect appears during the passage from condition n1-back to condition n2-back. Suprisingly, this effect is also detectable in the other stimulation group (kathodal left/anodal right). We assume that processes of attention and alertness which are set in frontotemporal areals could be affected by tDCS, although we couldn't determine any group differences concerning behavior in our study. This should be further investigated in future studies with different current intensities. The bilateral setting chosen in this study is therefore suitable only to a limited extent. Anyway, this study showed that tDCS can influence other cerebral areas than initially estimated. Also, it showed the importance of measuring haemodynamic changes with near-infrared spectroscopy simultanously in order to understand the effects of tDCS properly.

Die genauen Mechanismen der frühen Atheroskleroseentstehung sind Thema intensiver Forschungsarbeit. Hierbei hat sich in den letzten Jahren eine zunehmend wichtige Rolle für Thrombozyten herauskristallisiert. Sie spielen nicht nur in der Hämostase, sondern auch bei immunologischen und entzündlichen Erkrankungen eine wichtige Rolle. Aktivierte Blutplättchen interagieren auf vielfältige Weise mit unterschiedlichen Zellen ihrer Umgebung – Endothelzellen, glatten Muskelzellen oder Leukozyten – wodurch es auf beiden Seiten zur Freisetzung von Botenstoffen und nachfolgend zur Aktivierung diverser Signalwege kommt. Auf der Thrombozytenoberfläche finden sich u.a. Rezeptoren für das Chemokin Fractalkin (CX3CL1). Dieses wurde bereits mit Thrombozytenaktivierung und Leukozytenadhäsion am Endothel in Verbindung gebracht. In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass der thrombozytäre ADP-Rezeptor P2Y12 und der Rezeptor für Fractalkin, CX3CR1, eine ähnliche intrazelluläre G-Protein-Kopplung und Signalkaskade aufweisen, die in der Aktivierung der PI3K mündet. Der Effekt ist unabhängig von einer ADP-Zugabe und wird über G vermittelt, so dass hierüber eine Blockung des P2Y12-Rezeptors durch z.B. Clopidogrel umgangen werden könnte. Des Weiteren ist bekannt, dass Fractalkin die Expression des Glykoproteins mfg-e8 beeinflusst. Inwiefern mfg-e8 einen Einfluss auf Thrombozyten hat, ist bislang nur unzureichend erforscht. In der vorliegenden Arbeit konnte eine proaktivierende Wirkung von mfg-e8 auf Thrombozyten nachgewiesen werden: Sowohl im Western blot (Aktivierung der PI3K) wie auch durchflusszytometrisch (Aktivierung des GPIIb/IIIa). Unter arteriellen Flussbedingungen schwächte mfg-e8 die Bindung von Thrombozyten an Fibrinogen-beschichtete Oberflächen ab. Welche Rezeptoren an dieser Interaktion beteiligt sind, ist derzeit nicht geklärt. Sowohl mfg-e8 als auch Fractalkin stellen interessante, thrombozytenaktivierenden Substanzen dar, deren Einfluss aufeinander und auf das Gefäßsystem weiterführender Untersuchung bedarf. / Platelets are crucially involved in early development of atherosclerosis. They interact with multiple cells in their environment which activates diverse signalling pathways. On the platelet surface chemokine receptors, amongst others, receptors for fractalkine (CX3CL1), can be found. Here, we show for the first time that ADP-receptor P2Y12 and fractalkine-receptor CX3CR1 have a similar intracellular pathway which leads to activation of PI3K. Once released from an atherosclerotic lesion, this mechanism could contribute locally to impaired clopidogrel responsiveness at the vulnerable plaque. Furthermore, fractalkine influences the expression of glycoprotein mfg-e8. We prove a pro-activating effect of mfg-e8 on platelets in Western Blot and flow cytometry. Yet, the detailed mechanism and the involved receptors still remain unclear.

