Adaptor-protein-4-deficiency (AP-4-deficiency) is an autosomal-recessive childhood- onset form of complicated hereditary spastic paraplegia (HSP) caused by bi-allelic loss- of-function mutations in one of the four subunits of the AP-4-complex. These four conditions are named SPG47 (AP4B1, OMIM #614066), SPG50 (AP4M1, OMIM #612936), SPG51 (AP4E1, OMIM #613744) and SPG52 (AP4S1, OMIM #614067), respectively and all present with global developmental delay, progressive spasticity and seizures. Imaging features include a thinning of the corpus callosum, ventriculomegaly and white matter changes. AP-4 is a highly conserved heterotetrameric complex, which is responsible for polarized sorting of transmembrane cargo including the autophagy- related protein 9 A (ATG9A). Loss of any of the four subunits leads to an instable complex and defective sorting of AP-4-cargo. ATG9A is implicated in autophagosome formation and neurite outgrowth. It is missorted in AP-4-deficient cells and CNS-specific knockout of Atg9a in mice results in a phenotype reminiscent of AP-4-deficiency. However, the AP-4-related cellular phenotypes including ATG9A missorting have not been investigated in human neurons. Thus, the aim of this study is to provide the first human induced pluripotent stem cell- derived (iPSC) cortical neuron model of AP-4-deficiency to explore AP-4-related phenotypes in preparation for a high-content screening. Under the hypothesis that AP-4- deficiency leads to ATG9A missorting, elevated ATG9A levels, impaired autophagy and neurite outgrowth in human iPSC-derived cortical neurons, in vitro biochemical and imaging assays including automated high-content imaging and analysis were applied. First, these phenotypes were investigated in fibroblasts from three patients with compound heterozygous mutations in the AP4B1 gene and their sex-matched parental controls. The same cell lines were used to generate iPSCs and differentiate them into human excitatory cortical neurons. This work shows that ATG9A is accumulating in the trans-Golgi-network in AP-4- deficient human fibroblasts and that ATG9A levels are increased compared to parental controls and wild type cells suggesting a compensatory mechanism. Protein levels of the AP4E1-subunit were used as a surrogate marker for the AP-4-complex and were decreased in AP-4-deficient fibroblasts with co-immunoprecipitation confirming the instability of the complex. Lentiviral re-expression of the AP4B1-subunit rescues this corroborating the fact that a stable AP-4-complex is needed for ATG9A trafficking. Surprisingly, autophagic flux was present in AP-4-deficient fibroblasts under nutrient- rich and starvation conditions. These phenotypic markers were evaluated in iPSC-derived cortical neurons and here, a robust accumulation of ATG9A in the juxtanuclear area was seen together with elevated ATG9A protein levels. Strikingly, assessment of autophagy markers under nutrient-rich conditions showed alterations in AP-4-deficient iPSC- derived cortical neurons indicating dysfunctional autophagosome formation. These findings point towards a neuron-specific impairment of autophagy and need further investigation. Adding to the range of AP-4-related phenotypes, neurite outgrowth and branching are impaired in AP-4-deficient iPSC-derived cortical neurons as early as 24h after plating and together with recent studies point towards a distinct role of ATG9A in neurodevelopment independent of autophagy. Together, this work provides the first patient-derived neuron model of AP-4-deficiency and shows that ATG9A is sorted in an AP-4-dependent manner. It establishes ATG9A- related phenotypes and impaired neurite outgrowth as robust markers for a high-content screening. This disease model holds the promise of providing a platform to further study AP-4-deficiency and to search for novel therapeutic targets. / Die Adaptor-Protein-4-Defizienz (AP-4-Defizienz) ist eine autosomal-rezessiv vererbte, komplizierte Form hereditären spastischen Paraplegien (HSPs), welche durch biallelische Mutationen in einer der vier Untereinheiten des AP-4-Gens verursacht wird. Die vier resultierenden Erkrankungen werden SPG47 (AP4B1, OMIM #614066), SPG50 (AP4M1, OMIM #612936), SPG51 (AP4E1, OMIM #613744) und SPG52 (AP4S1, OMIM #614067) genannt und präsentieren sich mit globaler Entwicklungsverzögerung im frühen Säuglingsalter, progressiver Spastik sowie Krampfanfällen. Radiologische Zeichen beinhalten ein verschmälertes Corpus callosum, Ventrikulomegalie und Veränderungen der weißen Substanz. AP-4 ist ein hoch konservierter, heterotetramerer Proteinkomplex, welcher für die polarisierte Verteilung von Transmembranproteinen einschließlich des „autophagy-related protein 9 A“ (ATG9A) zuständig ist. Eine „lossof- function“ Mutation in einer der vier Untereinheiten führt zur Instabilität des gesamten Komplexes und zur Beeinträchtigung des AP-4-abhängigen Proteintransportes. ATG9A ist notwendig für die Bildung von Autophagosomen und das Neuritenwachstum. In AP- 4-defizienten Zellen ist der ATG9A-Transport beeinträchtigt und ein ZNS-spezifischer Knockout von ATG9A erzeugt in Mäusen einen Phenotyp, der große Überschneidungen mit dem der AP-4-Defizienz aufweist. Bisher sind diese AP-4-abhängigen zellulären Phenotypen nicht in humanen Neuronen untersucht worden. Daher ist die Entwicklung des ersten humanen aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) abgeleiteten kortikalen Neuronenmodells der AP-4-Defizienz und die Identifikation AP-4-abhängiger Phenotypen für die Anwendung in einem Hochdurchsatzscreening das Ziel dieser Arbeit. Unter der Hypothese, dass AP-4- Defizienz in humanen iPSC-abgeleiteten kortikalen Neuronen zu ATG9A Fehltransport, erhöhtem ATG9A Protein, beeinträchtigter Autophagie und vermindertem Neuritenwachstum führt, wurden biochemische und automatisierte, Mikroskopie-basierte in vitro Assays entwickelt. Zunächst wurden primäre humane Fibroblasten von Patienten mit compound-heterozygoten Mutationen im AB4B1-Gen und geschlechtsangepasste, elterliche Kontrollzellen auf die genannten Phenotypen hin untersucht. Dieselben Zelllinien wurden anschließend für die Generierung von iPSCs und die Differenzierung in exzitatorische kortikale Neurone verwendet. 90 Diese Arbeit zeigt, dass ATG9A in AP-4-defizienten Fibroblasten im Bereich des Trans- Golgi-Netzwerkes akkumuliert und das ATG9A Proteinlevel erhöht sind, was auf eine kompensatorische Hochregulierung hindeutet. Die Proteinlevel der AP4E1-Untereinheit wurden als Surrogatparameter für einen stabilen AP-4-Komplex genutzt und waren in AP-4-defizienten Fibroblasten vermindert. In der Co-Immunpräzipitation konnte eine Instabilität des AP-4-Komplexes bestätigt werden. Die lentivirale Reexpression der AB4B1-Untereinheit führte zu einer Wiederherstellung des Wildtyp-Phänotyps und zeigt damit, dass ein stabiler AP-4-Komplex für die korrekte Verteilung von ATG9A notwendig ist. Trotz der bekannten Beteiligung von ATG9A an der Bildung von Autophagosomen, zeigte sich eine intakte Autophagosomenbildung und Degradation in AP-4-defizienten Fibroblasten. Die beschriebenen phänotypischen Marker wurden in iPSC-abgeleiteten kortikalen Neuronen evaluiert und auch hier konnten eine juxtanukleäre Akkumulation von ATG9A sowie erhöhte ATG9A Proteinlevel demonstriert werden. Im Gegensatz zu den Fibroblasten, zeigten AP-4-defiziente iPSCabgeleitete kortikale Neurone bereits unter nährstoffreichen Bedingungen eine Konstellation von Autophagiemarkern, die auf eine gestörte Autophagosomenbildung und damit auf eine Neuronen-spezifische Störung von Autophagie hindeuten und der weiteren Untersuchung bedürfen. Zusätzlich fand sich bei AP-4-defizienten kortikalen Neuronen bereits in den ersten 24 Stunden im Inkubator eine Störung des Neuritenwachstums und der -verzweigung, welche in Zusammenschau mit kürzlich erschienenen Arbeiten auf eine zusätzliche Autophagie-unabhängige Funktion von ATG9A hinweisen. Diese Arbeit stellt zusammenfassend die Entwicklung des ersten Patienten-abgeleiteten Neuronenmodells der AP-4-Defizienz dar und zeigt das ATG9A in einer AP-4-abhänigen Weise in der Zelle verteilt wird. Weiterhin etabliert diese Arbeit ATG9A-abhängige zelluläre Phänotypen und gestörtes Neuritenwachstum als robuste phänotypische Marker für ein High-Content Screening. Dieses zelluläre Krankheitsmodell trägt das Potential als Plattform für weitere Studien der AP-4-Defizienz zu dienen und damit neue therapeutische Möglichkeiten aufzudecken.

