Einleitung: / Introduction:

Angiogenese ist an physiologischen Vorgängen wie der Embryogenese und der Wundheilung, aber auch bei pathologischen Abläufen wie bei Neoplasien und der Makula Degeneration beteiligt. Im Bereich des Tissue Engineering ist sie ebenfalls unersetzlich und ausschlaggebend für den Erfolg einer Gewebetransplantation. In dieser Studie wurde an 40 männliche Charles Lewis-Ratten das arteriovenöse (AV-) Loop-Modell angewandt, um spontane Angiogenese unter Einfluss wachstumshemmender Faktoren in vivo zu untersuchen. Der AV-Loop wurde in einer mit Fibrin gefüllten Teflonkammer gebettet. Für die statistische Auswertung wurde der Student t-Test mit ungepaarten Stichproben angewandt und das Signifkanzniveau betrug α=0,05. Multiple Testungen wurden nach der Bonferroni-Holm-Methode angepasst. In der Anfangsphase der Studie wurde der zeitliche Verlauf der AV-Loop assoziierten Angiogenese an 16 Tieren untersucht. Es wurde ein signifikanter Anstieg der Gefäßfläche über einen Zeitraum von 5 (n=2), 10 (n=3) und 15 Tagen (n=3) beobachtet und ebenfalls eine signifikant höhere Gefäßanzahl an Tag 15 im Vergleich zu Tag 5. Acht Tiere konnten nicht in die Studie miteingeschlossen werden infolge von Thrombosierungen des Loops. Diese erwartete Verlustrate trat aufgrund Lernkurve dieses komplexen mikrochirurgischen Modells, insbesondere zu Beginn des Projektes, auf. In der zweiten Phase der Studie wurde die Neoangiogenese auf drei unterschiedliche Verfahren gehemmt. Die Implantationszeit betrug bei allen Gruppen 15 Tage. In der ersten Gruppe (n = 6) wurde ein Inhibitor des Wachstumfaktors VEGF (vascular endothelial growth factor) intravenös appliziert, nämlich der monoklonale Antikörper Bevacizumab. Hier konnte ein signifikanter Unterschied zur Kontrollgruppe (n = 6) bei der Gefäßfläche (94 432 ± 17 903 μm2 gegenüber 268 682 ± 63 575 μm2) und ebenfalls bei der Gefäßdichte (18 ± 5 Gefäße pro mm2 versus 40 ± 9 Gefäße pro mm2 in der Kontrollgruppe) gemessen werden. Dieser Befund ließ darauf schließen, dass die Neovaskularisation durch VEGF vermittelt wurde. Die direkte Bestrahlung von 2 Gy auf den venösen Graft in der zweiten Versuchsgruppe (n = 7) löste eine signifikante Verringerung von Gefäßanzahl (311 ± 73), -fläche (43 137 ± 10 225 μm2) und –dichte (15 ± 7 Gefäße pro mm2) im Vergleich zur Kontrollgruppe (776 ± 123, 268 682 ± 63 575 μm2 und 40 ± 9 Gefäße pro mm2) aus. Dieses Verfahren hatte somit starken Einfluss auf den Reifeprozess der Neoangiogenese. Bei der Kombinationsgruppe (Bevacizumab und Bestrahlung, n = 5) konnte nur bei der Gefäßfläche ein signifikant geringerer Unterschied in der Angiogenese erhoben werden. Dies ließ vermuten, dass das hier zu findende physiologische und somit geordnete Gefäßwachstum nicht auf diese hemmende Methode anspricht, wie es bei chaotischen Tumorgefäßsystemen der Fall ist und der vermutete Synergismus ausbleibt. Zusätzlich wurde im Zuge dieser Studie ein standardisiertes Auswertungsprogramm etabliert. Dabei handelt es sich um ein selbstentwickeltes Computerprogramm, das nicht nur die hier gesammelten aber auch 2-D-Aufnahmen anderer Angiogenese-Modelle benutzerunabhängig und standardisiert evaluieren kann. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das AV-Loop-Modell sich ausgezeichnet für die Untersuchung der Angiogenese im gesunden Gewebe eignet. Es bietet die Möglichkeit verschiedene angiogene und anti-angiogene Faktoren zu applizieren sowie deren Einfluss auf eine physiologische Neovaskularisation zu beobachten.:1 EINLEITUNG 1 1.1 ZIELSETZUNG DIESER ARBEIT 3 2 LITERATURÜBERSICHT 5 2.1. ANGIOGENESE 5 2.1.1 PHYSIOLOGIE 5 2.1.1.1 Bildung von Blutgefäßen 5 2.1.1.2 Embryogenese 8 2.1.1.3 Angiogenese und Wundheilung 9 2.1.2 TUMOR-ASSOZIIERTE ANGIOGENESE 11 2.2 TISSUE ENGINEERING 22 2.3 DAS ARTERIOVENÖSE (AV) LOOP-MODELL 22 2.4 AUSWERTUNG VON ANGIOGENESEPROZESSEN 23 3 MATERIAL UND METHODEN 24 3.1 TIERE UND HALTUNG 24 3.2 OPERATIVE EINGRIFFE 24 3.2.1 KAMMER UND MATRIX 24 3.2.2 HERSTELLUNG DES AV-LOOPS 25 3.2.3 BESTRAHLUNG 29 3.3 EXPLANTATION 29 3.3.1 PERFUSION MIT INDIA INK 29 3.3.2 PERFUSION MIT MICROFIL® 31 3.4. HISTOLOGISCHE UND IMMUNHISTOLOGISCHE METHODEN 32 3.4.1 VORBEREITUNG DER SCHNITTE 32 3.4.2 HÄMATOXYLIN-EOSIN-FÄRBUNG 33 3.4.3 LEKTINFÄRBUNG 34 3.5 DATENVERARBEITUNG 36 3.5.1 MIKROSKOPISCHE AUFZEICHNUNGEN 36 3.5.2 AUSWERTUNG DER HISTOLOGISCHEN SCHNITTE 36 3.5.3 AUFNAHMEN DER MIKRO-CT-BILDER 41 3.5.4 AUSWERTUNG DER MIKRO-CT-BILDER 42 3.5.5 POWER ANALYSE 43 3.5.6 STATISTISCHE AUSWERTUNGEN 43 3.6 VERWENDETES MATERIAL 44 4 ERGEBNISSE 47 4.1 AV-LOOP-ASSOZIIERTE ANGIOGENESE 48 4.2 ZEITLICHER VERLAUF DER AV-LOOP-ASSOZIIERTEN ANGIOGENESE 50 4.3 HISTOMORPHOMETRISCHE ANGIOGENESE-CHARAKTERISIERUNG MITTELS HE- UND LEKTINFÄRBUNG 52 4.4 AUTOMATISCHE, COMPUTERGESTÜTZTE UND UNTERSUCHERUNABHÄNGIGE ANGIOGENESE- QUANTIFIZIERUNG 53 4.5 EINFLUSS VON VEGF AUF AV-LOOP-ANGIOGENESE 58 4.6 EINFLUSS VON BESTRAHLUNG AUF DIE NEOVASKULARISATION IM AV-LOOP-MODELL 62 4.7 WECHSELWIRKUNG VON VEGF UND IONISIERENDER BESTRAHLUNG AUF DIE ANGIOGENESE IM AV-LOOP-MODELL 65 5 DISKUSSION 71 6 ZUSAMMENFASSUNG 81 7 SUMMARY 83 8 LITERATURVERZEICHNIS 85 9 ANHANG 95 9.1 PROTOKOLL ZUR HERSTELLUNG DER PUFFER 95 9.1.1 CITRATPUFFER 95 9.1.2 TRISPUFFER 95 9.2 TABELLEN 95 9.3 ABBILDUNGEN 95 10 DANKSAGUNG 98 / Angiogenesis is evident in both physiological and pathological processes in the body. It is involved in events of embryogenesis and in wound healing as well as in neoplastic growth and macula degeneration. In the field of Tissue Engineering neovascularisation plays an irreplaceable role and determines the result of the transplantation. Here, an arterio-venous loop (AV-loop) model embedded in fibrin- filled teflon chambers in 40 Charles Lewis rats was applied to conduct in vivo investigations of the physiological processes of vessel growth in healthy tissue and to understand neovascularisation under the impact of anti-angiogenic factors such as monoclonal anti-bodies and ionizing radiation (IR). For statistical analysis the unpaired