Bereits in Vorstudien konnte dargelegt werden, dass eine signifikante Korrelation zwischen der T-Zell-Zytokin-Antwort und der berufs- bzw. umweltbedingten Schimmelpilzbelastung besteht. Ziel der vorliegenden Studie war, eine mögliche Kombination von Biomarkern ausfindig zu machen, die veränderte T-Zell-Antworten auf A. fumigatus- Antigene bei beruflich Exponierten im Vergleich zu Kontrollprobanden/-innen vorhersagen kann. Um geeignete Marker für das Bio-Monitoring zu finden, wurden zur T-Zell-Aktivierung ein myzeliales A. fumigatus - Lysat und 12 proteinogene Antigene in ELISpot-Versuchen für die Signaturzytokine IFN-γ (TH1), IL-5 (TH2) und IL-17A (TH17) der Haupt-TH-Subpopulationen getestet. Es zeigten sich bei den Biolandwirten/-innen erwartungsgemäß erhöhte TH1- und TH2-Antworten auf die Mehrzahl der verwendeten spezifischen A. fumigatus-Antigene, die möglicherweise eine Schimmelpilzbelastung serologisch nachweisbar machen. Insbesondere die spezifischen A. fumigatus-Antigene Aspf22, CatB und CipC konnten eine Trennschärfe zwischen den beiden Kohorten hinsichtlich ihrer IFN-γ- und IL-5-Zytokinantwort erzielen. Unterschiede in der TH17-Antwort aufgrund chronischer beruflicher Sporenbelastung ohne Krankheitskorrelat konnten nicht explizit festgestellt werden. Weiterhin ergab sich, dass erhöhte TH2-Immunreaktionen, sofern sie mit einer adäquaten TH1-gerichteten Immunantwort einhergehen und damit eine ausgeglichene TH2/TH1-Balance besteht, nicht zwangsläufig zu Hypersensitivitätserkrankungen führen. Im Vergleich zu Langzeitexponierten wurden teilweise überlappende TH-Zellfrequenzen bei beruflich exponierten Biolandwirten/-innen ermittelt. Welche entscheidende Rolle Treg-Zellen bei der Eindämmung überschießender Immunantworten einnehmen, kann hieraus erahnt werden. / Preliminary studies have already set out a significant correlation between T-cell-cytokine-responses and professional and/or environmental mold contaminations. This study aimed for a possible combination of biomarkers to predict altered T-cell-responses to A. fumigatus- antigens in a defined professionally exposed cohort in comparison with controls. To find out suitable markers for the biomonitoring, T-cell-activation was performed with a mycelial A. fumigatus- lysate and 12 proteinaceous antigens in ELISpot assays with look at the main signature cytokines of T-helper cell subsets IFN-γ (TH1), IL-5 (TH2) and IL-17A (TH17). As immunoglobulins play an important role in pathophysiology and diagnostic of allergies, sera of the subjects were examined regarding IgE-specific antibodies against mycelial A. fumigatus - lysate and 12 proteinaceous antigens in Western Blot-technique. As expected, increased levels of TH1- and TH2-cytokine responses were found for a majority of examined specific A. fumigatus-antigens, which may help to verify mold exposure in a serological way. Differences in TH17-immune response in agricultural workers without a hypersensitivity disease has not been found. Furthermore, increased TH2-immune responses don’t necessarily lead to a pathologic value since it is followed by an adequate TH1-answer for upholding the TH2/TH1-balance. TH-frequencies of not occupational exposed individuals partly show overlaps with those of agricultural workers. Therefore, the important role of Treg-cells in containing extensive immune responses is conceivable. The specific A. fumigatus-antigens Aspf22, CatB and CipC are (in contrast to Aspergillus-lysate) able to drag selectivity in-between the two cohorts regarding their IFN- - and IL-5-cytokine response. Even though further investigations must be made, specific antigens are more suitable for exposition-analysis and, eventually, for the depiction of associated hypersensitivity diseases. The discrimination based on B-cell-triggered IgE- immune responses remains difficult, conceivably by reason of the subclinical status of the subjects. Solely Aspf3, which is already established in the Immuno-CAP-analysis, shows differential power.