Karzinome des Oropharynx zählen zu Karzinomen des Kopf-Hals-Bereichs und zeigen in den letzten Jahrzehnten weltweit eine ansteigende Inzidenz. Die Hauptrisikofaktoren, die zur Entstehung von Oropharynxkarzinomen führen sind Alkohol- und Tabakkonsum. In den letzten Jahren wurde zunehmend über eine Infektion der Rachenschleimhaut mit Hochrisiko-HPV als weiterer Risikofaktor diskutiert. Durch die Einführung multimodaler Therapiekonzepte konnte das Überleben von Patienten, die an einem Oropharynxkarzinom erkranken deutlich verbessert werden. Trotzdem sind die Therapieerfolge insbesondere bei lokal fortgeschrittenen Karzinomen noch unbefriedigt, so dass auch im Hinblick auf die posttherapeutische Lebensqualität nach weiteren Therapiestrategien gesucht wird. Bei der folgenden Arbeit handelt es sich um eine retrospektive Untersuchung der im Zeitraum von 1993 bis 2009 an der Universitätsklinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde Leipzig behandelten Oropharynxkarzinome. Die klinischen Daten wurden durch Analyse der Patientenakten gewonnen und in eine klinikinterne Access-Datenbank eingepflegt. Die statistische Auswertung erfolgte mittels SPSS. Ziel der Arbeit war die Beurteilung der Entwicklung von Prävalenz, Risikofaktoren, Therapiemodalitäten und der Ergebnisse der Behandlung. Über den untersuchten Zeitraum kam es zu einem kontinuierlichen Anstieg der Prävalenz der Oropharynxkarzinome, wie er laut Literatur auch weltweit festzustellen ist. Im hier untersuchten Patientenkollektiv lassen sich über den untersuchten Zeitraum hinsichtlich der Risikofaktoren Alkohol und Tabak keine Veränderungen im Konsum feststellen. Dies lässt eine Zunahme der HPV-induzierten Oropharynxkarzinome vermuten. Allerdings lässt sich diese Vermutung mit den zugrundeliegenden Daten nicht sicher beweisen, da bis 2010 keine routinemäßige HPV-Diagnostik durchgeführt wurde. Weiterhin zeigt sich etwa ab dem Jahre 2002 eine Veränderung in den angewandten Therapien mit einer Zunahme multimodaler Therapieansätze insbesondere in der postoperativen adjuvanten Situation. Diese Veränderung führt insbesondere bei den fortgeschrittenen Oropharynxkarzinomen zu einer Verbesserung der Überlebensraten ab dem Jahr 2005. Einen weiteren prognostischen Faktor stellt der Alkohol- und Tabakkonsum zum Zeitpunkt der Diagnose dar. So zeigen Patienten mit starkem Alkohol- und Tabakkonsum zum Diagnosezeitpunkt ein schlechteres Überleben als Patienten ohne oder mit geringem Alkohol- oder Tabakkonsum. Inwieweit eine Tabak- bzw. Alkoholkarenz ab dem Zeitpunkt der Diagnose das Überleben der Patienten beeinflusst, kann mit den untersuchten Daten nicht belegt werden. Auch eine Aussage über die posttherapeutische Lebensqualität ist auf Grundlage der untersuchten Daten nicht möglich. Insgesamt konnten in der Arbeit verschiedene Änderungen des therapeutischen Standardvorgehens in Hinblick auf die Ergebnisqualität herausgearbeitet werden. Als zentrale Erkenntnis stellte sich die Hinzuziehung der additiven Cisplatingabe zur postoperativen Radiotherapie als wesentlicher Erfolgsfaktor in der verbesserten Therapie des Oropharynxkarzinoms heraus.

HINTERGRUND: Um den Erfolg einer antiretroviralen HIV-Therapie zu kontrollieren und Therapieversagen suffizient aufzudecken ist die quantitative Messung der HIV-1 RNA der Bestimmung der CD4-Zellzahl sowie der Beurteilung anhand der Klinik des Patienten überlegen. Die Viruslastbestimmung ist jedoch ein sehr teures Verfahren, sodass Kosten und Infrastruktur häufig die begrenzende Komponente für die Anwendung darstellen. Das gilt besonders für arme Länder, in denen die technische Entwicklung des Gesundheitssystems wenig fortgeschritten ist. In aktuellen Studien konnte gezeigt werden, dass das Poolen von Blutproben, bei einer an die klinische Relevanz angepassten Schwelle, ein effizientes Verfahren ist, um die ART mittels Viruslastbestimmung zu überwachen. Dies gilt, wenn die Therapieversagerquote niedrig ist. In Ländern, in denen der Kostenreduktion der Viruslastbestimmung eine besondere Wichtigkeit zukommt, sind die Durchseuchungsrate und die Therapieversagerquote jedoch oft hoch. METHODEN: Es wurde das Poolen von Blutplasmaproben, DBS und DPS bei einer Population mit hoher Therapieversagerquote untersucht. Ein Pool wurde jeweils aus fünf Einzelproben angefertigt. Zur Auswertung der Pools aus flüssigen Plasmaproben wurde ein Algorithmus zur Vereinfachung der Dekonvolution angewandt. ERGEBNISSE: Die Effizienz der Methode bei DPS (n=185) und flüssigem Plasma (n=385) lag zwischen 34,29% und 47,57%. Die Anwendung des Poolingsystems an DBS (n=100) erwies sich als wenig rentabel. Die Effizienz beim Gebrauch von DPS war am höchsten. Die Kosten pro Test konnten hier bei einem negativen Vorhersagewert von 95% und minimalem technischen Aufwand auf fast die Hälfte (21 US$, statt 40 US$ pro Assay) reduziert werden. SCHLUSSFOLGERUNG: Durch die Kombination von Vorauswahlkriterien und Minipoolmethode können die Kosten für das virologische Monitoring der antiretroviralen Therapie auch in Entwicklungsländern gesenkt werden, ohne wesentliche Verluste in Genauigkeit und Validität der Methode verzeichnen zu müssen. DPS stellen eine erfolgsversprechende Möglichkeit dar, die Viruslastbestimmung auch in abgelegen Regionen ohne entsprechenden Laboratorien zu ermöglichen. / BACKGROUND: Quantitative human immunodeficiency virus (HIV) RNA load testing surpasses CD4 cell count and clinical monitoring in detecting antiretroviral therapy (ART) failure; however, its cost can be prohibitive. Recently, the use of pooling strategies with a clinically appropriate viral load threshold was shown to be accurate and efficient for monitoring when the prevalence of virologic failure is low. METHODS: The pooling of blood plasma, dried blood spots, and dried plasma spots were evaluated. 5 individual samples were mixed in one minipool. A deconvolution algorithm was used to identify specimens with detectable viral loads in pools of blood plasma. RESULTS: The efficiency of DPS (n=185)and liquid blood plasma (n=385) reached 34,29% and 47,57%. Minipools of 5 dried blood spots had the best efficiency overall and were accurate at a >95% negative predictive value with minimal technical requirements. CONCLUSIONS: In resource-constrained settings, a combination of preselection of patients with low pretest probability of virologic failure and pooled testing can reduce the cost of virologic monitoring without compromising accuracy.