Bei den primär herzgesunden Tieren wurde durch Frequenz-Überstimulation mit Hilfe eines implantierten biventrikulären Herzschrittmachers eine chronische Herzinsuffizienz induziert. Im Rahmen der Verlaufsbeobachtungen wurde in-vivo die Druckanstiegsgeschwindigkeit dP/dtmax, der enddiastolische sowie endsystolische Druck durch einen implantierten Drucksensor gemessen. Anhand der gemessen dP/dtmax-, EDP- und ESP-Werte konnte der Bowditcheffekt dargestellt werden. Mit Ausprägung einer chronischen Herzinsuffizienz fiel dieser im Verlauf deutlich geringer aus, blieb aber stets nachweisbar. / Congestive heart failure was induced in initially healthy adult sheep by frequency overstimulation. On the basis of velocity of pressure rise (dP/dtmax), endsystolic pressure (ESP) and enddiastolic pressure (EDP) Bowditch effect was demonstrated. Along with the developement of a congestive heart failure Bowditch effect decreased but was throughout detectable.

This work focuses on megakaryocyte physiology with a special interest in the description of the localization of megakaryocytes in the bone marrow in mice single-deficient of the small Rho GTPase RhoA or double-deficient for RhoA and Cdc42. RhoA knock-out mice revealed intraluminal presence of megakaryocytes in bone marrow sinusoids. In a next step, potential aggravation, attenuation or preservation of this phenotype was studied in related mouse strains and also in the setting of platelet depletion and blockage of important megakaryocyte and platelet glycoprotein receptors in order to understand underlying singling pathways. A second part of this thesis studied the role of RhoF in filopodia formation and scrutinized RhoF deficient mice with regard to platelet activation and degranulation. / Diese Arbeit beschäftigt sich mit Megakaryozyten mit besonderem Fokus auf der Beschreibung ihrer Verteilung im Knochenmark in Abhängigkeit der Defizienz der kleinen Rho GTPase RhoA und der kombinierten Defizienz von RhoA und Cdc42. Hierbei konnten bei RhoA defizienten Mäusen intraluminal gelegene Megakaryozyten, das heißt Megakaryozyten innerhalb der Knochenmarksinusoide nachgewiesen werden. In einem nächsten Schritt wurde eine potentielle Verstärkung, Abschwächung oder Konservierung dieses Phänotyps anhand verwandter Mauslinien und ebenso unter Bedingungen von Plättchendepletion und der Blockade wichtiger megakaryozytärer und thrombozytärer Glykoproteinrezeptoren durchgeführt, um zu Grunde liegende Signalwege zu verstehen. Ein zweiter Teil dieser Arbeit behandelte die Rolle von RhoF in der Filopodiengenerierung und untersuchte RhoF defiziente Mäuse im Hinblick auf Thrombozytenaktivierung und -degranulierung.

Mit jedem Herzschlag werden enorme Mengen an Kalzium (Ca2+) in der Herzmuskelzelle freigesetzt. Dies geschieht vornehmlich über Ryanodinrezeptororen (RyR) und dient der Induktion der Muskelkontraktion. Daneben vermittelt aber auch der Inositoltrisphosphat (IP3)-Rezeptor, nach Aktivierung durch den Botenstoff IP3, unabhängig von der Elektromechanischen Kopplung eine Ca2+-Freisetzung aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR). Die hier vorliegende Arbeit hatte das Ziel an isolierten Herzmuskelzellen die Interaktion von SR und Mitochondrien zu untersuchen, unter besonderer Berücksichtigung einer IP3-vermittelten Aktivierung des mitochondrialen Metabolismus. Wir verglichen den Effekt einer IP3- bzw. RyR-vermittelten zytosolischen Ca2+-Erhöhung auf die mitochondriale Ca2+-Aufnahme und Adenosintriphosphat (ATP)-Produktion. Sowohl unter den IP3-Rezeptor-Agonisten Endothelin-1 (ET-1) bzw. Angiotensin II (Ang II), als auch unter Verwendung des ß-Rezeptor-Agonisten Isoprenalin war eine mitochondriale Ca2+-Aufnahme nachweisbar, allerdings kam es nur IP3-abhängig zu einer ATP-Produktion. Unter Zugabe des IP3-Rezeptor-Blockers 2-Aminoethoxydiphenylborat (2-APB) konnte die zuvor nachgewiesene mitochondriale Ca2+-Aufnahme deutlich reduziert werden, gleiches zeigte sich bei Zellen isoliert aus transgenen IP3-sponge-Mäusen, entsprechend einem funktionellen IP3-Knockout. Hinsichtlich des Mechanismus