Proteingebundene Maillard-Reaktionsprodukte (MRP) und Crosslink-Aminosäuren (CLAS) werden mit der Nahrung täglich in nicht unerheblichen Mengen aufgenommen. In Humanstudien wurde gezeigt, dass einzelne dieser Produkte resorbiert werden. Die Beteiligung einzelner MRP und CLAS an pathophysiologischen Prozessen wird diskutiert. Im ersten Teil der Arbeit wurden MRP (Fructoselysin, Lactuloselysin, CML, CEL, Pyrralin, MG-H1, Pentosidin) und CLAS (LAL, Glutamyllysin) in Casein angereichert und die Caseine einer simulierten gastrointestinalen Verdauung unterzogen. Mit der posttranslationalen Modifizierung ging eine Verschlechterung der Verdaubarkeit einher. Dies zeigte sich daran, dass während der Verdauung bei zunehmendem Modifizierungsgrad Peptide mit Molmassen > 1000 Da schlechter abgebaut wurden und somit die Bildung von Peptiden < 1000 Da abnahm. Die Verschlechterung der Verdaubarkeit ließ sich vor allem auf die Quervernetzung der Caseine, weniger auf die Modifizierung von Aminosäuren zurückführen. Zudem wurde die Freisetzbarkeit einzelner Aminosäuren durch posttranslationale Modifizierung gesenkt. Dies konnte praktisch ausschließlich auf die Modifizierung von Lysinresten, nicht auf die Quervernetzung, zurückgeführt werden. Vor allem Aminosäuren, die im Casein in der Nähe von Lysinresten überrepräsentiert sind, wurden mit zunehmender Modifizierung schlechter freigesetzt. Die modifizierten Aminosäuren selbst wiesen ein sehr differenziertes Freisetzungsmuster auf. Amadori-Produkte wurden sehr gut freigesetzt, quervernetzende Aminosäuren dagegen nur zu einem geringen Anteil. Als Referenzsubstanzen für chromatographische Messungen und als Testsubstanzen für Inhibitions- und Transportexperimente wurden im zweiten Teil der Arbeit insgesamt 19 freie MRP (Fructoselysin, Lactuloselysin, Tagatoselysin, Ribuloselysin, Carboxymethyllysin, Carboxyethyllysin, Pyrralin, Formylin, Maltosin, MG-H1, 3-DG-H, PIO, Argpyrimidin, Pentosidin) und CLAS (Lysinoalanin, π- und τ-Histidinoalanin, Ornithinoalanin, Lanthionin) in hohen Ausbeuten synthetisiert und charakterisiert. Zwölf der Produkte (Fructoselysin, Carboxymethyllysin, Carboxyethyllysin, Pyrralin, Formylin, Maltosin, MG-H1, Argpyrimidin, Lysinoalanin, π- und τ-Histidino¬alanin und N-ε-(γ-Glutamyl)-Lysin) wurden erstmals auch Dipeptidderivate (Ala-Xaa bzw. Xaa-Ala) synthetisiert und charakterisiert. Mithilfe von Kompetitionsexperimenten an Caco-2-Zellen konnte gezeigt werden, dass freie MRP und CLAS die Aufnahme von L-[3H]Lysin kaum hemmten und somit nicht mit Transportsystemen für basische Aminosäuren wechselwirken können. Der überwiegende Teil der dipeptidgebundenen Derivate hemmte jedoch in konzentrationsabhängiger Weise den Transport von [14C]Gly-Sar . Diese Dipeptide stellen somit z.T. hoch affine Inhibitoren des Peptidtransporters dar. Die Affinität zum Transporter ist stark sequenzabhängig. Caco-2-Zellen, die als Monolayer wachsen, wurden auf porösen Polycarbonatmembranen kultiviert und zu Transportstudien eingesetzt. Keines der freien MRP und CLAS wurde aktiv über den Monolayer transportiert. Wurden die Derivate dagegen dipeptidgebunden eingesetzt, stieg, außer bei fructosylierten Peptiden, der transepitheliale Transport stark an. Allerdings wurden die Peptide meist nicht intakt transportiert, sondern intrazellulär gespalten und die freien Aminosäuren basolateral abgegeben. Zum Teil reicherten sich die modifizierten Aminosäuren, besonders die hydrophilen, intrazellulär an. Hydrophobe Aminosäuren (Pyrralin, Formylin, Maltosin, Argpyrimidin) konnten die Zelle dagegen schnell verlassen. Diese Aminosäuren sollten daher auch in vivo effektiv resorbiert werden. In Kompetitionsexperimenten an OK-Zellen zeigte sich, dass modifizierte Aminosäuren auch an Nierenzellen nicht mit Transportsystemen für Lysin wechselwirken. Keine der freien Aminosäuren wurde aktiv über den OK-Zellmonolayer transportiert. Somit ist nicht von einer renalen Reabsorption der untersuchten MRP und CLAS auszugehen.