Zielsetzung: Zur Therapieentscheidung bei Osteoporose stehen mehrere Algorithmen basierend auf klinischen Risikofaktoren mit oder ohne Berücksichtigung der Knochendichte zur Verfügung. Ziel der vorliegenden Arbeit ist der Vergleich zwischen dem WHO FRAX-Algorithmus und einem von der DVO (Dachverband Osteologie) entwickelten Algorithmus hinsichtlich der Entscheidung für eine Osteoporose-spezifische Therapie. Methoden: Insgesamt wurden 300 konsekutive Patienten (231 Frauen, 69 Männer, im Alter von 40-88 Jahren) in die Studie eingeschlossen, bei denen mit dualer-Röntgen-Absorptiometrie (DXA) am Femurhals und der lumbalen Wirbelsäule und mit peripherer quantitativer Computertomographie (pQCT) am distalen Radius die Knochendichte gemessen wurde. Mit dem FRAX-Rechner wurde unter Berücksichtigung von 12 klinischen Risikofaktoren und der Knochendichte am Femurhals die 10-Jahres-Frakturwahrscheinlichkeit für eine Hüftfraktur und eine größere osteoporotische Fraktur ermittelt. Analog dazu erfolgte mit dem DVO-Algorithmus anhand von 21 klinischen Risikofaktoren und des T-Scores am Femurhals oder der lumbalen Wirbelsäule die Bestimmung einer Therapieempfehlung ja/nein. Odds-Ratios zur Beurteilung der relativen Einflussstärke der einzelnen Risikofaktoren (CRFs) wurden mit Hilfe der multivariaten logistischen Regressionsanalyse berechnet. Der McNemar-Test kam zur Anwendung, um signifikante Unterschiede in der Häufigkeitsverteilung von Patienten mit positiver Therapieempfehlung bei FRAX und DVO zu ermitteln. Ergebnisse: Beim Vergleich des Gesamtkollektivs zeigte sich ein statistisch signifikanter Unterschied (p<0.01) hinsichtlich der Anzahl der Patienten mit Empfehlung zur Therapie: FRAX 12% (36 absolut), DVO 30,3% (91 absolut). Das Gleiche gilt für die relative Einflussstärke der CRFs, ausgedrückt als Odds Ratio (OR): CRFs mit dem stärkstem Einfluss auf die Therapieentscheidung bei FRAX: Vorausgehende Fraktur (OR 48), Hüftfraktur der Eltern (OR 36,6) und Glukokortikoide (OR 34,4). Die entsprechenden CRFs bei DVO unter Einschluss des T-Scores am Femur: Glukokortikoide (OR 120), Rheumatoide Arthritis (29,3) und häufige Stürze (OR 16). Die einflussreichsten CRFs bei DVO unter Berücksichtigung des T-Scores an der LWS: TSH< 0,3mU/I (OR 660,6), Rheumatoide Arthritis (OR 440) und multiple Stürze (OR 250,8). Schlussfolgerung: FRAX und DVO liefern signifikant unterschiedliche Ergebnisse sowohl im Hinblick auf die Anzahl der Patienten mit Therapieempfehlung als auch was die Einflussstärke der berücksichtigten CRFs betrifft. Beim DVO-Algorithmus werden Risikofaktoren wie ein supprimierter TSH-Wert (Schilddrüsenstimulierendes Hormon) einbezogen, deren Evidenz nicht eindeutig geklärt ist, die aber starken Einfluss auf die Therapieentscheidung gewinnen, wenn man beim DVO-Algorithmus den T-Score an der LWS mitberücksichtigt. / Objectives: To improve the assessment of fracture risk many algorithms based on the use of clinical risk factors with or without information on bone mineral density have been developed. The aim of this study was to compare the FRAX tool released by a World Health Organization (WHO) task force with an algorithm of the DVO (Head Organization for Osteology) regarding the assessment and treatment of osteoporosis. Methods: A total of 300 patients (231 women, 69 men, aged 40-88) consecutively referred for bone mineral assessment using dual-energy-x-ray-absorptiometry (DXA) at the femoral neck and the spine and peripheral quantitative computed tomography (pQCT) at the distal radius were included. Clinical risk factors were assessed and the 10-year probability of both hip fracture and major osteoporotic fracture was computed by the FRAX tool based on 12 clinical risk factors with information on bone mineral density at the femoral neck. Treatment recommendation was also calculated using the DVO algorithm integrating 21 clinical risk factors in addition to T-score at the femoral neck or spine. Multiple logistic regression analysis was applied to find out the relative predictive strength of each clinical risk factor in terms of calculated odds ratios. McNemar’s test was used to determine the differences in the frequency distribution of patients. Results: The number of patients suggested for treatment was significantly different (p<0.01) between the two algorithms: FRAX: 12% (36 absolute), DVO: 30,3% (91 absolute). There was also a difference concerning the relative strength oft the CRFs expressed as odds ratio (OR): CRFs used by FRAX strongly associated with treatment: Prior fracture (OR 48), parent fractured hip (OR 36,6) and glucocorticoids (OR 34,4). Corresponding CRFs applied by DVO with T-score at the femoral neck: glucocorticoids (OR 120), rheumatoid arthritis (OR 29,3) ans frequent falls (OR 16). CRFs with strong influence on treatment decision using DVO with T-score at the lumbar spine: TSH<0,3mU/I (OR 660,6), rheumatoid arthritis (OR 440) and frequent falls (250,8). Conclusion: We found significant differences between FRAX and DVO both for the number of patients with recommendation for treatment of osteoporosis and concerning the influence on treatment decision of the CRFs expressed as odds ratios (OR). Compared with the FRAX algorithm DVO includes additional risk factors like a suppressed TSH (thyroid stimulating hormone) with debatable evidence, but strong influence on treatment of osteoporosis when using DVO tool with information on lumbar spine T-score.

