CD137 und CD137L stellen ein Rezeptor-Liganden-Paar dar, welches auf vielen Immunzellen exprimiert wird und eine wichtige Rolle im Rahmen der Immunstimulation spielt. CD137L fungiert jedoch nicht nur als Ligand sondern auch als Rezeptor und vermittelt als ein solcher Signale in die ihn exprimierende Zelle. Neben seinem Vorkommen auf Immunzellen wird CD137L auch von einigen Tumorzellen exprimiert, unter anderem auch auf denen des Kolonkarzinoms. In dieser Tumorentität korreliert eine hohe CD137L-Expression mit dem Auftreten von Fernmetastasen und einer insgesamt schlechteren Prognose. Die genaue Rolle von CD137L im Kolonkarzinom ist bislang kaum erforscht. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher die Auswirkungen einer CD137L-Aktivierung auf die Proliferation sowie die Proteinexpression und -sekretion von Kolonkarzinomzellen untersucht. Die Ergebnisse deuten erstmals darauf hin, dass die CD137L-Stimulation in vitro die Proliferation der entarteten Zellen reduziert und die Expression bzw. Sekretion der Proteine Vimentin, TLR7, VEGF und PDGF steigert. Hieraus wird geschlossen, dass eine Stimulation des von den Kolonkarzinomzellen exprimierten CD137L dazu führt, dass sich der Phänotyp der Tumorzellen von einem epithelialen in Richtung eines mesenchymalen Zelltyps verändert. Darüber hinaus werden vermehrt Proteine exprimiert und sezerniert, welche über unterschiedliche Signalwege an der Invasion und Migration der entarteten Zellen beteiligt sind. Folglich lässt sich annehmen, dass CD137L eine entscheidende Rolle im Metastasierungsprozess von humanen Kolonkarzinomzellen spielt. Sollte sich dies in weiterführenden Untersuchungen bestätigen, könnte eine pharmazeutische Beeinflussung der beteiligten Signalwege möglicherweise die Prognose von an Kolonkarzinomen erkrankten Patient:innen deutlich verbessern. / CD137 and CD137L represent a receptor/ligand-pair expressed on a variety of immune cells which exerts an important immunostimulatory effect. Besides its function as a ligand to CD137, CD137L also acts as a receptor itself, thereby transmitting signals into the cell via reverse signaling. Apart from being expressed on immune cells CD137L is also found on many tumor cells, including colon carcinoma cells. In this tumor entity the expression is positively correlated with distant metastases and poor prognosis, nevertheless little is known about the function of CD137L in the progression of colon cancer. The aim of this study was to investigate the effects of CD137L-mediated reverse signaling on protein expression and secretion in human colon cancer cells in vitro. The results indicate for the first time that a stimulation of the cells via CD137L induces a decreased proliferation and an increased expression or secretion of the proteins vimentin, TLR7, VEGF and PDGF. Reverse signaling via CD137L proposedly leads to a transition of the cancer cells from an epithelial to a mesenchymal phenotype. In addition, the increasingly expressed and secreted proteins presumably activate signaling pathways which are involved in the invasion and migration of the tumor cells. Hence it is suggested, that CD137L plays a crucial role in the process of metastasis of human colon cancer cells. Should this be confirmed by further studies, impairing this pathway could represent a promising new therapeutic approach which could improve the prognosis of patients suffering from colon cancer.

Das Glioblastom (GBM) ist der häufigste maligne primäre Hirntumor im Erwachsenenalter und geht mit einer infausten Prognose einher. Die Standardtherapie bei Erstdiagnose besteht aus Tumorresektion gefolgt von kombinierter Radiochemotherapie mit Temozolomid nach Stupp-Schema. Eine neue Therapieoption stellen die Tumor Treating Fields (TTFields) in Form lokal applizierter elektrischer Wechselfelder dar. Mit dem Einsatz der TTFields kann durch Störung der mitotischen Abläufe die Zellproliferation von Tumorzellen gehemmt und dadurch das Gesamtüberleben im Vergleich zur alleinigen Radiochemotherapie nachweislich deutlich verlängert werden. Auch verschiedene Chemotherapeutika, die bereits klinisch eingesetzt werden, greifen in den Ablauf der Mitose ein. So auch die Zytostatika Vincristin (VIN) und Paclitaxel (PTX), die durch einen gegensätzlichen Mechanismus durch Destabilisierung bzw. Stabilisierung von Mikrotubulistrukturen ihre Wirkung entfalten. Die Frage, ob eine Verstärkung dieser Wirkung durch den kombinierten Einsatz mit TTFields erreicht werden kann, wurde in dieser Arbeit an den beiden GBM-Zelllinien U87 und GaMG untersucht. Zunächst wurde mit dem xCELLigence-Systems über eine Real-Time-Impedanzmessung für diese beiden Chemotherapeutika jeweils die mittlere effektive Dosis (EC50-Wert), bei der ein halbmaximaler Effekt auftritt, spezifisch für jede Zelllinie bestimmt. Diese betrug bei VIN durchschnittlich 200nM für die Zelllinie U87 bzw. 20nM für die Zelllinie GaMG und lag für PTX bei 60nM für beide Zelllinien. Mit diesen Dosierungen wurden die beiden Zelllinien allein und in Kombination mit TTFields über 72h behandelt. Anschließend wurde die Zellproliferation analysiert und mit unbehandelten Tumorzellen verglichen. Während jeder Behandlungsarm einzeln eine signifikante Wirkung gegenüber der unbehandelten Vergleichsgruppe zeigte, hatte weder die Kombination von TTFields mit VIN noch mit PTX in den untersuchten Dosierungen einen zusätzlichen signifikanten Nutzen. Es besteht weiterer Forschungsbedarf zum kombinierten Einsatz von TTFields mit anderen Therapieformen. / Glioblastoma (GBM) is the most common malignant primary brain tumor in adults and is