This thesis describes the development, implementation and application of various quantitative functional magnetic resonance imaging (fMRI) approaches at ultra-high magnetic field including the assessment with regards to applicability and reproducibility. Functional MRI (fMRI) commonly uses the blood oxygenation level dependent (BOLD) contrast to detect functionally induced changes in the oxy-deoxyhaemoglobin composition of blood which reflect cerebral neural activity. As these blood oxygenation changes do not only occur at the activation site but also downstream in the draining veins, the spatial specificity of the BOLD signal is limited. Therefore, the focus has moved towards more quantitative fMRI approaches such as arterial spin labelling (ASL), vascular space occupancy (VASO) or calibrated fMRI which measure quantifiable physiologically and physically relevant parameters such as cerebral blood flow (CBF), cerebral blood volume (CBV) or cerebral metabolic rate of oxygen (CMRO2), respectively. In this thesis a novel MRI technique was introduced which allowed the simultaneous acquisition of multiple physiological parameters in order to beneficially utilise their spatial and temporal characteristics. The advantages of ultra-high magnetic field were utilised to achieve higher signal-to-noise and contrast-to-noise ratios compared to lower field strengths. This technique was successfully used to study the spatial and temporal characteristics of CBV, CBF and BOLD in the visual cortex. This technique is the first one that allows simultaneous acquisition of CBV, CBF and BOLD weighted fMRI signals in the human brain at 7 Tesla. Additionally, this thesis presented a calibrated fMRI technique which allowed the quantitative estimation of changes in cerebral oxygen metabolism at ultra-high field. CMRO2 reflects the amount of thermodynamic work due to neural activity and is therefore a significant physical measure in neuroscience. The calibrated fMRI approach presented in this thesis was optimised for the use at ultra-high field by adjusting the MRI parameters as well as implementing a specifically designed radio-frequency (RF) pulse. A biophysical model was used to calibrate the fMRI data based on the simultaneous acquisition of BOLD and CBF weighted MRI signals during a gas-breathing challenge. The reproducibility was assessed across multiple brain regions and compared to that of various physiologically relevant parameters. The results indicate that the degree of intra-subject variation for calibrated fMRI is lower than for the classic BOLD contrast or ASL. Consequently, calibrated fMRI is a viable alternative to classic fMRI contrasts with regards to spatial specificity as well as functional reproducibility. This calibrated fMRI approach was also compared to a novel direct calibration technique which relies on complete venous oxygenation saturation during the calibration scan via a gas-breathing challenge. This thesis introduced several reliable quantitative fMRI approaches at 7 Tesla and the results presented are a step forward to the wider application of quantitative fMRI.:1 Introduction 3 2 Background to Functional Magnetic Resonance Imaging 7 2.1 Magnetic Resonance 7 2.1.1 Quantum Mechanics 7 2.1.2 The Classical Point of View 10 2.1.3 Radio Frequency Pulses 12 2.1.4 Relaxation Effects 13 2.1.5 The Bloch Equations 15 2.2 Magnetic Resonance Imaging 16 2.2.1 Data Acquisition 16 2.2.2 Image Formation 17 2.2.2.1 Slice Selection 17 2.2.2.2 Frequency Encoding 18 2.2.2.3 Phase Encoding 19 2.2.2.4 Mathematics of Image Formation 20 2.2.2.5 Signal Formation 22 2.3 Advanced Imaging Methods 24 2.3.1 Echo-Planar Imaging (EPI) 24 2.3.2 Partial Fourier Acquisition 25 2.3.3 Generalised Autocalibrating Partially Parallel Acquisition (GRAPPA) 25 2.3.4 Inversion Recovery (IR) 26 2.3.5 Adiabatic Inversion 26 2.3.5.1 Hyperbolic Secant (HS) RF pulses 28 2.3.5.2 Time Resampled Frequency Offset Corrected Inversion (tr-FOCI) RF Pulses 28 2.4 Physiological Background 29 2.4.1 Neuronal Activity 30 2.4.2 Energy Metabolism 31 2.4.3 Physiological Changes During Brain Activation 32 2.4.4 The BOLD Contrast 34 2.4.5 Disadvantages of the BOLD Contrast 35 2.5 Arterial Spin Labelling (ASL) 35 2.5.1 Pulsed Arterial Spin Labelling 37 2.5.2 Arterial Spin Labelling at Ultra-High Field 41 2.6 Vascular Space Occupancy (VASO) 42 2.6.1 VASO at Ultra-High Field 44 2.6.2 Slice-Saturation Slab-Inversion (SS-SI) VASO 45 2.7 Calibrated Functional Magnetic Resonance Imaging 47 2.7.1 The Davis Model 47 2.7.2 The Chiarelli Model 50 2.7.3 The Generalised Calibration Model (GCM) 52 3 Materials and Methods 53 3.1 Scanner Setup 53 3.2 Gas Delivery and Physiological Monitoring System 53 3.3 MRI Sequence Developments 55 3.3.1 Tr-FOCI Adiabatic Inversion 55 3.3.2 Optimisation of the PASL FAIR QUIPSSII Sequence Parameters 60 3.3.3 Multi-TE Multi-TI EPI 64 4 Experiment I: Comparison of Direct and Modelled fMRI Calibration 68 4.1 Background Information 68 4.2 Methods 69 4.2.1 Experimental Design 69 4.2.2 Visuo-Motor Task 70 4.2.3 Gas Manipulations 71 4.2.4 Scanning Parameters 71 4.2.5 Data Analysis 72 4.2.6 M-value Modelling 72 4.2.7 Direct M-Value Estimation 73 4.3 Results 74 4.4 Discussion 79 4.4.1 M-value Estimation 79 4.4.2 BOLD Time Courses 82 4.4.3 M-Maps and Single Subject Analysis 82 4.4.4 Effects on CMRO2 Estimation 83 4.4.5 Technical Limitations and Implications for Calibrated fMRI 84 4.5 Conclusion 89 5 Experiment II: Reproducibility of BOLD, ASL and Calibrated fMRI 90 5.1 Background Information 90 5.2 Methods 91 5.2.1 Experimental Design 91 5.2.2 Data Analysis 91 5.2.3 Reproducibility 93 5.2.4 Learning and Habituation Effects 95 5.3 Results 95 5.4 Discussion 101 5.4.1 Breathing Manipulations 102 5.4.2 Functional Reproducibility 107 5.4.3 Habituation Effects on Reproducibility 109 5.4.4 Technical Considerations for Calibrated fMRI 110 5.5 Conclusion 112 6 Experiment III: Simultaneous Acquisition of BOLD, ASL and VASO Signals 113 6.1 Background Information 113 6.2 Methods 114 6.2.1 SS-SI VASO Signal Acquisition 114 6.2.2 ASL and BOLD Signal Acquisition 114 6.2.3 Experimental Design 114 6.2.4 Data Analysis 115 6.3 Results 115 6.4 Discussion 116 6.5 Conclusion 120 7 Conclusion and Outlook 121

The oxidation of polyunsaturated fatty acids to the corresponding hydroperoxide by plant and animal lipoxygenases is an important step for the generation of bioactive lipid mediators. Thereby fatty acid hydroperoxide represent a common intermediate, also in human innate immune cells, like neutrophil granulocytes. In these cells a further key component is the heme protein myeloperoxidase producing HOCl as a reactive oxidant. On the basis of different investigation a reaction of the fatty acid hydroperoxide and hypochlorous acid (HOCl) could be assumed. Here, chromatographic and spectrometric analysis revealed that the hydroperoxide moiety of 15S-hydroperoxy-5Z,8Z,11Z,13E-eicosatetraenoic acid (15-HpETE) and 13S-hydroperoxy-9Z,11E-octadecadienoic acid (13-HpODE) is not affected by HOCl. No reduction of the hydroperoxide group due to a reaction with HOCl could be measured. It could be demonstrated that the double bonds of the fatty acid hydroperoxides are the major target of HOCl, present either as reagent or formed by the myeloperoxidase-hydrogen peroxide-chloride system.