der mitochondrialen Ca2+-Aufnahme kamen prinzipell zwei Strukturen in Frage: der mitochondriale Ryanodinrezeptor (mRyR1) und der mitochondriale Ca2+-Kanal (MCU). Wir unternahmen in der Folge weitere Versuche mit den anerkannten Rezeptorblockern Ru360 bzw. Dantrolen, um wechselseitig den MCU oder den mRyR1 zu blockieren. Das Ergebnis dieser Versuchsreihe legt den Schluss nahe, dass die Ca2+-Aufnahme in die Mitochondrien nach betaadrenerger Stimulation mit Isoprenalin primär über den MCU vermittelt wird, demgegenüber erfolgt die IP3-vermittelte Ca2+-Aufnahme über den mRyR1. Unter Verwendung von immunhistochemischer Färbungen identifizierten wir den IP3-Rezeptor vom Typ III, der ein überwiegend mitochondriales Verteilungsmuster aufzeigte. Wir schließen daraus, dass die von uns beobachteten Effekte der mitochondrialen Ca2+-Aufnahme und ATP-Produktion IP3-abhängig induziert werden bzw. zu einem Großteil auf eine Aktivität des IP3-Rezeptors, vermutlich der Unterform vom Typ III, zurückzuführen sind. Zusammenfassend konnte in der hier vorgelegten Arbeit gezeigt werden, dass die Aktivität des IP3-Rezeptors wesentlich am zellulären Energiehaushalt der Kardiomyozyten beteiligt ist. Der IP3-Signalweg vermittelt die Ca2+-Aufnahme in die Mitochondrien und führt so zu einer Energiebereitstellung in Form von ATP. / In this study we aimed to investigate the interaction of sarcoplasmatic reticulum (SR) and mitochondria in isolated cardiac myocytes, with special consideration of an IP3-mediated activation of the mitochondrial metabolism. We compared the effects of IP3-Receptor and Ryanodin-Receptor (RyR)-mediated cytosolic Ca2+-elevation on mitochondrial Ca2+-uptake and adenosine triphosphate (ATP) generation achieved by the IP3-receptor agonists endothelin-1 (ET-1) and angiotensin II (Ang II) and the β-adrenergic agonist isoproterenol (ISO). The IP3-receptor-agonists ET-1 and Ang II as well as ISO induced an increase in mitochondrial Ca2+, but only IP3-dependent we observed an increase in ATP concentration. ET-1 induced effects were prevented by cell treatment with the IP3-antagonist 2-aminoethyoxydiphenyl borate (2-APB) and absent in myocytes from transgenic mice expressing an IP3 chelating protein (IP3 sponge). Furthermore IP3-induced mitochondrial Ca2+-uptake was insensitive to the mitochondrial Ca2+-uniporter inhibitor Ru360, however was attenuated by RyR type 1 inhibitor dantrolene. Using immunostaining with specific IP3R antibodies, we demonstrated different expression patterns of each IP3R subtype. The immunofluorescence pattern of the IP3R type 3 shows a mitochondrial distribution, so that the type 3 IP3R is most likely the subtype involved in the observed effects. Altogether, our data indicate that the activity of IP3-Receptors is important for modulation of cellular energetics and ATP-generation in cardiac myocytes.

Zinc is an essential trace element for all living organisms. In mammals, including humans and mice, it is required for normal growth, development, hematopoiesis and immune defense. This thesis investigates the influence of zinc on the development of megakaryocytes (MKs), the cells responsible for bone marrow-derived platelet production. Furthermore, a detailed analysis of the expression of zinc import and export transporters (Slc39a/Slc30a genes) is carried out, firstly over the course of MK differentiation and secondly dependent on extracellular zinc. / Zink ist ein für alle lebenden Organismen essentiell wichtiges Spurenelement. Bei Säugetieren, einschließlich Menschen und Mäusen, ist es für normales Wachstum, die normale Entwicklung, Hämatopoese und Immunantwort erforderlich. Diese Arbeit untersucht den Einfluss von Zink auf die Entwicklung von Megakaryozyten (MKs), derjenigen Zellen, welche für die Produktion der Thrombozyten im Knochenmark verantwortlich sind. Darüber hinaus wird eine detaillierte Analyse der Expression von Zinkimporttransportern und Zinkexporttransportern (Slc39a / Slc30a-Gene) durchgeführt, zum einen im Verlauf der MK-Differenzierung und zum anderen in Abhängigkeit von extrazellulärem Zink.