HIV verursacht eine progressive Zerstörung des Immunsystems und führt zusätzlich durch Veränderungen im ZNS zu neurokognitiven Störungen (HIV-associated neurocognitive disorders, HAND). Die HIV-Infektion geht mit einer Dysfunktion von dopaminergen Signalwegen einher, die sich unter anderem in einer erhöhten Dopamin-Verfügbarkeit im Liquor von Therapie-naiven HIV-Patienten äußert. Der Grund für die Dysregulation der dopaminergen Signalwege in HIV-Patienten ist nicht geklärt. Aufgrund dessen war das Hauptziel dieser Arbeit die Identifizierung des pathogenetischen Mechanismus, der zu einer erhöhten Dopamin-Konzentration im Liquor von HIV-Patienten führt. Die primäre Hypothese war, dass die erhöhte Dopamin-Verfügbarkeit nicht durch das Virus selbst, sondern vielmehr durch die genetische Konstitution der HIV-Patienten hervorgerufen wird. Deshalb wurden Polymorphismen untersucht, die die dopaminerge Neurotransmission beeinflussen. Es wurde vermutet, dass a) verschiedene Genotypen dieser Polymorphismen in nicht-infizierten und HIV-infizierten Personen mit anderen Häufigkeiten auftreten, b) verschiedene Genotypen mit veränderten Dopamin-Verfügbarkeiten assoziiert sind, c) unterschiedliche Genotypen Auswirkungen auf Marker der Progression der HIV-Infektion haben und d) verschiedene Genotypen die Immunaktivierung beeinflussen. Dazu wurden in 190 HIV-infizierten und nicht-infizierten Teilnehmern unterschiedlicher Ethnien die Polymorphismen BDNF Val66Met, COMT Val108/158Met, DAT 3‘-UTR VNTR, DRD2 TaqIα, DRD3 Ser9Gly und DRD4 VNRT mit PCR, ggf. Restriktionsverdau und Agarose-Gelelektrophorese analysiert und die Expression des Dopamin-Transporters mit real time PCR bestimmt. Darüber hinaus wurden zur weiteren klinischen Charakterisierung die Immunmarker MCP-1, sCD14, suPAR und RANTES mit ELISA analysiert, da eine Erhöhung dieser Parameter mit einer beschleunigten HIV-Progression assoziiert ist. Die Bestimmung der T-Zell-Aktivierung (CD3/CD8/CD38/HLA-DR) wurde mit einer durchflusszytometrischen Analyse durchgeführt. In dieser Arbeit haben wir gezeigt, dass HIV-Patienten hochsignifikant häufiger homozygot für das 10-repeat Allel des Dopamin-Transporter-Polymorphismus sind als nicht-infizierte Personen (57,1 % bzw. 26,8 %, p = 0,001, OR = 3,93, 95 % CI 1,72 – 8,96, direkte logistische Regression). HIV-Patienten und nicht-infizierte Personen mit diesem Genotyp weisen eine signifikant höhere Dopamin-Verfügbarkeit im Liquor auf als Personen mit dem 9/10-Genotyp (p = 0,03) und eine signifikant geringere Expression des Dopamin-Transporters auf PBMCs (p = 0,05). Der DAT 10/10-Genotyp ist im Gegensatz zu anderen Genotypen in HIV-Patienten jedoch weder mit unterschiedlichen CD4+-Zellzahlen und Viruslasten noch mit einer veränderten Häufigkeit von HAND verbunden. Zusätzlich weisen deutsche und südafrikanische nicht-infizierte und HIV-infizierte Personen mit dem DAT 10/10-Genotyp eine signifikant höhere MCP-1-Konzentration im Plasma auf als Personen mit anderen DAT-Genotypen (p = 0,0076). Keiner der Immunmarker ist mit der Dopamin-Verfügbarkeit assoziiert. Dennoch ist die Immunaktivierung in südafrikanischen HIV-Patienten im Vergleich zu nicht-infizierten Südafrikanern signifikant erhöht: HIV-Patienten zeigen im Vergleich zu nicht-infizierten Personen eine stärkere T-Zell-Aktivierung (p = 0,0001), eine erhöhte Plasma-Konzentration von MCP-1 (p = 0,0014), eine gesteigerte sCD14-Konzentration (p = 0,0004) und eine vermehrte suPAR-Konzentration im Plasma (p = 0,006). In der vorliegenden Arbeit konnte kein Nachweis erbracht werden, dass die erhöhte Immunaktivierung in den südafrikanischen HIV-Patienten durch die Koinfektion mit Echinoccocus oder durch genetische Polymorphismen bei Chemokinen hervorgerufen wird. Eine chronisch erhöhte Immunaktivierung stellt eine treibende Kraft für die Virusreplikation dar und kann letztendlich zu einer Erschöpfung des Immunsystems führen. Der 10/10-Genotyp des DAT VNTR könnte einen Risiko-Faktor für die HIV-Infektion darstellen, da dieser eine erhöhte Dopamin-Verfügbarkeit nach sich zieht. Dopamin aktiviert HIV in chronisch infizierten T-Lymphoblasten und führt zudem zu einer erhöhten Expression und Sezernierung von TNF-α, das wiederum die Expression von HIV induziert. Diese Ergebnisse untermauern den Zusammenhang von Dopamin und HIV. Es ist jedoch nicht völlig geklärt, ob die erhöhte Dopamin-Konzentration ausschließlich durch den Genotyp hervorgerufen oder auch durch die HIV-Infektion begünstigt wird. / HIV infection has adverse effects on the immune system and also leads to a HIV-associated neurocognitive disorder (HAND) due to changes within the CNS. It is associated with a dysfunction of dopaminergic pathways which amongst others involves an increased dopamine availability within the cerebrospinal fluid (CSF) of therapy naïve HIV patients. The reason for the dysregulation of dopaminergic pathways has not been found yet. Therefore, the main goal of this work was the identification of the pathogenetic mechanism leading to an elevated dopamine availability. The primary hypothesis was that the higher dopamine availability is not caused by the virus itself but rather by the genetic background of HIV patients. That is why we analyzed genetic polymorphisms which influence the dopaminergic neurotransmission. We hypothesized that a) different genotypes of these polymorphisms occur with different frequencies in HIV infected and uninfected individuals, b) different genotypes are associated with changes in dopamine availability, c) different genotypes have an impact on markers of HIV disease progression and d) different genotypes influence immune activation. We analyzed the polymorphisms BDNF Val66Met, COMT Val108/158Met, DAT 3‘-UTR VNTR, DRD2 TaqIα, DRD3 Ser9Gly und DRD4 VNRT in 190 HIV infected and uninfected participants of different ethnicities by PCR, restriction digestion and agarose gel electrophoresis and the expression of the dopamine transporter by real time PCR. For further clinical characterization the immune markers MCP-1, RANTES, sCD14 and suPAR were measured by ELISA as they are associated with HIV disease progression. The analysis of T cell activation (CD3/CD8/CD38/HLA-DR) was performed using flow cytometry. We found that HIV patients are highly significantly more often homozygous for the 10-repeat allele of the dopamine transporter polymorphism than uninfected individuals (57.1 % and 26.8 %, respectively, p = 0.001, OR = 3.93, 95 % CI 1.72 – 8.96, direct logistic regression analysis). HIV patients and uninfected subjects with this genotype display a significantly higher dopamine availability in CSF compared to people with the 9/10 genotype (p = 0.03) and significantly decreased mRNA expression of the dopamine transporter on PBMCs (p = 0.05). However, the DAT 10/10 genotype compared to other genotypes is neither linked to a difference in CD4 T cell counts and viral loads nor to an altered frequency of HAND. Additionally, German and South African uninfected and HIV infected participants with the DAT 10/10 genotype show higher concentrations of MCP-1 in plasma (p = 0.0076). None of the immune markers is associated with dopamine availability. In contrast, immune activation is significantly higher in South African HIV patients compared to uninfected subjects. HIV patients display an augmented T cell activation (p = 0.0001), an elevated plasma concentration of MCP-1 (p = 0.0014), increased sCD14 plasma levels (p = 0.0004) and a higher suPAR concentration in plasma (p = 0.006) compared to uninfected participants. In this study, we could not provide evidence that the higher immune activation in South African HIV patients is due to the parasitic infection Echinococcus or due to genetic polymorphisms of chemokines. A chronically elevated immune activation represents a driving force for viral replication and can lead eventually to the exhaustion of the immune system. The 10/10 genotype of the DAT VNTR could be a risk factor for HIV infection as this genotype causes a higher dopamine availability. Dopamine activates HIV in chronically infected T lymphoblasts and leads to an enhanced expression and secretion of TNF-α which in turn results in an induction of HIV expression. These results emphasize the interaction of dopamine and HIV. However, it has not been completely elucidated whether the elevated dopamine availability is entirely associated with the genotype or it might be a consequence of HIV infection.