Die Dissertation beschäftigt sich mit der Frage, ob und wie Feedback-basiertes Lernen durch Stress moduliert wird. Der Zusammenhang zwischen Stress und Kognition sowie die zugrunde liegenden biologischen Mechanismen sind Gegenstand der kognitiven Stressforschung. Während der Einfluss von Stress und Stresshormonen auf andere Lernformen bereits gut etabliert ist, gibt es bisher kaum Studien, die Feedback-basiertes Lernen unter Stress bei Menschen betrachtet haben. In der vorliegenden Arbeit werden daher die Auswirkungen akuten Stresses auf diese Lernform untersucht. Es werden gezielt Auswirkungen auf die generelle Akquisition einer Lernaufgabe mittels Feedback, auf die Nutzung sowohl positiven als auch negativen Feedbacks beim Lernen sowie auf die Fähigkeit der flexiblen Anpassung an sich änderndes Feedback betrachtet. Dafür werden in den experimentellen Untersuchungen der Arbeit Feedback-basierte Aufgaben mit einer vorangestellten Induktion akuten psychosozialen Stresses kombiniert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit deuten darauf hin, dass akuter psychosozialer Stress das generelle Erlernen Feedback-basierter Aufgaben nicht beeinflusst, jedoch die Nutzung positiven und negativen Feedbacks beim Lernen verändert. Im Speziellen wird negatives Feedback nach einer Stressinduktion weniger genutzt, während über eine möglicherweise stärkere Nutzung positiven Feedbacks aufgrund der vorliegenden Ergebnisse keine fundierte Aussage getroffen werden kann. Zudem finden sich in der vorliegenden Arbeit Hinweise auf einen positiven Zusammenhang zwischen Cortisolwerten und der Flexibilität in Feedback-basierten Lernaufgaben. Als Erklärungsansätze werden veränderte Aufmerksamkeitsprozesse nach einer Stressinduktion sowie andere psychologische Faktoren wie eine kognitive Nachbeschäftigung mit dem Stresstest und eine geringere Involviertheit in die kognitiven Aufgaben diskutiert. Die berichteten Korrelationen zwischen Cortisolwerten und kognitiven Parametern werden dahingehend interpretiert, dass Cortisol ein vermittelnder Faktor des Stresseffekts auf die Nutzung und neuronale Verarbeitung negativen Feedbacks sein könnte. Zur Integration der Ergebnisse aller Studien wird eine Modulation der dopaminergen Signalübertragung durch Stress und erhöhte Cortisolspiegel und damit verbundene Auswirkung auf Feedback-basiertes Lernen vorgeschlagen. Die vorliegende Arbeit gibt zum ersten Mal Hinweise auf eine veränderte Nutzung und Verarbeitung von Feedback nach psychosozialem Stress und bestätigt frühere Befunde eines Zusammenhangs zwischen Cortisol und der Flexibilität beim Lernen.