associated with an infavorable prognosis. Standard therapy at initial diagnosis consists of tumor resection followed by combined radiochemotherapy with temozolomide according to the Stupp regimen. Tumor Treating Fields (TTFields) in the form of locally applied alternating electric fields represent a new therapeutic option. With the use of TTFields, cell proliferation of tumor cells can be inhibited by interfering with mitotic processes, which has been shown to significantly prolong overall survival compared to radiochemotherapy alone. Various chemotherapeutic treatments already in clinical use also interfere with mitotic processes. This is also the case with the cytostatic drugs vincristine (VIN) and paclitaxel (PTX), which exert their effects by an opposing mechanism through destabilization and stabilization of microtubule structures. The question whether an enhancement of this effect can be achieved by combined use with TTFields was investigated in this work using the two GBM cell lines U87 and GaMG. First, using the xCELLigence system via real-time impedance measurement, the mean effective dose (EC50-value) at which a half-maximal effect occurs was determined for each of these two chemotherapeutic agents specifically for each cell line. This was averaged 200nM for VIN for the U87 cell line and 20nM for the GaMG cell line, and was 60nM for PTX for both cell lines. The two cell lines were treated with these doses alone and in combination with TTFields for 72h. Cell proliferation was then analyzed and compared to untreated tumor cells. While each treatment individually showed a significant effect compared with the untreated control group, neither the combination of TTFields with VIN nor with PTX had any additional significant benefit at the doses studied. Further research is needed on the combined use of TTFields with other therapies.

Der cHPT ist eine seltene Erkrankung, die durch zu niedriges Kalzium im Serum aufgrund einer zu geringen PTH-Sekretion über 6 Monate charakterisiert ist. Auch bei Patienten mit einem gut kontrollierten cHPT treten Komorbiditäten und Langzeitkomplikationen auf, die jedoch bisher kaum in prospektiven Studien untersucht wurden. Ziel dieser Arbeit war es daher, im Rahmen einer systematischen und prospektiv erfassten Studie das Auftreten kardiovaskulärer und renaler Komorbiditäten bei Patienten mit cHPT zu untersuchen und mögliche Prädiktoren für diese zu ermitteln. Außerdem erfolgte ein Vergleich mit gematchten Kontrollgruppen der deutschen Normalbevölkerung mithilfe der SHIP-TREND Studie. Patienten mit cHPT zeigten eine signifikant höhere QTc-Zeit, eine höhere Prävalenz für QTc-Zeit-Verlängerung und signifikant höhere systolische und diastolische Blutdruckwerte trotz tendenziell, jedoch nicht signifikant, häufigerer Einnahme antihypertensiver Medikamente. In der Echokardiographie lagen eine geringere linksventrikuläre Masse, eine geringere Prävalenz für linksventrikuläre Hypertrophie und signifikant häufiger Klappenstenosen vor. Eine renale Insuffizienz lag mit 21% der Patienten mit cHPT signifikant häufiger als bei gesunden Kontrollpersonen vor. Die Prävalenz renaler Kalzifikationen betrug 9,6%. Mögliche Risikofaktoren für das Auftreten kardiovaskulärer und renaler Komorbiditäten bei cHPT sind weiterhin unklar. In dieser Studie zeigte sich eine mögliche Assoziation zwischen den Elektrolytstörungen wie Hyperphosphatämie und Hypomagnesiämie, der Hyperkalziurie und dem PTH-Mangel mit valvulären, vaskulären und renalen Kalzifikationen sowie den Blutdruckwerten und der Nierenfunktion. Demnach erscheint eine Überwachung der Serumelektrolyte sowie der Kalziumausscheidung im Urin notwendig und essenziell. Auch die Bedeutung der PTH-Ersatztherapie ist weiterhin im Hinblick auf die Prävention kardiovaskulärer und renaler Erkrankungen unklar. / cHPT is a rare disease characterized by low serum calcium due to insufficient PTH secretion over 6 months. Comorbidities and long-term complications also occur in patients with well-controlled cHPT but have rarely been investigated in prospective studies. The aim of this study was therefore to investigate the occurrence of cardiovascular and renal comorbidities in patients with cHPT as part of a systematic and prospective study and to identify possible predictors for these. In addition, a comparison was made with matched control groups from the normal German population using the SHIP-TREND study. Patients with cHPT showed a significantly higher QTc time, a higher prevalence of QTc time prolongation and significantly higher systolic and diastolic blood pressure values despite a tendency, although not significant, to take antihypertensive medication more frequently. Echocardiography showed a lower left ventricular mass, a lower prevalence of left ventricular hypertrophy and significantly more frequent valve stenosis. Renal insufficiency was significantly more common in 21% of patients with cHPT than in healthy controls. The prevalence of renal calcifications was 9.6%. Possible risk factors for the occurrence of cardiovascular and renal comorbidities in cHPT remain unclear. This study showed a possible association between electrolyte disturbances such as hyperphosphatemia and hypomagnesemia, hypercalciuria and PTH deficiency with valvular, vascular and renal calcifications as well as blood pressure values and renal function. Accordingly, monitoring of serum electrolytes and urinary calcium excretion appears necessary and essential. The significance of PTH replacement therapy also remains unclear regarding the prevention of cardiovascular and renal diseases.