t-test was applied with a significance level of α = 0,05. Multiple testing was adapted according to the Bonferroni-Holm method. At the beginning of the study the AV-loop induced angiogenesis was examined on 16 animals and consecutively characterized. A significant increase in vessel area was observed over a time frame of 5 (n=2), 10 (n=3) and 15 days (n=3). Additionally the vessel count has increased significantly at day 15 in comparison to day 5. Eight of the animals had to be excluded due to thrombosis of the loop, which was expected due to the complex microsurgical model, especially at the onset of the project. In the second phase of the study three different anti-angiogenic procedures were investigated. Time of implantation was 15 days. In group one (n = 6) the monoclonal antibody of VEGF (vascular endothelial growth factor) named Bevacizumab was applied intravenously. As a result a significant lower vessel area (94 432 ± 17 903 μm2) and density (18 ± 5 vessels per mm2) could be measured in comparison to the control group (n = 6; 268 682 ± 63 575 μm2 respectively 40 ± 9 vessels per mm2). We concluded from these results that angiogenesis was mediated by VEGF. In comparison to the controlgroup direct IR of 2 Gy led in group two (n = 7) to a significant decrease in vessel number (311 ± 73 versus 776 ± 123), area (43137±10225μm2 versus 268682±63575μm2) and density (15±7 versus 40±9 vessels per mm2). Therefore this procedure has an obvious impact on the vessel maturation. In the combined group (n = 5) of both anti-angiogenic procedures (anti- VEGF and IR) a significant decrease was only evident in the vessel area. We assumed that this physiological and accordingly organized angiogenesis does not respond to the applied inhibiting methods, as it is observed in tumor vessel growth. Additionally, an evaluation program was established with the goal of designing a user-independent and standardized computer program to measure 2-D-images of both this and other angiogenesis models. In summary the AV-loop presents a proficient model to investigate angiogenesis in healthy tissue. It offers a variety of possibilities to apply pro- and anti-angiogenic factors and to examine their impact in vivo.:1 EINLEITUNG 1 1.1 ZIELSETZUNG DIESER ARBEIT 3 2 LITERATURÜBERSICHT 5 2.1. ANGIOGENESE 5 2.1.1 PHYSIOLOGIE 5 2.1.1.1 Bildung von Blutgefäßen 5 2.1.1.2 Embryogenese 8 2.1.1.3 Angiogenese und Wundheilung 9 2.1.2 TUMOR-ASSOZIIERTE ANGIOGENESE 11 2.2 TISSUE ENGINEERING 22 2.3 DAS ARTERIOVENÖSE (AV) LOOP-MODELL 22 2.4 AUSWERTUNG VON ANGIOGENESEPROZESSEN 23 3 MATERIAL UND METHODEN 24 3.1 TIERE UND HALTUNG 24 3.2 OPERATIVE EINGRIFFE 24 3.2.1 KAMMER UND MATRIX 24 3.2.2 HERSTELLUNG DES AV-LOOPS 25 3.2.3 BESTRAHLUNG 29 3.3 EXPLANTATION 29 3.3.1 PERFUSION MIT INDIA INK 29 3.3.2 PERFUSION MIT MICROFIL® 31 3.4. HISTOLOGISCHE UND IMMUNHISTOLOGISCHE METHODEN 32 3.4.1 VORBEREITUNG DER SCHNITTE 32 3.4.2 HÄMATOXYLIN-EOSIN-FÄRBUNG 33 3.4.3 LEKTINFÄRBUNG 34 3.5 DATENVERARBEITUNG 36 3.5.1 MIKROSKOPISCHE