SUDEP bezeichnet den plötzlichen und unerwarteten Epilepsietod ohne offensichtliche kausale Todesursache. Junge Patienten, die an der schweren infantilen enzephalo-pathischen Epilepsieform des Dravet-Syndroms (SMEI) leiden, tragen besonderes Risiko an SUDEP zu versterben. Die pathophysiologische Ursache für das Dravet-Syndrom liegt in einem Defekt des brain-type Natriumkanals Nav1.1. Neuere Studien zeigen, dass der ursprünglich als hirnspezifisch geltende Kanal nicht explizit in neuronalem Gewebe, sondern auch im Herzen exprimiert wird. Ziel dieser Arbeit war es daher, die Auswirkungen des Nav1.1-Defektes auf kardialer Ebene zu evaluieren, um eine mögliche Beteiligung von Herzrhythmusstörungen an der Ätiologie des SUDEP aufzudecken. Dazu wurde ein Knockout-Mausmodell hinsichtlich seines kardialen Phänotyps charakterisiert. Mit Hilfe elektrokardiographischer Untersuchungen (EKG) konnte eine gesteigerte Herzfrequenz unter Stressbedingungen festgestellt werden. Die Frequenz lag sowohl bei den Versuchen unter pharmakologischem Stress mittels Isoproterenol als auch unter induziertem Stress mittels Hyperthermie bei den Dravet-Syndrom-Mäusen höher als in dem wildtypischen Kontrollkollektiv. Elektrophysiologische Untersuchungen (EPU) zeigten neben einem erhöhten Schweregrad der induzierbaren Arrhythmien, gemessen anhand eines Arrhythmie-Scores, auch eine erhöhte Quantität ausgelöster Herzrhythmusstörungen. Sowohl unter Ruhebedingungen als auch nach Induktion von Hyperthermie überwogen die aufgezeichneten Arrhythmien bei Dravet-Syndrom-Mäusen. Die Erkenntnisse dieser Studie helfen die Rolle des Nav1.1-Defektes an einer kardialen Beteiligung im Rahmen von SUDEP bei Dravet-Patienten zu beschreiben. Sie zeigen ver-schiedene kardiale Auswirkungen bei Knockout des primär neuronalen Natrium¬kanalgens SCN1A. Weitere Einsichten in diesen Bereich werden angemessene Risikostratifizierung für Epilepsie-Patienten hinsichtlich Ihres SUDEP-Risikos ermöglichen und moderne The-rapieansätze anregen. / Voltage-gated sodium channels (Nav) are responsible for the initiation of action potentials in excitable cells. In this context distinct isoforms of the Nav sodium channel family seem to be important for both neuronal and cardiac excitation. It is known that mutation or knock out of the so called brain type sodium channel Nav1.1-isoform causes a spectrum of epilepsies including severe myoclonic epilepsy of infancy (SMEI) or Dravet Syndrome which is associated with a high risk of sudden unexpected death in epilepsy (SUDEP). Previously it was demonstrated that the brain type sodium channel isoform Nav1.1 is not exclusively expressed in the nervous system but also functionally present in cardiac tissue. Therefore, we hypothesize that patients suffering from neurologic Nav1.1-deseases carry an increased cardiac arrhythmia burden that may be responsible for SUDEP. We characterize the cardiac pathophysiology in an established mouse model of Dravet Syndrome. We used classical surface electrocardiogram recordings (ECG) and invasive programmed stimulation (EPU). This was done under stressing conditions by pharmacological adrenergic application (Isoproterenol) and hyperthermia (39°C). We found that heart rate under stressing conditions was elevated by knock out of Nav1.1 gene. Also arrhythmia inducibility was elevated which was seen in quality and quantity as well. This study helps to describe the role of defect Nav1.1 sodium channel in elevated SUDEP risk of Dravet Syndrome by possible cardiac genesis. Further studies will probably lead to stratify the SUDEP risk in order to find new therapies like implantable cardiac devices.

Die saure Sphingomyelinase (ASM) stellt durch die Umwandlung von Sphingomyelin in Ceramid und Phosphorylcholin ein zentrales, fein reguliertes Enzym im Sphingolipidmetabolismus dar. Dadurch nimmt es Einfluss auf verschiedene zelluläre Mechanismen wie Signalvermittlung, Endo- und Exozytose und Zellaktivierung. Dementsprechend weitreichend ist auch die Bedeutung der ASM bei verschiedenen Krankheiten wie Arteriosklerose, Depression oder Neoplasien. Auch auf das Immunsystem, insbesondere auf die Signalvermittlung durch T-Zellen innerhalb des adaptiven Immunsystems, nimmt die saure Sphingomyelinase Einfluss. Aufbauend auf früheren Forschungsarbeiten zur pharmakologischen und genetischen Hemmung der ASM im Mausmodell untersuchten wir, welche Auswirkungen die Hemmung dieses Enzyms in humanen Zellkulturen auf die Population regulatorischer und konventioneller T-Zellen haben. Hierzu verwendeten wir die beiden selektiven Serotonin-Wiederaufnahmehemmer Sertralin und Citalopram; zwei antidepressiv wirksame Medikamente, die durch eine Verdrängung der ASM von der lysosomalen Membran eine hemmende Wirkung ausüben. Wir konnten zeigen, dass diese beiden Substanzen sowohl in Maus-T-Zellen, als auch in humanen T-Zellen, in der Lage