Sepsis ist ein häufiges und akut lebensbedrohliches Syndrom, das eine Organfunktionsstörung in Folge einer dysregulierten Immunantwort auf eine Infektion beschreibt. Eine frühzeitige Diagnosestellung und Therapieeinleitung sind von zentraler Bedeutung für das Überleben der Patient:innen. In einer Pilotstudie konnte unsere Forschungsgruppe mittels Durchflusszytometrie eine ausgeprägte Hyporeaktivität der Thrombozyten bei Sepsis nachweisen, die einen potenziell neuen Biomarker zur Sepsis-Früherkennung darstellt. Zur Evaluation des Ausmaßes und Entstehungszeitpunktes der detektierten Thrombozytenfunktionsstörung wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit zusätzlich zu Patient:innen mit Sepsis (SOFA-Score ≥ 2; n=13) auch hospitalisierte Patient:innen mit einer Infektion ohne Sepsis (SOFA-Score < 2; n=12) rekrutiert. Beide Kohorten wurden zu zwei Zeitpunkten (t1: <24h; t2: Tag 5-7) im Krankheitsverlauf mittels Durchflusszytometrie und PFA-200 untersucht und mit einer gesunden Kontrollgruppe (n=28) verglichen. Phänotypische Auffälligkeiten der Thrombozyten bei Sepsis umfassten: (i) eine veränderte Expression verschiedener Untereinheiten des GPIb-IX-V-Rezeptorkomplexes, die auf ein verstärktes Rezeptor-Shedding hindeutet; (ii) ein ausgeprägtes Mepacrin-Beladungsdefizit, das auf eine zunehmend reduzierte Anzahl von δ-Granula entlang des Infektion-Sepsis Kontinuums hinweist; (iii) eine Reduktion endständig gebundener Sialinsäure im Sinne einer verstärkten Desialylierung. Die funktionelle Analyse der Thrombozyten bei Sepsis ergab bei durchflusszytometrischer Messung der Integrin αIIbβ3-Aktivierung (PAC-1-Bindung) eine ausgeprägte generalisierte Hyporeaktivität gegenüber multiplen Agonisten, die abgeschwächt bereits bei Infektion nachweisbar war und gemäß ROC-Analysen gut zwischen Infektion und Sepsis diskriminierte (AUC >0.80 für alle Agonisten). Im Gegensatz dazu zeigten Thrombozyten bei Sepsis und Analyse mittels PFA-200 unter Einfluss physiologischer Scherkräfte eine normale bis gar beschleunigte Aggregation. Die Reaktivitätsmessung von Thrombozyten mittels Durchflusszytometrie stellt weiterhin einen vielversprechenden Biomarker für die Sepsis-Früherkennung dar. Für weitere Schlussfolgerungen ist jedoch eine größere Kohorte erforderlich. In nachfolgenden Untersuchungen sollten zudem mechanistische Ursachen der beschriebenen phänotypischen und funktionellen Auffälligkeiten von Thrombozyten bei Infektion und Sepsis z.B. mittels Koinkubationsexperimenten untersucht werden. / Sepsis is a frequent and life-threatening condition that describes organ dysfunction resulting from a dysregulated host immune response to infection. Early diagnosis and treatment are essential to improve patient survival. In a previous pilot study with sepsis patients, our research identified a severe platelet hyporeactivity using flow cytometry which could become a potential new biomarker for early sepsis diagnosis. To evaluate onset and extend of the detected platelet dysfunction in this study, we extended our patient cohort in addition to sepsis (SOFA-score ≥2; n=13) also to hospitalized patients with infection without sepsis (SOFA-score <2; n=12). Both cohorts were assessed at two time points during the disease (t1: <24h; t2: day 5-7) by flow cytometry and PFA-200 and compared with a healthy control group (n=28). Platelet phenotypic abnormalities during sepsis included: (i) altered expression of subunits of the GPIb-IX-V receptor complex, pointing to increased receptor shedding; (ii) a severe mepacrine loading deficit, indicating an increasingly reduced number of δ-granules along the infection-sepsis continuum; (iii) a reduction of terminally bound sialic acid, suggesting increased desialylation. Functional analysis of platelets in sepsis revealed a marked and generalized hyporeactivity toward multiple agonists when integrin αIIbβ3 activation (PAC-1 binding) was measured by flow cytometry, which was already to a lesser extend present in patients with infection and discriminated well between infection and sepsis according to ROC analysis (AUC >0.80 for all agonists). In contrast, platelets from septic patients showed normal to even accelerated aggregation when measured under flow condition and physiological shear forces by PFA-200. Analysis of platelet reactivity by flow cytometry remains a promising biomarker for early sepsis detection, but a larger cohort is needed for further conclusions. In subsequent studies, mechanistic causes of the described alterations in platelet phenotype and function during infection and sepsis should be investigated, e.g. by means of co-incubation experiments.