Desmosomen sind Zell-Zell-Kontakte, die eine starke interzelluläre Haftung vermitteln. Sie sind daher besonders wichtig für die Integrität von Geweben wie der Haut, die laufend einer starken mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind. Pemphigus vulgaris ist eine Autoimmundermatose, die zur Ausbildung schlaffer Blasen durch Spaltbildung in der Epidermis führt. Als ursächlich dafür wurden Autoantikörper gegen die desmosomalen Cadherine Dsg1 und 3 herausgestellt, die in Desmosomen vorkommen. cAMP ist ein wichtiger Botenstoff des Zellstoffwechsels und an der Regulierung und Modulation einer Vielzahl von zellulären Prozessen beteiligt, darunter auch die Stabilisierung der Endothelbarriere über Stärkung der Haftung eines klassischen Cadherins, nämlich VE-Cadherin. In Anknüpfung an die vorliegenden Daten aus Pemphigus- und Endothelforschung beschäftigt sich diese Arbeit mit der Rolle von cAMP bei Pemphigus vulgaris. Es wurde in Keratinozytenkultur sowie im neonatalen Pemphigus-Mausmodell untersucht, ob die Erhöhung der intrazellulären cAMP-Spiegel einen Einfluss auf PV-IgG-induzierte morphologische und funktionelle Veränderungen hat. Eine Erhöhung des intrazellulären cAMP-Spiegels konnte sowohl in vitro als auch in vivo als protektiv herausgestellt werden. In Keratinozytenkultur konnte gezeigt werden, dass eine Erhöhung des intrazellulären cAMP-Spiegels durch Forskolin/Rolipram oder Isoproterenol in der Lage war, die PV-IgG-induzierten morphologischen Veränderungen, die Dsg3-Depletion, sowie den Adhäsionsverlust zu blockieren. Weiterhin konnte die Blasenbildung in vivo durch cAMP-Erhöhung vollständig verhindert werden. Im Anschluss wurde untersucht, ob die Inkubation mit PV-IgGs einen Einfluss auf die intrazellulären cAMP-Spiegel in vitro hat. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Zellen mit einer Erhöhung der cAMP-Spiegel reagieren, wenn auch in einem geringeren Ausmaß als durch die eingesetzten Mediatoren. Somit kann cAMP als Rettungsmechanismus der Zellen angesehen werden und es wurde daraufhin der Einfluss von cAMP auf die Regeneration von Keratinozyten nach PV-IgG-Inkubation untersucht. Dieser Prozess konnte durch eine cAMP-Erhöhung verbessert werden und erwies sich als partiell abhängig von PKA. Schlussendlich konnte nachgewiesen werden, dass cAMP in vitro wie in vivo über die Blockade der p38MAPK-Aktivierung protektiv wirkt. Zusammenfassend konnte so ein neuer Einblick in die zelluläre Antwort von Keratinozyten auf Pemphigus-Autoantikörperbindung gewonnen werden. Dieser könnte auch im Hinblick auf die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien bei Pemphigus vulgaris wichtig sein. / Desmosomes are cell-cell-contacts which provide strong intercellular adhesion. They are most abundant and important in tissues which are continuously exposed to mechanical stress such as the epidermis of the skin. Pemphigus vulgaris (PV) is a severe autoimmune blistering disease characterized by intraepidermal cleavage leading to flaccid blisters of the skin. These phenomena are caused by autoantibodies against the desmosomal adhesion molecules desmoglein (Dsg) 1 and 3. Cyclic adenosine-monophosphat (cAMP) is an important second messenger in various signaling pathways and takes part in regulation and modulation of distinct cellular processes. For instance, cAMP is capable to stabilize the endothelial barrier by increasing adhesion of another cadherin-type adhesion molecule referred to as vascular endothelial cadherin (VE-cadherin). Therefore, based on the knowledge from pemphigus and endothelial barrier research, the scope of the present dissertation is to clarify the role of cAMP in pemphigus vulgaris pathogenesis. Investigations in keratinocyte cell cultures and in a neonatal pemphigus mouse model were carried out to analyze the effect of an increased intracellular cAMP level on desmosomal adhesion. The data demonstrated that increased cAMP-levels are protective against the pathogenic effects of autoantibodies from PV patients (PV-IgG) in vitro and in vivo. In cultured keratinocytes the increase of intracellular cAMP mediated by application of either forskolin/rolipram or isoproterenol was capable to block PV-IgG-induced morphological changes as well as Dsg3-depletion and loss of cell cohesion. Further, development of flaccid blisters and intraepidermal cleavage formation was abolished in vivo. Since cAMP signaling in vitro as well as in vivo was effective to prevent autoantibody-induced p38MAPK activation, which is a central mechanism in pemphigus pathogenesis, it can be concluded that the signaling function of desmogleins was modulated by this approach. Next, we examined whether incubation with PV-IgG affected intracellular cAMP levels in vitro. Interestingly, we found that keratinocytes responded to PV-IgG incubation with an increase in cAMP levels, albeit to a smaller extend compared to the applied mediators. These data indicate that increase of cAMP may serve as a cellular rescue mechanism to enhance intercellular cohesion. Finally, the effect of cAMP on spontaneous regeneration of cell cohesion after PV-IgG incubation was examined. Here, it was observed that regeneration was improved by increase of cAMP and was at least partially PKA-dependent. In summary, this work provides new insights into the cellular responses of keratinocytes to the binding of pemphigus autoantibodies. This may be important especially with respect to development of new therapeutic approaches in pemphigus vulgaris.

Diese Dissertation untersucht das Phänomen Stress im Zusammenhang mit der Tako-Tsubo-Kardiomyopathie. Sie ist eine der ersten Arbeiten, die insbesondere die Stressverarbeitung der Betroffenen mit standardisierten Messverfahren analysiert. In einer retrospektiven Querschnittsstudie wurden mit Hilfe von zwei Fragebögen soziodemographische, medizinische und psychologische Aspekte dieser Erkrankung erfasst; insbesondere wurde die Stressverarbeitung der Betroffenen mit Hilfe des standardisierten Fragebogens SVF-120 von G. Erdmann und W. Janke erfasst. Es zeigt sich, dass entgegen unserer Erwartung die Stressverarbeitung von Patienten mit Apical Ballooning Syndrom sich nicht von derjenigen von Gesunden oder Myokardinfarkt-Patienten unterscheidet. Jedoch gaben 80 % unserer befragten Patienten an unter akuten oder längerfristigen Stressoren zum Zeitpunkt des Anfalls gelitten zu haben. Ein Zusammenhang zwischen Stress und der Stressherzerkrankung ist also naheliegend, jedoch scheint eine pathologische Stressverarbeitungsweise nicht der entscheidende Aspekt in der Pathogenese zu sein. / This dissertation analyzes the phenomenon “stress” in connection with the psychosomatic disease “Tako Tsubo cardiomyopathy”. The research paper is one of the first, which focuses on the psychological aspect of this illness and investigates the stress management by using standardized instruments. Sociodemographic, medical and psychological aspects of the Tako Tsubo cardiomyopathy were measured by means of two questionnaires; the stress management of the patients’ particularly was evaluated by the standardized questionnaire “SVF-120” published by G. Erdmann and W. Janke. Contrary to expectations the result does not reveal any difference in stress management of Tako-Tsubo-patients compared with healthy control group or cardiac infarction patients. Indeed 80% of our interviewed patients declared that they suffered from an acute or long-term stressor at the time of their attack. A connection between stress and stress-cardiomyopathy seems to be obvious, but a chronic pathological stress management does not seem to be the determining aspect.