AUFZEICHNUNGEN 36 3.5.2 AUSWERTUNG DER HISTOLOGISCHEN SCHNITTE 36 3.5.3 AUFNAHMEN DER MIKRO-CT-BILDER 41 3.5.4 AUSWERTUNG DER MIKRO-CT-BILDER 42 3.5.5 POWER ANALYSE 43 3.5.6 STATISTISCHE AUSWERTUNGEN 43 3.6 VERWENDETES MATERIAL 44 4 ERGEBNISSE 47 4.1 AV-LOOP-ASSOZIIERTE ANGIOGENESE 48 4.2 ZEITLICHER VERLAUF DER AV-LOOP-ASSOZIIERTEN ANGIOGENESE 50 4.3 HISTOMORPHOMETRISCHE ANGIOGENESE-CHARAKTERISIERUNG MITTELS HE- UND LEKTINFÄRBUNG 52 4.4 AUTOMATISCHE, COMPUTERGESTÜTZTE UND UNTERSUCHERUNABHÄNGIGE ANGIOGENESE- QUANTIFIZIERUNG 53 4.5 EINFLUSS VON VEGF AUF AV-LOOP-ANGIOGENESE 58 4.6 EINFLUSS VON BESTRAHLUNG AUF DIE NEOVASKULARISATION IM AV-LOOP-MODELL 62 4.7 WECHSELWIRKUNG VON VEGF UND IONISIERENDER BESTRAHLUNG AUF DIE ANGIOGENESE IM AV-LOOP-MODELL 65 5 DISKUSSION 71 6 ZUSAMMENFASSUNG 81 7 SUMMARY 83 8 LITERATURVERZEICHNIS 85 9 ANHANG 95 9.1 PROTOKOLL ZUR HERSTELLUNG DER PUFFER 95 9.1.1 CITRATPUFFER 95 9.1.2 TRISPUFFER 95 9.2 TABELLEN 95 9.3 ABBILDUNGEN 95 10 DANKSAGUNG 98

Einleitung: Tiermodelle spielen für die Aufklärung pathophysiologischer Mechanismen und die Entwicklung erfolgsversprechender Therapieoptionen zentralnervöser Bewegungsstörungen eine unverzichtbare Rolle. Die Identifizierung von Gendefekten für die Parkinson-Krankheit und Dystonien ermöglichte die Generierung von Tiermodellen mit einer hohen „construct validity“. Weibliche transgene Thy1-aSyn Mäuse sowie DYT1 Knock-in (KI) Mäuse zeigen jedoch keine motorischen Störungen. In der vorliegenden Arbeit sollten zur Aufdeckung sensomotorischer Beeinträchtigungen, die bei Parkinson- und Dystoniepatienten beobachtet werden, detaillierte Untersuchungen des Verhaltens an diesen beiden Mausmodellen durchgeführt werden. Zielstellung: Zunächst sollte ein sensitiver Verhaltenstest konstruiert und entwickelt werden, bei dem sich ändernde sensorische Stimuli während der Ausübung der motorischen Aufgabe impliziert werden. Bei der Etablierung dieses sogenannten „adaptiven rotierenden Balkentests“ (ARB-Test) sollte auch der Einfluss des genetischen Hintergrunds bei Wildtyp-Mäusen evaluiert werden. Daraufhin sollte überprüft werden, ob dieser Test den Endophänotyp der weiblichen Thy1-aSyn Mäuse aufdecken kann. In dem DYT1 KI Mausmodell sollte der Frage nachgegangen werden, ob die Tiere Verhaltensdefizite in spezifischen Tests zeigen, die sensomotorische Verschaltungen untersuchen. Material und Methoden: Die mRNA-Expression von α-Synuclein in der Substantia nigra bei männlichen und weiblichen Thy1-aSyn Mäusen wurde mithilfe der quantitativen Echtzeit-PCR (qPCR) ermittelt. Im Anschluss an die Entwicklung des neuen Verhaltensapparates für den ARB-Test wurden Thy1-aSyn Tiere beider Geschlechter in diesem Versuch getestet und ihre Leistung den Ergebnissen auf etablierten motorischen Verhaltenstests („challenging beam test“, „pole test“) gegenübergestellt. Um den Einfluss des Hintergrundstammes auf das Verhalten der Tiere auf dem ARB-Test zu untersuchen, wurden Wildtypen der reinen C57BL/6J-Linie sowie Hybrid-Tiere des Stammes C57Bl/6J × DBA2 (BDF1) allen drei o. g. Versuchen unterzogen. Bei den Mäusen des DYT1 KI Modells wurde der „adhesive removal test“ und der ARB-Test zur Analyse der Sensomotorik durchgeführt. Im Vergleich dazu wurden vielfältige Verhaltensparameter in einer Reihe vorwiegend motorischer (Offenfeld-Test, „challenging beam test“, „pole test“, Zylinder-Test, Block-Test, Nestbau-Test) und kognitiver („y-maze test“) Verhaltenstests ausgewertet. Ergebnisse: Bei den weiblichen Thy1-aSyn Mäusen wurde eine geringere Expression des Transgens im Vergleich zu den männlichen Tieren festgestellt. Der neue ARB-Test wurde erfolgreich etabliert und konnte signifikante Verhaltensdefizite der weiblichen und männlichen Mutanten des Parkinson-Modells im Vergleich zu den Kontrolltieren aufdecken. Der genetische Hintergrund beeinflusste die Leistung der Wildtypen auf diesem Balkentest. Während die DYT1 KI Tiere in den rein motorischen und kognitiven Versuchen keine Beeinträchtigungen des Verhaltens zeigten, konnten der „adhesive removal test“ sowie der neue ARB-Test signifikante sensomotorische Defizite der KI Mäuse im Unterschied zu den Wildtypen zum Vorschein bringen. Schlussfolgerung: Im Thy1-aSyn Mausmodell konnte die Bedeutung der sensomotorischen Integration für die Ausprägung motorischer Defizite sowie für eine mögliche Kompensation solcher motorischen Beeinträchtigungen demonstriert werden. Hierfür hat sich der neu entwickelte, sensitive ARB-Test als geeignet herausgestellt. Die Aufdeckung von Beeinträchtigungen der Sensomotorik spricht auch bei den DYT1 KI Tieren für den Einfluss einer gestörten sensomotorischen Integration bei der Ausprägung der Symptomatik. Damit eignet sich dieses Mausmodell für die Untersuchung weiterer Parameter, die Auswirkungen auf die Aufdeckung des Phänotyps und die Penetranz der Erkrankung haben sowie um die zugrunde liegenden pathophysiologischen Mechanismen zu erforschen.

Der zu den bedeutendsten Ektoparasiten des Schweines gehörende Erreger der Schweineräude, Sarcoptes scabiei var. suis, ist weltweit verbreitet und von wirtschaftlichen Interesse für Schweinezucht- und Mastbetriebe. Ziel dieser seroepidemiologischen Studie war die Gewinnung neuer Erkenntnisse über die Bestandsdynamik klinischer Räudeerscheinungen und dem Titerverlauf von IgG-Antikörpern gegen Sarcoptes scabiei var. suis im Serum von Sauen in Abhängigkeit vom Reproduktionszyklus (Trächtigkeit, Laktation, Besamung) und von Saugferkeln während der Säugeperiode sowie Aufzucht. Schlussfolgernd aufgrund der Ergebnisse dieser Studie eignen sich für die Kontrolle und Überwachung sowie Diagnostik der Sarcoptes-Räude von Beständen serologische Untersuchungen von Ferkeln bis zur zweiten Lebenswoche von räudeverdächtigen Sauen, „Jungsauen erster und zweiter Wurf“ sowie Sauen während der Trächtigkeit (vor allem letztes Drittel) und Deckeber. Eine Vorselektion auf räudeverdächtige Hautveränderungen sowie gesteigerte Kratzaktivitäten erhöht die Wahrscheinlichkeit serologisch positive Tiere zu identifizieren.