Die regenerative Medizin gewinnt heutzutage immer mehr an Bedeutung. Der klinische Ersatz der Harnblase nach Tumoren oder bei Fehlbildungen stellt bis heute einen komplexen Eingriff mit zahlreichen Langzeitkomplikationen dar. Trotz etlicher Behandlungsmöglichkeiten können die aktuellen therapeutischen Maßnahmen nicht als langfristige Heilung angesehen werden. Meine Arbeit ist Teil einer präklinischen Großtierstudie zur Entwicklung eines neuartigen Blasenersatzes auf der Basis eines vaskularisierten Tissue-Engineering-Konstruktes. Mit der Herstellung eines vaskularisierten Augmentats (UroVaSc) wird ein Arzneimittel für neuartige Therapien (ATMP) für die Anwendung am Menschen entwickelt. Unter Zuhilfenahme fortschrittlicher Verfahren aus dem Bereich des Tissue Engineerings wird ein Gewebe hergestellt, welches im Empfänger die beiden kritischen Punkte der Vernarbung und insbesondere bei jungen Empfängern die Problematik eines nicht mitwachsenden Gewebes reduzieren oder verhindern soll. Als Ausgangsmaterialien dienen ein Abschnitt porcinen Jejunums und eine porcine Hautbiopsie. In der klinischen Anwendung wird die Hautbiopsie dem Empfänger des Augmentats entnommen. Aus den beiden Ausgangsmaterialien werden als Zwischenprodukte dezellularisiertes Jejunum (BioVaSc) und aus der Hautbiopsie eine primäre, mikrovaskuläre Endothelzellkultur (mvEC) hergestellt. Die mvEC besiedeln die Gefäße der Trägerstruktur BioVaSc in einem Bioreaktorsystem und führen zum vaskularisierten Endprodukt, der UroVaSc. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines dreidimensionalen, vaskularisierten Blasenaugmentats. Im Verlauf dieser Arbeit waren die Methoden der Isolation und Kultivierung der Zellen, die Rebesiedlung und Kultur des autologen Augmentats, als auch die Qualitätskontrolle unter den Richtlinien der Guten Herstellungspraxis zu etablieren. Für die Isolierung der mvEC wurde ein Protokoll erarbeitet, mit dem sich die Zellen, trotz intraindividueller Unterschiede der Spendertiere, in ausreichender Zellzahl und Reinheit darstellen ließen. Des Weiteren wurde die endotheliale Rebesiedlung der Trägerstruktur erfolgreich durchgeführt und dies mit Hilfe zellbiologischer und immunhistologischer Methoden belegt. In der Risikobeurteilung des Herstellungsprozesses wurde die Überwachung des Inkubators als wichtigen Schritt zur Erhöhung der Produktqualität identifiziert, der in weiterführenden Arbeiten adressiert werden sollte. Auf Grundlage meiner Forschungsergebnisse und weiterer Forschungsarbeiten erfolgt derzeit die funktionale Testung des Endproduktes im Großtierversuch. Mit der erfolgreichen Herstellung eines vaskularisierten Blasenaugmentats wird betroffenen Patienten eine neuartige Therapieoption eröffnet, welche die Aussicht auf eine Heilung schwerer Erkrankungen an der Blase ermöglicht. / Regenerative medicine is becoming increasingly important nowadays. The clinical replacement of the urinary bladder after tumors or in cases of malformations has so far been a serious procedure with many long-term problems. Although there are diverse treatment options, the current therapeutic measures cannot be considered a permanent cure. My work is part of a preclinical animal study to develop a novel bladder replacement based on a vascularized tissue-engineered construct. The manufacturing of a vascularized bladder replacement (UroVaSc) will develop a advanced therapy medical product (ATMP) for human use. Using innovative tissue engineering techniques, a tissue is produced that is intended to reduce or prevent the two critical points of scarring in the recipient and, especially in young recipients, the problem of tissue that does not grow with the recipient. The raw material is a section of porcine jejunum and a porcine skin biopsy. In clinical use, the skin biopsy is taken from the recipient. Out of the two starting materials, the intermediates vascularized porcine jejunum (BioVaSc) and a primary, microvascular endothelial cell culture (mvEC) isolated from the porcine skin biopsy are prepared. The mvEC colonize the vessels of the BioVaSc in a bioreactor system, leading to the final product, UroVaSc. The aim of the study was to create a three-dimensional vascularized bladder augmentation. In the course of this work, the methods of isolation and cultivation of the cells, the re-colonization and culture of the autologous augmentation product, as well as the quality control under the guidelines of Good Manufacturing Practice had to be established. For the isolation of the mvEC, a protocol was developed that, despite intra-individual differences of the donor animals, allows the reproduction of cells in sufficient cell count and purity. Furthermore, the endothelial recolonization of the carrier structure was successfully executed and this was proven with the help of cell biological and immunohistological methods. In the area of quality control, the monitoring of the incubator was identified as an important step to increase product quality, which should be addressed in further work. Based on my research results and further research work, the functional testing of the final product in animal experiments is currently being performed. The successfully produced vascularized bladder replacement introduces a novel therapeutic option for affected patients, offering the prospect of a cure for severe diseases of the bladder.

Attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) is one of the most prevalent developmental disorders, affecting 5.9% children and adolescents and 2.5% adults worldwide. The core characteristics are age-inappropriate levels of hyperactivity, impulsivity and inattention, often accompanied by co-morbidities such as mood and conduct disorders as wells as learning deficits. In the majority of cases, ADHD is caused by an interplay of accumulated genetic and environmental risk factors. Twin studies report a very high heritability of 70–80%, however, common genetic variants in the population only explain a third of the heritability. The rest of the genetic predisposition is composed of rare copy number variations (CNVs) and gene x environment interactions including epigenetic alterations. Through genome wide association (GWAS) and linkage studies a number of likely candidate genes were identified. A handful of them play a role in dopamine or noradrenaline neurotransmitter systems, simultaneously those systems are the main targets of common drug treatment approaches. However, for the majority of candidates the biological function in relation to ADHD is unknown. It is crucial to identify those functions in order to gain a deeper understanding of the pathomechanism and genetic networks potentially responsible for the disorder. This work focuses on the three candidate genes GFOD1, SLC2A3 and LBX1 and their role in the healthy organism as well as in case of ADHD. The neuroanatomy was regarded through expression analysis and various behavioural assays of activity were performed to link alterations on the transcript level to phenotypes associated with the neurodevelopmental disorder. Zebrafish orthologues of the human risk genes were identified and extensive temporal and spacial expression characterisation performed via RNA in situ hybridisation. Through morpholino derived knock-down and mRNA overexpression zebrafish models with subsequent behavioural analysis, both hyper- and hypoactive phenotypes were discovered. Additional expression analysis through double in situ hybridisation revealed a co-localisation during zebrafish neurodevelopment of each gfod1 and slc2a3a together with gad1b, a marker for GABAergic neurons. Interestingly, both risk genes have previously been associated with glucose homeostasis and energy metabolism, which when disrupted could lead to alterations in signal transduction and neuron survival. Likewise, Lbx1 plays a pivotal role in GABAergic versus glutamatergic neuron specification during spinal cord and hindbrain development in mice and chicken. Preliminary results of this work suggest a similar role in zebrafish. Taken together, those findings on the one hand represent a sturdy basis to con- tinue studies of the function of the genes and on the other hand open up the opportunity to investigate novel aspects of ADHD research by exploring the role of the GABAergic neurotransmitter system or the connection between energy metabolism and psychiatric disorders. / Die Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ist eine der am weitesten verbreiteten Entwicklungsstörungen, davon sind 5,9% Kinder und Jugendliche und 2,5% Erwachsene weltweit betroffen. Die Kernsymptome sind altersunangemessene Hyperaktivität, Impulsivität und Unaufmerksamkeit, oft begleitet von Begleiterkrankungen wie emotionale Dysregulation oder Verhal- tensauffälligkeiten sowie Lerndefiziten. In den meisten Fällen wird ADHS durch ein Zusammenspiel von angehäuften genetischen und umweltbedingten Risikofaktoren verursacht. Durch Zwillingsstudien gelang man zu einer errechneten Erblichkeit von 70–80%, jedoch erklären häufig auftretende genetische Varianten in der Bevölkerung nur ein Drittel der Erblichkeit. Der Rest der genetischen Veranlagung setzt sich aus seltenen Kopienzahlvariationen (CNV) und Interaktionen von Gen x Umwelt, einschließlich epigenetischer Veränderungen, zusammen. Durch genomweite Assoziationsstudien (GWAS) und Kopplungsanalysen wurden eine Reihe von wahrscheinlichen Kandidatengenen identifiziert. Eine Handvoll von ihnen spielen eine Rolle in den Dopamin oder Noradrenalin Neurotransmittersystemen. Diese Systeme sind gleichzeitig die Hauptangriffspunkte der gängigsten Medikamente, die zur Behandlung von ADHS eingesetzt werden. Allerdings ist für die Mehrheit der Kandidatengene die biologische Funktion in Bezug auf ADHS unbekannt. Es ist essentiell diese