Ziel: Abschätzung der Risiken des Rezidivs des differenzierten Schilddrüsenkarzinoms, der Karzinom-bedingten Mortalität und der Karzinom-bedingten Reduktion der Lebenserwartung in Abhängigkeit von der Anzahl der zum Erreichen eines krankheitsfreien Zustands benötigten I-131-Therapien (Radioiodtherapien) und der für die Krankheitsfreiheit benötigten kumulativen Aktivität. Methoden: Analyse anhand von in der Würzburger Schilddrüsenkarzinom-Datenbank erfassten Verlaufsdaten unter Berücksichtigung eigener zusätzlicher Erhebungen zum follow-up.von 896 Patienten, die nach einer oder mehreren Radioiodtherapien im Therapieverlauf Erkrankungsfreiheit erreichten (negative TSH-stimulierte Thyreoglobulin-Messung in Kombination mit einer negativen I-131-Ganzkörperszintigraphie). Ergebnisse: Die erfassbare Nachsorgedauer betrug in Median 9.0 Jahre (Spannbreite 0.1-31.8 Jahre). Rezidiv-Raten nach 5 und 10 Jahren und am Ende der Nachsorge betrugen 1,0±0,3%, 4,0±0,7% und 6,2±1,1%. Die Schilddrüsenkarzinom-bedingte Sterberate betrug jeweils 0,1±0,1%, 0,5±0,3% und 3,4±1,1%. Mit einer zunehmenden Anzahl von benötigten Radioiodtherapien nahm die Rezidivrate zu (p=0.001). Die Schilddrüsenkarzinom-bedingte Sterblichkeitsrate ist ab 4 benötigten Radioiodtherapien erhöht. Bei Patienten, die nach einer Radioiodtherapie krankheitsfrei waren, finden sich zwischen Niedrig- und Hochrisikopatienten keine Unterschiede bezüglich Rezidiv- und Sterblichkeitsrate. Bei Patienten, die zwei Radioiodtherapien benötigten, waren Rezidiv- und Sterblichkeitsrate der Hochrisikopatienten erhöht. Bezüglich der kumulativ benötigten Aktivität zeigten sich nur bei Patienten, die eine kumulative Aktivität von über 22,2 GBq benötigten, erhöhte Rezidiv- und Sterberaten. Im vorliegenden Studienkollektiv mit einer inhärent guten Prognose zeigte sich eine uneingeschränkte Lebenserwartung unabhängig von der benötigen Anzahl der Radioiodtherapien oder der benötigten kumulativen Aktivität. Fazit: Falls mehr als eine Radioiodtherapie oder eine hohe kumulative I-131 Aktivität benötigt wird, um einen krankheitsfreien Zustand zu erreichen, muss mit einer Rezidiv- und Schilddrüsenkarzinom-bedingten Sterblichkeits-Rate gerechnet werden, vor allem bei Hochrisikopatienten. / Purpose: To assess the risk of differentiated thyroid cancer (DTC) recurrence, DTC-related mortality and life expectancy in relation to the number of courses of 131-I therapy (RIT) and cumulative 131-I activities required to achieve complete remission (CR). Methods: The study was a database review of 1,229 patients with DTC, 333 without and 896 with CR (negative TSHstimulated thyroglobulin and negative 131-I diagnostic wholebody scintigraphy) after one or more courses of RIT. Results: The median follow-up was 9.0 years (range 0.1–31.8 years) after CR. Recurrence rates at 5 years, 10 years and the end of follow-up were 1.0±0.3 %, 4.0±0.7 % and 6.2 ±1.1 %, and DTC-related mortality was 0.1±0.1 %, 0.5± 0.3 % and 3.4±1.1 %, respectively. Recurrence rates also increased with an increasing number of RIT courses required (p=0.001). DTC-related mortality increased from four RIT courses. In patients with CR after one RIT course, there were no differences in recurrence or DTC-related mortality rates between low-risk and high-risk patients. In patients requiring two RIT courses these rates remain elevated in high-risk patients. Recurrence and DTC-related mortality rates were only significantly elevated in those requiring a cumulative activity over 22.2 GBq (600 mCi) from multiple RIT courses for CR. Regardless of the number of RIT courses or activity needed, life expectancy was not significantly lowered. Conclusion: If more than one RIT course is needed to achieve CR, higher recurrence and DTC-related mortality rates are observed, especially in high-risk patients. Patients requiring >22.2 GBq 131-I for CR should be followed in the same way as patients in whom CR is never reached as long-term mortality rates are similar.

Im Rahmen dieser Arbeit sollten die Möglichkeiten der MR Tomographie erkundet werden bakterielle Infektionen im Zeitverlauf darzustellen. Genauer gesagt sollte das Potential der MR Tomographie anhand eines durch eine Infektion induzierten lokalisierten Abszesses unter Verwendung dreier unterschiedlicher MRT Methoden untersucht werden: Mittels nativem \(T_2\) Kontrast; der Verwendung von superparamagnetischen Eisenoxid Partieln (USPIO) als \(T_2^*\) Kontrastmittel; und dem Einsatz von Perfluorkarbonen (PFC) als \(^{19}F\) MRT Marker (siehe Kapitel 3). Wie erwartet führte die durch die Infektion hervorgerufene Entzündung zu veränderten \(T_2\)-Zeiten, welche auf \(T_2\)-gewichteten MR Bildern eine Lokalisierung des Abszessbereiches erlauben. Jedoch eigneten sich diese Daten aufgrund der graduellen Änderung der \(T_2\)-Zeiten nicht, um eine klare Grenze zwischen Abszess und umliegendem Gewebe zu ziehen. Superparamagnetische Eisenoxidpartikel andererseit haben als MRT Kontrastmittel bereits in den letzten Jahren ihre Fähigkeit unter Beweis gestellt Entzündungen [53, 58, 64] darzustellen. Die Anreicherung dieser Partikel am Rande des Abszesses [53], wie sie auch in unseren MR Daten zu beobachten war, erlaubte eine relativ scharfe Abgrenzung gegenüber dem umgebenden Gewebe in der chronischen Phase der Infektion (Tag 9 p.i.). Hingegen genügte die nur sehr spärlichen Anreicherung von USPIO Partikeln in der akuten Phase der Infektion (Tag 3 p.i.) nicht für eine entsprechende Abgrenzung [58]. Aufgrund der sehr geringen biologischen Häufigkeit und den sehr kurzen Relaxationszeiten von endogenem Fluor eignen sich Perfluorkarbone als Markersubstanz in der MR Tomographie von biologischen Systemen. Insbesondere da PFC Emulsionen durch phagozytierende Zellen aufgenommen werden und im Bereich von Entzündungen akkumulieren [30, 59]. In dieser Arbeit konnte anhand der erhaltenen MRT Daten eine Akkumulation von Perfluorkarbonen nicht nur in der chronischen Phase, sondern auch in der akuten Phase nachgewiesen werden. Diese Daten erlauben somit zu allen untersuchten Zeitpunkten eine Abgrenzung zwischen Infektion und umliegenden Gewebe. Aufgrund der besagten Vorteile wurden die Perfluorkarbone gewählt, um die Möglichkeiten der MR Tomographie zu testen, quantitative Informationen über die schwere der Infektion zu liefern. Als Referenz für die Bakterienbelastung wurden die Biolumineszenzbildgebung (BLI) [49, 50] und die Standardmethode zur Bestimmung der Bakterienbelastung cfu (koloniebildenden Einheiten) herangezogen. Eine Gegenüberstellung der zeitlichen Verläufe der durch die Biolumineszenzbildgebung und durch die cfu erhaltenen Daten liefert eine qualitative Übereinstimmung mit den durch die 19F MR Tomographie erhaltenen Daten. Dies trifft hierbei sowohl auf die über den gesamten Infektionsbereich hinweg summierten Signalamplituden, als auch auf das Volumen zu, in dem Fluor am Ort der Infektion akkumuliert wurde. Im Gegensatz zur Methode der cfu Bestimmung sind die MR Tomographie und die Biolumineszenzbildgebung nicht invasiv und erlauben die Verfolgung des Infektionsverlaufes an einem einzelnen Individuum. Hierzu benötigt, im Gegensatz zur MR Tomographie, die Methode der Biolumineszenzbildgebung jedoch einen speziellen Pathogenstamm. Darüber hinaus ist hervorzuheben, dass die MR Tomographie zudem die Möglichkeit bietet auch morphologische Informationen über den Infektionsbereich und seine Umgebung zu akquirieren. Gerade weil jede dieser Methoden die mit der Infektion einhergehenden Prozesse aus einer leicht anderen Blickrichtung betrachtet, erscheint es sinnvoll diese etablierte Untersuchungsplattform bestehend aus MRT, BLI und cfu über die in dieser Arbeit bearbeitete Fragestellung hinaus näher zu untersuchen. Insbesondere der Aspekt inwieweit die drei Methoden sich gegenseitig ergänzen, könnte einen tieferen Einblick in die Wechselwirkung zwischen Pathogen und Wirt erlauben. Auch wenn für die betrachtete Fragestellung bereits der hierdurchgeführte semiquanitative Ansatz zur Bestimmung der relativen Fluormengen am Ort der Infektion ausreichte, so ist doch im Allgemeinen wünschenswert probenbezogen die Sensitivität der Spule und damit die Güte der Spulenabstimmung zu bestimmen. Hierzu ist jedoch die Aufnahme von \(B_1\)-Karten unabdingbar und wird entsprechend im Kapitel 4 \(Bloch-Siegert B_1^+-Mapping\) näher addressiert. Der