Einleitung: Der seit über 30 Jahren ausgiebig erforschte Transkriptionsfaktor p53 besitzt offenbar Funktionen, die über seine bekannte und gut untersuchte Aktivität als Tumorsuppressor hinausgehen. So scheint er auch an der Regulation der menschlichen Lebenserwartung - über die Vermittlung einer allgemeinen physischen Robustheit - sowie der weiblichen Fertilität beteiligt zu sein. Insbesondere Primaten zeichnen sich durch eine vergleichsweise lange Lebenserwartung und eine lange reproduktive Phase aus. Ob p53 hier eine Rolle spielen könnte, ist unbekannt. Unsere Arbeitsgruppe entdeckte vor einigen Jahren das humane endogene Retrovirus-K (HERV-K) Protein Np9, dessen Gen sich in mehreren Kopien nur bei Menschen, Schimpansen und Gorillas findet. Weitere Untersuchungen wiesen außerdem darauf hin, dass Np9 an den Tumorsuppressor p53 zu binden vermag. Ziele der Untersuchungen: Es stellte sich also die Frage, ob die Funktion von p53 durch die Bindung an Np9 moduliert werden kann. Eine derartige Modulation des multifunktionellen Transkriptionsfaktors wäre natürlich auf Hominiden beschränkt. In der vorliegenden Arbeit sollten einige Teilaspekte der Interaktion von p53 und Np9 näher untersucht werden. Material und Methoden: Für die Bindungskartierung von p53 und Np9 wurden GST-Pulldown-Analysen durchgeführt. Die GST-Protein-Plasmide wurden in E.coli BL21 transformiert und nach Induktion mit IPTG exprimiert. Sie dienten als „Fängerproteine“ und waren dank ihres Glutathion-S-Transferase-tags in der Lage an GST-Sepharose-Kügelchen zu binden. Der putative Interaktionspartner als „Beuteprotein“ wurde in vitro translatiert und in diesem Zuge auch mit 35S radioaktiv markiert. Dann wurde er mit den an die Beads gebundenen GST-Proteinen inkubiert und anschließend die Proben auf ein SDS-Gel aufgetragen und aufgetrennt. Das Gel wurde anschließend auf eine Membran übertragen und der Blot auf einen Radioaktivfilm aufgelegt, woraufhin die Protein-Protein-Bindungen anhand des radioaktiven Beuteproteins als Banden erkennbar waren. Abschließend wurde der Blot mit GST-Antikörper inkubiert, dann am Folgetag mit Anti-Mouse-Antikörper. Mittels ECL Substrat konnte nun die Bindung der GST-getaggten Proteine an die Sepharosebeads nachgewiesen werden. Für den Electrophoretic Mobility Shift Assay wurden verschiedene Versuchsansätze pipettiert, welchen nach einer Inkubationszeit das zuvor mit 32P radioaktiv markierte Oligonukleotid zugegeben wurde. Nach erneuter Inkubation wurden die Proben auf das nicht-denaturiende EMSA-Gel aufgetragen und elektrophoretisch aufgetrennt. Dabei wurden die Protein-Oligonukleotid-Verbindungen gemäß ihrer Ladung, Größe und Konformation getrennt. Die Gele wurden im Geltrockner getrocknet und direkt mit einer Verstärkerfolie auf den Radioaktivfilm in einer Radioaktivkassette aufgelegt. Ergebnisse: Zunächst war es notwendig, die Bindung der beiden Partner biochemisch zu kartieren. Dies geschah mittels der GST-Pulldown-Analyse, in der Fragmente der Proteine exprimiert, miteinander inkubiert und schließlich kopräzipitiert wurden. Es stellte sich heraus, dass p53 mit seinem C-Terminus an Np9 bindet. Np9 hingegen band