Funktionen zu identifizieren um ein tieferes Verständnis der Ätiopathogenese und der genetische Netzwerke, die möglicherweise für die Störung verantwortlich sind, zu erlangen. Diese Arbeit konzentriert sich auf die drei Kandidatengene GFOD1, SLC2A3 und LBX1 und ihre Rolle im gesunden Organismus sowie während ADHS. Die Neuroanatomie wurde durch Expressionsanalyse betrachtet und verschiedene aktivitätsbasierte Verhaltensessays wurden durchgeführt, um Veränderungen auf Transkriptebene mit den zugehörigen Phänotypen der neurologischen Entwick- lungsstörung in Verbindung zu bringen. Zebrafischorthologe der menschlichen Kandidatengene wurden identifiziert und umfangreiche zeitliche und räumli- che Expressionsanalysen via RNA in situ Hybridisierung durchgeführt. Durch Morpholino-Knockdown und mRNA-Überexpressions Zebrafischmodelle mit anschließender Verhaltensanalyse wurden sowohl hyper- als auch hypoaktive Phänotypen entdeckt. Eine zusätzliche Expressionsanalyse durch doppelte in situ Hybridisierung ergab eine Kolokalisierung während der Zebrafischneuroentwicklung von jeweils gfod1 und slc2a3a zusammen mit gad1b, einem Marker für GABAerge Neuronen. Interessanterweise wurden beide Risikogene zuvor mit der Glukosehomöostase und dem Energiestoffwechsel in Verbindung gebracht, die, wenn sie gestört werden, zu Veränderungen der Signalübertragung und der Lebensdauer von Neuronen führen können. Desgleichen spielt Lbx1 eine entscheidende Rolle bei der Spezifikation von GABAergen versus glutamatergenen Neuronen während der Entwicklung des Rückenmarks in der Wirbelsäule und im Hinterhirn von Mäusen und Hühnern. Vorläufige Ergebnisse dieser Arbeit deuten auf eine ähnliche Rolle beim Zebrafisch hin. Zusammengenommen stellen diese Erkenntnisse einerseits eine solide Grundlage für weitere Untersuchungen zur Funktion der Gene dar, andererseits eröffnet sich daraus die Möglichkeit neue Aspekte der ADHS-Forschung zu untersuchen, bei denen der Fokus auf der Rolle des GABAergen Neurotransmittersystems oder der Beziehung zwischen Energiestoffwechsel und psychiatrischen Erkrankungen liegt.

While malignant melanoma comprises a relatively minor fraction of skin cancer cases, it is responsible for the majority of skin cancer-related deaths and is characterized by a globally rising incidence rate. Due to combined inhibitor treatment targeting the MAPK pathway or immune checkpoint inhibition, efficacy of melanoma therapy has significantly improved. However, melanoma patients often develop therapy resistance following initial response, or do not respond to current treatment options. Challenging conditions caused by the tumor microenvironment or cancer therapy can lead to adaptation strategies, which are controlled by stress-induced transcription factors. In particular, the master regulator of the oxidative stress response, NRF2, is known to maintain the cellular redox homeostasis under stress conditions and is associated with tumor-promoting features in various tumor entities. Melanoma can be divided into different subtypes that are characterized by their gene expression profiles. One of the melanoma subgroups with particularly poor outcome and limited therapy response is associated with high expression of the receptor tyrosine kinase EGFR, accompanied with low levels of the regulator of the melanocytic lineage, MITF. This work reveals that NRF2 supports a dedifferentiated and pro-invasive melanoma phenotype, partly attributed to the positive effect of NRF2 on EGFR signaling. While NRF2 is able to bind directly to the promoter of the receptor ligand EGF, regulation of EGFR and its ligand TGFα occurs via an indirect mechanism by blocking MITF. Moreover, my study shows that stimulation with EGF leads to NRF2 nuclear translocation and activation, indicating that EGFR and NRF2 interact in a positive feedback loop in melanoma cells. Another transcription factor which plays a pivotal role in regulating adaptation mechanisms, thereby fostering cellular plasticity and therapeutic resistance, is ATF4. The key effector of the integrated stress response (ISR) is activated in response to diverse stress-sensing kinases, which, not unlike NRF2, react to stimuli like nutrient starvation, ROS accumulation or ER stress. Parallels between ATF4 and NRF2 were previously observed, but the underlying reasons were largely unknown. The present work demonstrates an unequivocal link between the ISR and NRF2. Here, ATF4 