Schwerpunkt liegt hierbei, wie der Kapitelname bereits andeutet, auf der Bloch-Siegert Methode, die insbesondere in der präsentierten Implementierung in einer Turbo/ Multi Spin Echo Sequenz eine effiziente Nutzung der relativ langen \(T_\)2-Zeiten der Perfluorkarbone erlaubt. Da zudem die Bloch-Siegert-Methode eine rein phasenbasierte Methode ist, kann neben der aus den Daten erzeugten \(B_1\)-Karte zugleich ein unverfälschtes Magnitudenbild generiert werden, wodurch eine sehr effiziente Nutzung der vorhandenen Messzeit ermöglicht wird. Diese Eigenschaft ist insbesondere für \(^{19}F\) Bildgebung von besonderem Interesse, da hier für jede Messung, aufgrund der üblicherweise relativ geringen Konzentration an Fluoratomen, lange Messzeiten benötigt werden. Zusammenfassend konnte anhand des untersuchten Tiermodells sowohl die Fähigkeit der MR Tomographie nachgewiesen werden Infektionen im Zeitverlauf darzustellen, als auch die Fähigkeit der MR Tomographie quantitative Informationen über den Verlauf der Infektion zu liefern. Desweiteren konnte eine Möglichkeit aufgezeigt werden, welche das Potential hat in vertretbarem Zeitrahmen auch in vivo B1+-Karten auf dem Fluorkanal zu erstellen und so einen zentralen Unsicherheitsfaktor, für Relaxometry und absolute Quantifizierung von \(^{19}F\) Daten in vivo, zu beseitigen. / The main focus of this work is to investigate the potential of magnetic resonance imaging (MRI) to monitor the timecourse of bacterial infections in vivo. More specifically, it focuses on the ability to localize and assess an infection-induced localized bulky abscess using three different MRI methods: the utilization of native \(T_2\) contrast; the usage of super paramagnetic iron oxide nanoparticles (USPIO) as MRI \(T_2^*\) contrast agents; and the application of perfluorcarbons (PFC) as \(^{19}F\) MRI marker (see chapter 3). Study results demonstrated that, as expected the altered \(T_2\) values present in the abscess area permit localization of the infection when using \(T_2\) weighted data. The precise boundary of the abscess, however, could not be determined due to the gradual change of the \(T_2\) values in the area of the infection. Conforming to other studies [53, 58], the MR-detected accumulation of USPIO particles along the abscess rim allowed definition of a fairly exact demarcation line between the abscess and surrounding tissue during the chronic phase of the infection (day 9 p.i.). During the acute phase of the infection (day 3 p.i.), however, the particle accumulation at the abscess rim was too sparse for precise boundary definition [58]. Because of their extremely low biological abundance and the very short relaxation times of endogenous fluorine, PFCs can be imaged background-free in a biological system. Moreover, as emulsified PFCs were taken up by phagocytosing cells and accumulated at the site of inflammation [30, 59], the acquired MRI data showed PFC accumulation during both the chronic and acute phases of infection. It was thus possible to differentiate between the abscess and surrounding tissue at each examined time point. Due to the described advantages, PFCs were chosen to evaluate with MRI the infection severity. As a bacterial burden reference, colony forming units (cfu) and bioluminescence imaging (BLI) [49, 50] were selected. Observation of BLI, cfu and \(^{19}F\) MRI data showed qualitative correlation during the investigated time course. This was true for the accumulated \(^{19}F\) MR signal in the area of infection and for the \(^{19}F\) MR signal volume. Additionally, unlike the cfu method MRI and BLI are non-invasive and thus data can be gathered at multiple time points. However, contrary to BLI, MRI does not require a special pathogen strain. Moreover, it can provide morphological data from an abscess and the surrounding tissue. Because the data delivered by each of these three methods (MRI, BLI and cfu), are based on alternative approaches, additional examinations of the established platform are suggested. For example, the extent to which the methods supplement each other may provide deeper insight into the interaction between pathogen and host. Even though the chosen semi quantitative approach was sufficient in the context of the evaluated issues to estimate the relative fluorine amount at the site of infection, it is in general desirable for each quantification to determine the sensitivity of the coil per sample. To address this issue the Bloch Siegert (BS) based \(B_1\) mapping method implemented in a turbo/ multi spin echo (TSE/MSE) sequence is presented in Chapter 4 Bloch-Siegert \(B_1^+\)-Mapping. Such a sequence allows effective use of the relatively long PFC \(T_2\) times and encodes BS information solely into the phase data. Thus, a \(B_1\) map can be created in addition to the unaltered TSE/MSE magnitude image. In the context of \(^{19}F\) imaging, this is of special interest due to the usually low amounts of fluorine resulting in long measurement times. In conclusion, it was shown that MRI not only enables visualization of the temporal behavior of infections on the investigated animal model, but it can also provide quantitative information about the progress of the infection. Additionally, a method potentially allowing in vivo B1+ mapping was introduced. This is an important step to improve the reliability of relaxometry and absolute quantification of in vivo \(^{19}F\) MRI.

Hintergrund: Die der Pathogenese von Morbus Parkinson (PD, Parkinson’s disease) zugrunde liegenden Mechanismen sind bis heute nur unvollständig verstanden. Insbesondere ist unklar, durch welche ursächlichen Faktoren Parkinson ausgelöst wird. Bei der HIV-Infektion treten bei vielen Patienten neurologische Störungen auf (HIV-Associated Neurological Disorders, HAND), die in der klinischen Symptomatik und der Lokalisation der betroffenen Gehirnareale dem Morbus Parkinson ähneln. Möglicherweise könnte eine Fehlregulation der Immunantwort eine Rolle als Auslöser beider Erkrankungen spielen. In dieser Arbeit wurde die Autoimmunantwort von PD- und HAND-Patienten und gesunden Kontrollen gegen verschiedene Gehirnhomogenate untersucht, die während der Parkinsonerkrankung in unterschiedlichem Ausmaß geschädigt werden. Das Autoimmun-Signal wurde quantifiziert und prominente Autoantigene wurden identifiziert. Methoden: In dieser Arbeit wurde ein Western-Blot-basiertes Verfahren zum Nachweis von Autoantikörpern gegen Gehirngewebe entwickelt. Dieses Verfahren wurde nach Optimierung mit Plasmaproben von gesunden Kontrollen, PD-Patienten und Patienten mit HIV-Infektion insbesondere an einer Gruppe von 40 Parkinson-Patienten (Durchschnittsalter 65 Jahre, 45 % weiblich) und 40 alters- und geschlechtsgemachten Kontrollen (Durchschnittsalter 62 Jahre, 50 % weiblich) angewendet und die humorale Autoimmunität gegen verschiedene Gehirnareale untersucht. Dazu wurden die verschiedenen Areale (dorsaler Motornucleus des Glossopharynx- und Vagusnervs (dm), Substantia nigra (SN), anteromedialer temporaler Mesocortex (MC), high order sensorische Assoziations- und präfrontale Felder (HC), first oder sensorische Assoziations- und prämotorische Felder, primäre sensorische und motorische Felder (FC)) von post-mortem Gehirnen homogenisiert, auf SDS-Gradienten-Gelen elektrophoretisch aufgetrennt und auf Nitrocellulose geblottet. Die Membranen wurden mit den Plasmen inkubiert und gebundene Autoantikörper immunologisch detektiert. Die Signale wurden qualitativ und quantitativ ausgewertet. Mit Hilfe einer zweidimensionalen Elektrophorese und anschließender Immunfärbung wurden prominente Autoantigene durch Massenspektroskopie identifiziert. Ergebnisse: Mit dem in dieser Arbeit entwickelten Assay lässt sich die humorale Autoimmunantwort gegen Gehirngewebe semiquantitativ bestimmen. In allen untersuchten Proben konnten verschiedene Autoantikörper gegen unterschiedliche Antigene nachgewiesen werden. Der Gesamt-IgG-Gehalt der Plasmen unterscheidet sich weder zwischen PD-Patienten und gesunden Kontrollen, noch zwischen Männern und Frauen signifikant. Weibliche PD-Patienten zeigen signifikant stärkere Signale gegen dm als männliche (p = 0.02, Mann-Whitney-U-Test), der wiederum in jedem Patienten - unabhängig vom Geschlecht - von den untersuchten Hirnarealen signifikant stärker autoimmunologisch erkannt wird, als die übrigen Hirnareale (p < 