sind, die Aktivität der sauren Sphingomyelinase zu inhibieren. Durch Kultivierung von Immunzellen der Maus zusammen mit den Inhibitoren konnte darüber hinaus eine Erhöhung der Treg-Zellfrequenz erreicht werden. Verschiedene Zellkulturexperimente mit humanen PBMCs zeigten weiterhin, dass unter gewissen Umständen so auch eine Vermehrung regulatorischer T-Zellen im Menschen möglich ist, und dass dies mutmaßlich durch Einbindung der ASM im CD3/CD28-Signalweg bedingt ist. In mit AntiCD3-Antikörper stimulierten experimentellen Ansätzen kam es jedoch nur bei einzelnen Individuen, die als Responder identifiziert werden konnten, zu einer Treg-Zellvermehrung. Umgekehrt kam es durch externe Zugabe von C6-Ceramid zu einer Verringerung des Anteils an regulatorischen T-Zellen. Des Weiteren wurden verschiedene Veränderungen im Expressionsverhalten von Treg- und Tconv-Zellen bezüglich CD25, CD69 und CTLA-4 in Anwesenheit der ASMInhibitoren beobachtet. Weiterhin bestätigte sich, dass die pharmakologische Hemmung der sauren Sphingomyelinase auch Auswirkungen auf die Effektorfunktion von T-Zellen hat. Während die Proliferation der Zellen weitgehend unbeeinträchtigt blieb, kam es zu einer verringerten Sekretion der Zytokine IFN-gamma, TNF, IL-5 und IL-10. In ihrer Gesamtheit sprechen diese Ergebnisse dafür, dass Inhibitoren der sauren Sphingomyelinase begünstigend auf Krankheitsgeschehen mit überschießender oder dysregulierter Aktivität des Immunsystems einwirken könnten. Immunmodulatorischen Wirkungen durch Inhibition der ASM erklären möglicherweise auch Einflüsse auf das Immunsystem, die für verschiedene Antidepressiva beschrieben wurden. Insgesamt ist die Bedeutung der sauren Sphingomyelinase innerhalb der Regulation des adaptiven Immunsystems jedoch noch ein weitgehend ungeklärtes Thema mit vielen offenen Fragen. Daher ist auch in Zukunft weitere klinische und experimentelle Forschung erforderlich, um zu klären, welchen Einfluss dieses Enzyms auf Immunzellen hat und wie sich dieser auch klinisch anwenden lässt. / By catalyzing the transformation of sphingomyeline into ceramide and phosphocholine, the acid sphingomyelinase (ASM) plays a central role in the metabolism of sphingolipids and is tightly regulated. Therefore it takes essential influence upon different cellular mechanisms like signal transduction, endo-/exocytosis and cell activation. Accordingly complex is the importance of the ASM in different diseases like atherosclerosis, depression or neoplastic diseases. The acid sphingomyelinase also greatly influences the signal mediation of T cells within the adaptive immune system. Based on previous research about the pharmacological and genetic inhibition of the ASM in mice we investigated, which impact an inhibition of this enzyme in human cell cultures may have on the populations of regulatory and conventional T cells. Therefore we mostly used the two selective serotonin reuptake inhibitors sertraline and citalopram. These two antidepressive drugs detach the ASM from the lysosomal membrane and thereby inhibit the enzyme. Here we show, that these two substances efficiently inhibit the ASM mice T cells as well as human T cells. Cultivating immune cells of mice together with the inhibitors led to an essential increase in the frequency of regulatory T cells. Various cell culture experiments with human PBMCs showed that under certain circumstances an increase in regulatory T cells is also possible in the human, most likely due to the involvement of the ASM in the CD3/CD28 signal pathway. Experimental approaches using � CD3-antibodies showed an increase in Treg cells in a fraction of the tested individuals. External addition of C6-ceramide led to a decrease in the frequency of regulatory T cells. In addition to that, we were able to observe diverse effects regarding the expression of CD25, CD69 and CTLA-4 in Treg and Tconv cells in the presence of the ASM-inhibitors. We were also able to confirm that the pharmacological inhibition of the acid sphingomyelinase has an impact on the effector functions of T cells. While there was no effect on cell proliferation, we observed a decreased secretion of the cytokines IFN-gamma, TNF, IL-5 and IL-10. Alltogether these results indicate that inhibitors of the acid sphingomyelinase might have positive effects in pathologies of overshooting or dysregulated activity of the immune system. Immunomodulatory effects after inhibition of the ASM might also explain observations of an influence of antidepressants on the immune system that have been described in the literature. Overall the importance of the acid sphingomyelinase within the regulation of the adaptive immune system is a new field of research with many open questions. Therefore further clinical and experimental research is needed to clarify, which impact this enzyme has on immune cells and how this impact might be used therapeutically.