not only induces NRF2 activation by transcriptional regulation but also metabolically via glutathione (GSH) depletion mediated by the glutathione-degrading enzyme CHAC1. I could show that ATF4-dependent NRF2 activation improves cysteine supply to ensure cellular redox balance by promoting activity of the cystine/glutamate antiporter xCT. Moreover, GSH deprivation can be compensated by NRF2-dependent enhancement of the thioredoxin pathway and NADPH regeneration. In conclusion, my data illustrate that the NRF2 response functions as additional layer of the ISR after induction of ATF4, a finding of significant relevance for comprehending cellular viability and resilience. / Obwohl das maligne Melanom lediglich einen kleinen Teil aller Hautkrebsfälle umfasst, ist es für die Mehrheit der Todesfälle im Zusammenhang mit Hautkrebs verantwortlich und zeichnet sich durch eine weltweit steigende Inzidenz aus. Aufgrund von Therapien mit Immuncheckpoint-Inhibitoren oder kombinierter zielgerichteter Hemmung des MAPK- Signalweges, konnte die Effektivität der Behandlungsmöglichkeiten bei Melanompatient*innen signifikant verbessert werden. Jedoch entwickeln Patient*innen trotz anfänglichen Therapieerfolges häufig Resistenzen oder sprechen auf derzeitig verfügbare Therapie- möglichkeiten nicht an. Zelluläre Bedingungen, welche für das Überleben von Krebszellen herausfordernd sind, werden durch Therapien oder durch das Tumormikromilieu ausgelöst und können zu Anpassungsstrategien führen, welche durch stressinduzierte Transkriptionsfaktor reguliert werden. Eine wichtige Rolle spielt in diesem Kontext der Hauptregulator der oxidativen Stressantwort, NRF2, welcher für die Aufrechterhaltung der zellulären Redox-Homöostase bekannt ist, jedoch tumorfördernde Eigenschaften in mehreren Tumorentitäten aufweist. Das Melanom kann in verschiedene Subtypen unterteilt werden, welche durch ihre Genexpressionsprofile gekennzeichnet sind. Eine Untergruppe des Melanoms, welche eine besonders schlechte Prognose und eine begrenzte Therapieantwort zeigt, wird mit der Heraufregulierung der Rezeptor-Tyrosinkinase EGFR assoziiert, was von einer geringen Expression des Regulators der melanozytären Zellreihe, MITF, begleitet wird. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass NRF2 den de-differenzierten und pro-invasiven Phänotypen im Melanom unterstützt, was zum Teil auf den positiven Effekt von NRF2 auf den EGFR-Signalweg zurückzuführen ist. Während NRF2 direkt an den Promotor des Rezeptorliganden EGF binden kann, werden EGFR und dessen Ligand TGFα über einen indirekten Mechanismus durch die Blockierung von MITF reguliert. Des Weiteren zeigt meine Arbeit, dass eine Stimulierung mit EGF zu einer Aktivierung von NRF2 und dessen Translokation in den Zellkern führt, was darauf hinweist, dass EGFR und NRF2 in Melanomzellen mittels einer positiven Rückkopplungsschleife interagieren. Ein weiterer Transkriptionsfaktor, der eine zentrale Rolle in der Regulierung von Anpassungsmechanismen spielt und dabei zelluläre Plastizität und Therapieresistenzen begünstigt, ist ATF4. Als Antwort auf verschiedene stresswahrnehmende Kinasen, welche auf Stressauslöser wie Nährstoffmangel, Akkumulierung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) oder Stress im endoplasmatischen Retikulum (ER) reagieren, wird ATF4 als Haupteffektor der integrierten Stressantwort (ISR) aktiviert. Während Parallelen zwischen ATF4 und NRF2 bereits zuvor beobachtet wurden, waren die zugrunde liegenden Mechanismen bislang weitgehend unbekannt. Die vorliegende Arbeit zeigt die eindeutige Verknüpfung zwischen der ISR und NRF2 auf. Hierbei induziert ATF4 die Aktivierung von NRF2 nicht nur durch transkriptionelle Regulierung, sondern auch auf metabolischer Ebene über den Entzug von Glutathion (GSH), was durch das Enzym CHAC1 abgebaut wird. Ich konnte zeigen, dass die ATF4-abhängige NRF2 Aktivierung die Versorgung mit Cystein verbessert, indem die Aktivität des Cystine/Glutamat Antiporters xCT unterstützt wird, um das zelluläre Redoxgleichgewicht sicherzustellen. Zudem kann der Verlust von Glutathion durch eine NRF2-abhängige Heraufregulierung des Thioredoxin- Signalweges und der Regeneration von NADPH kompensiert werden. Zusammenfassend zeigen meine Daten, dass NRF2 als eine zusätzliche Ebene der ISR nach Induktion von ATF4 fungiert, was von erheblicher Relevanz für das Verständnis von zellulärer Viabilität und Resilienz ist.