0.0001, Friedman-ANOVA). In jedem Hirnareal wurden drei Banden besonders häufig erkannt (45, 40 und 37 kDa), jede davon am stärksten im dm (p < 0.0001, Friedman-ANOVA). Die Einzelanalysen der Signalintensitäten zeigt, dass PD-Patienten signifikant weniger Autoreaktivität gegen die 45 kDa-Bande in der SN (p = 0.056), im MC (p = 0.0277) und im FC (p = 0.0188) zeigen, als Kontrollen. Weitere Analysen zeigen, dass männliche PD-Patienten hochsignifikant weniger das 45 kDa-Protein im SN (p < 0.0001), MC (p = 0.0042) und FC (p = 0.0088) erkennen als Kontrollen, wohingegen bei den weiblichen Kontroll- und PD-Plasmen kein Unterschied festzustellen war. Ein weiteres Protein bei 160 kDa wird signifikant unterschiedlich stark in allen Gehirnarealen erkannt (p < 0.0001, Friedman-ANOVA), wobei die stärkste Immunreaktivität gegen FC besteht. Basierend auf dem Nachweis der 45 kDa-Bande aus der SN ergibt sich eine Odds Ratio für das Merkmal Parkinson von 3.38 (CI 1.11 – 10.30). Bei Männern ist diese Odds Ratio sogar 53.12 (CI 2.79 - 1012), bei Frauen 0.44 (CI 0.09 – 2.09). Die Sensitivität dieses Tests liegt bei Männern bei 1 (CI 0.84 – 1), die Spezifität bei 4.41 (0.31 – 0.78). Die negativ prädiktiven Werte liegen in allen Gruppen über 99.15 %. Die Identifizierung der Proteine mittels Massenspektroskopie ergab, dass es sich bei den 37 – 45 kDa Banden um Isoformen oder posttranslational modifizierte Formen des GFAP (glial fibrillary acidic protein), einem Bestandteil von Neurofilamenten v.a. in Astrozyten handelt. Außerdem wurde Fructose-Bisphosphate Aldolase A und Aspartat-Aminotransferase (mitochondriale Isoform 1 Vorläufer), beides Proteine des Kohlenhydrat-Stoffwechsels und der Glykolyse, als weitere Proteine mit ebenfalls 45 kDa identifiziert. Bei dem identifizierten Protein mit dem Molekulargewicht von 160 kDa handelt es sich wahrscheinlich um Dihydropyrimidinase-related protein 2, wie GFAP ebenfalls bei der Bildung des Zytoskeletts beteiligt. Diskussion: Autoantikörper gegen Gehirnantigene sind ein physiologisches Phänomen, das unabhängig von dem Vorliegen einer neurologischen Erkrankung besteht. Gehirnareale, die bei Parkinson besonders stark geschädigt werden, werden von dieser humoralen Autoimmunantwort besonders stark erkannt. Eine vorübergehende Permeabilisierung der Blut-Hirn-Schranke durch Infektion oder Trauma könnte den Zutritt der Autoantikörper zum Gehirn erlauben und so autoreaktive Prozesse in Gang setzen und zum Untergang dopaminerger Neuronen führen. Bei den identifizierten Proteinen handelt es sich um grundlegende Bestandteile eukaryotischer Zellen, was die Hypothese eines Art Beseitigungsmechanismus der Autoantikörper und damit die Aufgabe der Aufrechterhaltung der Homöostase darstellen könnte. Bei männlichen PD Patienten wird die 45 kDa Bande signifikant weniger stark von Auto-IgGs erkannt; dieser Mechanismus könnte somit in den männlichen PD-Patienten vermindert sein. Als Folge wäre die Ablagerung von Zelltrümmern im Gehirn vorstellbar, die dann auch langfristig eine Angriffsfläche für Autoimmunprozesse mit dem Verlust dopaminerger Neuronen bieten könnte. / Background: The pathogenic mechanisms of Parkinson’s disease (PD) are not yet fully understood. Particularly the basic cause of the disease remains unclear. In HIV-Infection many patients show neurologic impairments (HIV-associated neurological disorders, HAND), which are similar in clinic symptoms and localization of the affected brain areas to these observed in Parkinson’s disease. Possibly a dysregulation of immunologic responses might play a role as a cause for PD. In this work autoimmune processes in PD- and HAND-patients as well as in healthy controls against different brain homogenates were measured, which are damaged in variable extent during pathogenesis of PD. The autoimmune-signal was quantified and prominent autoantigens were identified. Methods: In this work we established a Western-Blot-based method to detect autoantibodies against brain homogenates. After the optimization with plasma of healthy controls, PD-patients and HIV-infected patients, the technique was used to measure the humoral autoimmunity against different brain areas in a group of 40 PD-patients (mean age 65, 45 % females), and 40 age- and sex-matched controls (mean age 62 years, 50 % female). Different brain areas (of the dorsal motor nucleus of the glossopharyngeal and vagal nerves (dm), substantia nigra (SN), anteromedial temporal mesocortex (MC), high order sensory association areas and prefrontal fields (HC), first order sensory association areas, premotor areas, as well as primary sensory and motor fields (FC)) of post-mortem brains were homogenized, separated by gel electrophoresis and blotted on a nitrocellulose membrane. The membranes were incubated with plasma and bound antibodies were detected immunologically. The signals were analyzed by quality and quantity. With a two-dimensional electrophoresis and following immune staining prominent autoantigens were identified by mass spectroscopy. Results: With the established assay, the humoral autoimmunity against brain tissue can be analyzed semi-quantitatively. In all investigated samples several autoantibodies against different antigens could be proven. The overall IgG-content did not differ significantly between PD-patients and healthy controls, nor between men and women. Female PD-patients show significant stronger signals against dm than male (p = 0.02, Mann-Whitney-U-test), which was recognized significantly stronger than the other brain areas in each patient, independently from sex (p < 0.0001, Friedman-ANOVA). In each brain area 3 bands were recognized stronger than others (45, 40 and 37 kDa), each of them the strongest in dm (p < 0.0001, Friedman-ANOVA). The single analysis of the signal intensities show that PD-patients display significantly less autoreactivity against the 45 kDa-band in SN (p = 0.056), MC (p = 0.0277) and FC (p = 0.0188) than controls. Further analyses show that plasma of male PD-patients detect highly significantly less the 45 kDa-protein in SN (p < 0.0001), MC (p = 0.0042) and FC (p = 0.0088) than controls, whereas there was no difference measurable in female control- and PD-plasma. Another protein at 160 kDa is recognized at significantly different intensities in all brain areas (p < 0.0001, Friedman-ANOVA), whereas the strongest immunoreactivity is shown against FC. Based on the detection of the 45 kDa-band from the SN the odds ratio for the feature PD is 3.38 (CI 1.11 – 10.30). In men the odds ratio is even 53.12 (CI 2.79 - 1012), in female 0.44 (CI 0.09 – 2.09). The sensitivity for the test in the group of men displays 1 (CI 0.84 – 1), the specificity is 4.41 (0.31 – 0.78). The negative predictive values exceed 99.15 % in all investigated groups. The identification of the proteins by mass spectroscopy showed that the 37 – 45 kDa-bands might be isoforms of posttranslational modified forms of GFAP (glial fibrillary acidic protein), a part of neurofilaments in astrocytes. Furthermore, fructose-bisphosphate aldolase A and aspartate aminotransferase (mitochondrial isoform 1 precursor), both in the metabolism of carbon hydrates and glycolysis, have been identified for further 45 kDa-bands. The identified protein with a molecular weight of 160 kDa is probably dihydropyrimidinase-related protein 2, like GFAP involved in the formation of the cytoskeleton. Conclusion: The presence of anti-brain-autoantibodies are a physiological occurrence in human plasma, independent of the presence of neurological disease. Brain areas that are damaged prominently during the pathogenesis of PD are recognized stronger by humoral autoimmunity. A temporal permeabilization of the blood brain barrier through infection or trauma might allow autoantibodies access to the brain and initiate autoreactive processes that lead to the demise of dopaminergic neurons. The identified proteins are basic members of eukaryotic cells. This could suggest the hypothesis of sort of a cleaning mechanism of the antibodies, which might have the function of sustaining homeostasis. Male PD patients showed significantly decreased levels of autoreactive antibodies against the 45 kDa band in SN, MC and FC, which could enhance the accumulation of protein debris due to a missing removal mechanism and in long-distance might be responsible for neurodegenerative processes.