Die kardialen Hormone Atriales (ANP) und B-Typ (BNP) Natriuretisches Peptid üben bekannte renale und kardiovaskuläre Effekte aus, welche durch ihren gemeinsamen, cGMP-bildenden Guanylatzyklase-Rezeptor A (GC-A) vermittelt werden. Diese Effekte sind entscheidend an der physiologischen Aufrechterhaltung des arteriellen Blutdrucks sowie des intravaskulären Blutvolumens beteiligt. Darüber hinaus zeigen aktuelle Studien, dass NPs die Mobilisierung von Fettsäuren aus dem Fettgewebe und deren Oxidation durch die Skelettmuskulatur steigern sowie die Thermogenese in braunem und weißem Fettgewebe aktivieren können. Dadurch können NPs den Energieverbrauch erhöhen und die Insulinsensitivität verbessern. Desweiteren ist Übergewicht mit einer gestörten NP/GC-A/cGMP-Signalübertragung verbunden, die möglicherweise zur Entwicklung von Diabetes Typ 2 und dessen kardio-metabolischen Folgeerkrankungen beiträgt. In vitro stimuliert synthetisches ANP über GC-A die Glukose-stimulierte Insulinsekretion aus kultivierten pankreatischen Inseln und die β-Zellproliferation. Die Bedeutung für die systemische Insulin/Glukosehomöostase in vivo ist jedoch unklar. Um zu untersuchen, ob die endogenen Herzhormone die sekretorische Funktion und/oder die Proliferation von β-Zellen unter (patho)physiologischen Bedingungen in vivo modulieren, haben wir ein neues genetisches Mausmodell mit selektiver Deletion des GC-A-Rezeptors in β-Zellen (ß GC-A KO) generiert. In kultivierten Inseln von β GC-A KO-Mäusen waren die insulinotropen und proliferativen Effekte von ANP aufgehoben. Übereinstimmend damit führte die Infusion von BNP bei Kontroll-Tieren in vivo zu leicht erhöhten basalen Plasma-Insulinspiegeln und verbesserter Glukose-induzierter Insulinsekretion. Dieser Effekt von exogenem BNP konnte bei β GC-A KO-Mäusen nicht beobachtet werden, was die effiziente Deletion des GC-A-Rezeptors in β-Zellen bestätigt. Interessanterweise hatte die Ablation des GC-A-Rezeptors auf ß-Zellen unter basalen Bedingungen keinen Einfluss auf physiologische und metabolische Parameter in vivo. Sowohl männliche als auch weibliche ß GC-A KO-Tiere zeigten keine Unterschiede in der basalen Insulin- und Glukosehomöostase, da sie ähnliche Nüchtern-Blutzucker- und Insulinspiegel (nach Fasten über Nacht) aufwiesen wie die Kontroll-Mäuse. Allerdings zeigten die mit HFD gefütterten β GC-A KO-Tiere frühzeitiger Glukose-Intoleranz sowie eine verminderte adaptive β-Zellproliferation. Abgesehen davon war das konsistenteste Ergebnis der in vivo-Studien der geschlechtsabhängige Unterschied in der Auswirkung der ß-Zellspezifischen GC-A-Deletion auf die Glukose-stimulierte Insulinsekretion. Weibliche, aber nicht männliche ß GC-A KO-Mäuse zeigten erhöhte Nüchtern-Insulinspiegel und eine signifikant erhöhte Glukose-stimulierte Insulinsekretion, was zu einer deutlich verbesserten Glukosetoleranz führte. Der postulierte und untersuchte Mechanismus beinhaltet eine Interaktion von Östrogenen und NPs, welche die Expression des mitochondrialen Uncoupling Protein 2 beeinflussen. Diese Arbeit erweitert das derzeitige Wissen über die metabolischen Effekte des NP/GC-A-Systems. Insbesondere zeigen die Ergebnisse, dass Natriuretische Peptide zu einer gesteigerten ß-Zellfunktion und Vitalität in frühen Stadien eines erhöhten Insulinbedarfs, d.h. bei Diabetes Typ 2, beitragen. Da die Studien eine wesentliche Rolle dieser kardialen Hormone im endokrinen Pankreas aufdecken, ist es umso wichtiger die pleiotropen Eigenschaften von NPs und ihre möglichen therapeutischen Anwendungen bei kardio-metabolischen Erkrankungen weiter zu untersuchen. / The cardiac hormones atrial (ANP) and B-type (BNP) natriuretic peptide exert well-known renal and cardiovascular actions which are mediated by their shared cGMP-forming guanylyl cyclase A receptor (GC-A). These actions are critically involved in the physiological maintenance of arterial blood pressure and intravascular volume homeostasis. In addition, recent studies indicate that NPs can increase fatty acid mobilization from adipose tissue and their oxidation by skeletal muscles and activate a thermogenic program in brown and white fat. Thereby NPs increase energy expenditure and improve insulin sensitivity. Moreover, obesity is associated with impaired NP/GC-A/cGMP signaling, which possibly contributes to the development of type 2 diabetes and its cardiometabolic complications. In vitro, synthetic ANP, via GC-A, stimulates glucose-dependent insulin release from cultured pancreatic islets and β-cell proliferation. However, the relevance for systemic insulin/glucose homeostasis in vivo is not known. To dissect whether the endogenous cardiac hormones modulate the secretory function and/or proliferation of β-cells under (patho)physiological conditions in vivo, here we generated a novel genetic mouse model with selective disruption of the GC-A receptor in β-cells (ß GC-A KO). In vitro, the insulinotropic and proliferative actions of ANP were abolished in islets isolated from β GC-A KO mice. Concordantly, in vivo, infusion of BNP mildly enhanced baseline plasma insulin levels and glucose-induced insulin secretion in control mice. This effect of exogenous BNP was abolished in β GC-A KO mice, corroborating the efficient inactivation of the GC-A receptor in β-cells. Interestingly, the ablation of the GC-A receptor under basal conditions had no effect on physiological and metabolic parameters in vivo. Both male and female ß GC-A KO animals showed no differences in basal insulin and glucose homeostasis, as they have similar fasting blood glucose and insulin levels (after overnight fasting) as the control mice. However, HFD-fed β GC-A KO animals had accelerated glucose intolerance and diminished adaptative β-cell proliferation. Apart from that, the most consistent result of the in vivo studies was the gender dependent difference in the impact of ß-cell GC-A deletion on glucose-stimulated insulin secretion. Female, but not male, ß GC-A KO mice showed enhanced fasted insulin levels and a markedly enhanced glucose-stimulated insulin secretion resulting in a distinctly improved glucose tolerance. The postulated and investigated mechanism involves an interaction of estrogens and NPs affecting expression levels of mitochondrial uncoupling protein 2. This thesis extends the current knowledge of the metabolic actions of the NP/GC-A system. Specifically the results indicate that natriuretic peptides contribute to enhanced ß-cell function and vitality during early stages of increased insulin demand, i.e. in type 2 diabetes. Since the studies show an essential role of these cardiac hormones in the endocrine pancreas, it becomes even more important to further investigate the pleiotropic actions of NPs and their potential therapeutic applications in cardio-metabolic diseases.