Eine Infektion mit dem Masernvirus kann eine schwere Immunsuppression mit erhöhter Anfälligkeit für opportunistische Erreger auslösen, welche die vorübergehende Lymphopenie der akuten Masernerkrankung überdauert. Es ist bekannt, dass der Oberflächenkontakt mit dem viralen Glykoproteinkomplex eine Suppression von T-Zellen auslöst. Zu den Charakteristika dieser Suppression gehören ein Zellzyklusarrest, Aktivierung der NSM2 und Aktivitätsminderung der Akt Kinase. Der beteiligte zelluläre Oberflächenrezeptor, über welchen die kontaktabhängige T-Zellsuppression vermittelt wird, sowie der nachfolgende Signalweg und seine physiologische Bedeutung für die T-Zellfunktion sind weiterhin unklar. Um diese zu definieren, sollten robuste Screening Systeme mit Effektor-Strukturen zur Verfügung stehen, die dem bisher verwendeten UV-inaktivierten Virus überlegen sind, das präparationsbedingt Limitationen wie z. B. variierende Effizienz oder Verunreinigungen durch Wirtszell-Faktoren zeigte sowie nur in limitierenden Mengen und sehr aufwendig zu gewinnen ist. Es wurden in dieser Arbeit zwei Strategien für gewünschte robuste Systeme angegangen: 1) Die Erzeugung einer transgenen Zelllinie, welche induzierbar die beiden viralen Oberflächenproteine exprimiert, und 2) die Eignung F1-Protein-abgeleiteter Peptide als Agonisten der T-Zellsuppression. Die Etablierung der transgenen Zelllinie konnte nicht abgeschlossen werden, da zwar H-Protein induzierbar stabil exprimiert werden konnte, die Bemühungen, F-Protein rekombinant zu exprimieren, jedoch ohne Erfolg blieben. Dies, sowie die Herstellung der gewünschten Zelllinie, sollte jedoch durch Generierung neuer Konstrukte möglich sein. Mit dem Einsatz von Peptiden, welche von der Sequenz des paramyxoviralen Fusionspeptids abgeleitet sind, konnte in dieser Arbeit ein Modell zur MV-analogen Proliferationsinhibition von menschlichen T-Zellen mit geeigneter Kontrolle etabliert werden. Dieses kann für ein Screening auf Proliferationsinhibition mit Knockout-T-Zelllinien Anwendung finden und somit eine bedeutende Rolle für die Identifikation der Signalwege der T-Zellsuppression spielen. Es bleibt unklar, ob die Peptide eine zum MV analoge Wirkung auf die Akt Kinase sowie NSM2 von T-Zellen haben. Mit geeigneten Nachweismethoden können die Peptide jedoch nützlich für die weitere Forschung an diesen Charakteristika der T-Zellsuppression sein. Die Einsatzmöglichkeiten der Peptide zur Charakterisierung der T-Zellsuppression werden durch die Kopplung an Beads sowie Azid-Funktionalisierung erweitert und wurden in dieser Arbeit u. a. angewandt, um die Interaktion der Peptide mit T-Zellen fluoreszenzmikroskopisch zu visualisieren. / An infection with measles virus can cause severe immunodepression with increased susceptibility to opportunistic pathogens that persist longer than the transient lymphopenia of acute measles. It has been shown that surface contact with the viral glycoprotein complex induces suppression of human T cells. Important characteristics of this suppression are cell cycle arrest, activation of the neutral sphingomyelinase 2 and activity reduction of the Akt kinase. The involved cellular surface receptor which mediates the contact-dependent T cell suppression as well as the consecutive signal pathway and its physiological role for T cell function are still unclear. To define those, robust screening systems should be available using effector structures other than the previously used MV, where the preparation-dependent variations of quality, effectivity, host cell contaminations and quantity pose significant limitations. In this work, two different strategies were pursued: 1) Generation of a cell line inducibly expressing the two viral effector glycoproteins and 2) evaluation of the suitability of peptide derivatives of the N terminal domain of the paramyxoviral F1 protein as effectors in T cell suppression. Generation of the transgenic cell line could not be completed: While inducible stable expression of H protein could be achieved, attempts to express F protein unfortunately failed. If this is overcome upon generation of alternative expression constructs, the desired cell line can be established once they are transduced into the H-expressing cells. A model for the inhibition of proliferation of human T cells analogous to measles virus with a suitable control was successfully established using peptides derived from the sequence of the paramyxoviral fusion peptide. This model can be employed in screening for inhibition of proliferation with knockout T cell lines and thus play a meaningful role in identification of the signal pathways of T cell suppression. It remains unclear whether the peptides have effects on the Akt kinase and NSM2 of T cells which are analogous to MV. Suitable detection methods for these effects could render the peptides useful for further research on these characteristics of T cell suppression. The possible applications of the peptides for characterization of T cell suppression are further increased by the options of coupling the peptides to beads and their functionalization with azide groups. In this study this was used for instance to visualize the interaction of the peptides with T cells via fluorescence microscopy.

Background: Although bariatric surgery is the most effective treatment for severe obesity, a subgroup of patients shows insufficient postbariatric outcomes. Differences may at least in part result from heterogeneous patient profiles regarding reactive and regulative temperament, emotion dysregulation, and disinhibited eating. This study aims to subtype patients based on these aspects before and two years after bariatric surgery and tests the predictive value of identified subtypes for health-related outcomes three years after surgery.

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