Der WNT-Signalweg ist ein hochkonservierter Signalweg, dessen zentraler intrazellulärer Regulationsschritt die Proteinstabilität des Proteins β-Catenin ist. Deregulierende Mutationen in diesem sind frühe Ereignisse bei der Entstehung von Darmtumoren. Ist der Abbau von β-Catenin gestört, so ist unabhängig von äußerer Kontrolle der Signalweg konstitutiv aktiviert und liefert ein Wachstumssignal. Untersuchungen haben aber gezeigt, dass beim Vorliegen solcher Mutationen immer noch eine – unzureichende – Ubiquitinylierung und ein Abbau von β-Catenin stattfindet. Ziel dieser Studie war Deubiquitinasen (DUBs) zu finden, die durch ihre Aktivität den Abbau von β-Catenin verhindern. Mithilfe eines siRNA Screens in der Vorarbeit konnten DUBs als Kandidaten für einen CRISPR Ansatz ausgewählt werden. APC Wildtyp HEK293T Zellen und Darmkrebszellen wurden mit lentiviralen CRISPR/Cas9 Vektoren infiziert, in welche sgRNAs gegen exonische Sequenzen von DUBs geklont waren. Einzelne Zellklone von USP10 CRISPR Zellen wurden weiter untersucht. In Western Blots und Immunofluoreszenz zeigte sich bei den USP10 CRISPR Zellen eine verminderte Expression von USP10 und damit einhergehend β-Catenin. Proteinstabilitätsversuche mit MG132 und Cycloheximid zeigten einen erhöhten Abbau von β-Catenin in HEK293T USP10 CRISPR Zellen, vor allem nach Stimulierung des WNT-Signalwegs durch LiCl. In Aktivierungsassays (Luciferase und TOP-GFP FACS) des WNT-Signalwegs zeigte sich in HEK293T Zellen nach Behandlung mit LiCl eine geringere Aktivierung in den USP10 CRISPR Zellen. In einem Wachstumsassay zeigten HT29 USP10 CRISPR ein geringeres Wachstum als Kontrollzellen. Während in einer histologischen Färbung von Mausgewebe eine erhöhte Expression von USP10 nachweisbar war, zeigten sich in einer TMA Färbung kein eindeutiger Unterschied zwischen gesundem Gewebe und Tumorgewebe. Die Studie identifiziert USP10 als eine mögliche DUB für β-Catenin und potenzielles Ziel für eine Beeinflussung des mutierten WNT-Signalwegs in Darmkrebszellen. / The WNT- signaling pathway is a highly preserved pathway. Its central intracellular regulation measure is the protein stability of the protein β-Catenin. Mutations that cause a deregulation in said pathway occur early within the development of intestinal tumors. If the breakdown of β-Catenin is impaired, the WNT- signaling pathway will get activated constitutively, providing growth signals, regardless of outer controls. Investigations have shown, that if such mutations exist there will still be a (insufficient) ubiquitinylation and a breakdown of β-Catenin. It was the aim of this research to identify deubiquitinases (DUBs) whose activity prevent the breakdown of β-Catenin. It was possible to select DUBs as potential candidates for a CRISPR approach by using sIRNA Screens. APC Wildtype HEK293T cells and intestinal tumor cells where infected by lentiviral CRISPR/Cas9 vectors which contained sgRNAs clones that worked against exonic sequences of DUBs. Individual cell clones of USP10 CRISPR cells where further investigated. Within western blots and immunofluorescence USP10 CRISPR cells showed a reduced expression of USP10 and thus, β- Catenin. Protein stability trials using MG132 and cycloheximide showed an increased breakdown of β-Catenin in HEK293T USP10 CRISPR cells, especially in response to stimulation of the WNT- signaling pathway using LiCl. Within activation assays (Luciferase and TOP-GFP FACS) of the WNT- signaling pathway, a reduced activation in USP10 CRISPR cells after treatment with LiCl was shown within HEK293T cells. Within a growth assay HT29 USP10 CRISPR showed a reduced growth when compared to control cells. While there was evidence of an increased expression of USP10 within the histological coloration of mouse tissue, the TMA coloration did not show a significant difference between healthy tissue and tumor tissue. This study identified USP10 as a possible DUB for β- Catenin and as a possible target for the manipulation of the mutations that cause a deregulation within the WNT- signaling pathway in intestinal tumor cells.