In der vorliegenden Arbeit wurden die möglichen klinischen und ökonomischen Vorteile eines Neuromonitorings mit dem BIS-Monitor (BIS-Monitor A-2000™, Version 3.4) bei Allgemeinanästhesien für Kinder, im Alter von 2 – 17 Jahren, untersucht. Die Narkose wurde als TIVA mit Propofol und Remifentanil geführt, wobei die Dosierung von Remifentanil jeweils konstant und die von Propofol variabel war. Die 76 in die Studie eingeschlossenen Kinder wurden randomisiert jeweils einer Untersuchungsgruppe mit und einer Untersuchungsgruppe ohne einem Neuromonitoring mit dem BIS-Monitor zugeteilt. Der Bispektralindex (BIS) wurde bei den entsprechenden Kindern kontinuierlich von der Narkoseeinleitung bis zum Wiedererwachen abgeleitet. Die Anwendung des BIS-Monitors gestaltete sich problemlos, sodass er sich gut in die klinischen Abläufe integrieren lies. Die Auswertung der Daten erfolgte in 2 Altersgruppen (2 - 6 und 7 - 17 Jahre). Dabei konnte gezeigt werden, dass ein Neuromonitoring mit dem BIS-Monitor in nahezu allen untersuchten Bereichen tendenzielle, bzw. signifikante klinische Vorteile gegenüber einer herkömmlichen Steuerung der Narkose aufweist. Dies gilt auch für den ökonomischen Aspekt, da die durch eine schnellere Ausleitung eingesparten Kosten die Kosten der eingesetzten BIS-Elektroden bei weitem überwiegen. Diese Arbeit unterstreicht damit einmal mehr den Nutzen und die Notwendigkeit der Weiterentwicklung des Neuromonitorings mit dem BIS-Monitor, oder vergleichbarer EEG-basierter Parameter, im Bereich der Kinderanästhesie.:1 EINLEITUNG 2 FRAGESTELLUNG 3 GRUNDLAGEN UND METHODIK 3.1 ZEITRAUM UND STUDIENDESIGN 3.2 ABLAUF 3.3 MEDIKAMENTENÜBERSICHT 3.4 BISPEKTRALINDEX (BIS) 3.5 STUDIENPROTOKOLL UND MESSWERTERFASSUNG 3.6 STATISTISCHE AUSWERTUNG 4 ERGEBNISSE 4.1 ERGEBNISSE IN DER ALTERSGRUPPE VON 2 BIS 6 JAHREN 4.2 ERGEBNISSE IN DER ALTERSGRUPPE VON 7 BIS 17 JAHREN 4.3 VERGLEICH VERSCHIEDENER GRÖßEN IN ABHÄNGIGKEIT DES ALTERS 5 DISKUSSION 5.1 BESTIMMUNG DER NARKOSETIEFE 5.2 AUSWERTUNG DER DATEN UNTER VERSCHIEDENEN GESICHTSPUNKTEN 5.3 ÖKONOMISCHE BETRACHTUNG DER ERGEBNISSE 5.4 FEHLERANALYSE 5.5 SCHLUSSFOLGERUNGEN 6 ZUSAMMENFASSUNG 7 LITERATURVERZEICHNIS 8 ANLAGEN 8.1 PROTOKOLL ZUR DATENERFASSUNG 8.2 DATENTABELLEN 8.3 EIGENSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG 8.4 LEBENSLAUF

The oxidation of polyunsaturated fatty acids to the corresponding hydroperoxide by plant and animal lipoxygenases is an important step for the generation of bioactive lipid mediators. Thereby fatty acid hydroperoxide represent a common intermediate, also in human innate immune cells, like neutrophil granulocytes. In these cells a further key component is the heme protein myeloperoxidase producing HOCl as a reactive oxidant. On the basis of different investigation a reaction of the fatty acid hydroperoxide and hypochlorous acid (HOCl) could be assumed. Here, chromatographic and spectrometric analysis revealed that the hydroperoxide moiety of 15S-hydroperoxy-5Z,8Z,11Z,13E-eicosatetraenoic acid (15-HpETE) and 13S-hydroperoxy-9Z,11E-octadecadienoic acid (13-HpODE) is not affected by HOCl. No reduction of the hydroperoxide group due to a reaction with HOCl could be measured. It could be demonstrated that the double bonds of the fatty acid hydroperoxides are the major target of HOCl, present either as reagent or formed by the myeloperoxidase-hydrogen peroxide-chloride system.