mit seinen Aminosäureresten (aa) 1-64 (ohne den C-terminus mit den aa 65-74) an p53. Das Np9-Fragment 36-74 zeigte nur eine schwache Bindung an p53. Interessanterweise band das Np9-Fragment 36-64 stärker an p53 als Volllängen-Np9 (1-74), was auf eine die Interaktion hemmende Domäne im C-Terminus von Np9 hinweisen könnte. Um zu untersuchen, ob die Bindung von Np9 an den C-Terminus von p53 die p53-DNA-Interaktion beeinflusst, wurden Electrophoretic Mobility Shift Assays (EMSAs) durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass Np9-zumindest in vitro-durch Bindung an die regulatorische Domäne von p53 und in Anwesenheit des p53-aktivierenden Antikörpers PAb421 in der Lage war, die spezifische Bindungsfähigkeit von p53 an DNA zu erhöhen und somit seine Funktion als Transkriptionsfaktor zu unterstützen. Schlussfolgerungen: Die Resultate weisen also erstmals darauf hin, dass das nukleäre HERV-K Protein Np9 spezifisch in Hominiden eine p53-abhängige Tumorsuppressoreigenschaft aufweisen könnte. Weitere Untersuchungen-insbesondere in vivo-sind nun notwendig. Dies könnte auch als Forschungsgrundlage zu endogenen Retrovirusproteinen beim Pferd dienen.:1 Einleitung und Zielsetzung der Arbeit 1 2 Literaturübersicht 2 2.1 Der Tumorsuppressor p53 2 2.2 Das Kernprotein Np9 7 2.2.1 Retroviren 7 2.2.2 Endogene Retroviren 8 2.2.3 Humane endogene Retroviren 8 2.2.4 HERV-K 10 2.2.5 Das nukleäre Protein Np9 10 3 Material und Methoden 15 3.1 Material 15 3.1.1 Chemikalien 15 3.1.2 Puffer und Lösungen 17 3.1.3 Antikörper 21 3.1.4 Enzyme 22 3.1.5 Reaktionskits 22 3.1.6 Bakterienstämme 23 3.1.7 Kulturmedien 23 3.1.8 Oligonukleotide für EMSA 23 3.1.9 Größenstandards 24 3.1.10 Plasmide 26 3.2 Methoden 28 3.2.1 Nukleinsäuretechniken 28 3.2.2 Protein-Methoden 31 3.2.3 Prokaryonten 40 4 Ergebnisse 42 4.1 Interaktion zwischen Np9 und dem Tumorsuppressorprotein p53 42 4.2 GST-Pulldown 43 4.2.1 Klonierung für die GST-Pulldown-Analysen 43 4.2.2 Induktion der Proteinexpression 48 4.2.3 GST-Pulldown-Experimente 53 4.3 EMSA (Electrophoretic Mobility Shift Assay) 57 4.3.1 Radioaktive Markierung der Sonden 58 4.3.2 EMSA-Experimente 58 5 Diskussion 63 6 Zusammenfassung 68 7 Summary 70 8 Literaturverzeichnis 72 Danksagung 86 Abbildungsverzeichnis 87 Tabellenverzeichnis 88 / Introduction: The transcription factor p53, extensively investigated for over 30 years, apparently has functions which exceeds his known and well examined activity as a tumor suppressor. It seems to be involved in the regulation of the human life expectancy – by providing a general physical robustness - as well as of the female fecundity. Primates too are characterized by a comparatively long life expectancy and long reproductive phases, yet the possible influence of p53 is unknown. Our research group has discovered some years ago the Np9 protein of human endogenous retrovirus K (HERV K), which is found in several copies only with humans, chimpanzees and gorillas. Other investigations by our group suggested that Np9 might be able to interact with the tumor suppressor p53. Objective of the investigations: To study whether the function of p53 can be modulated by the interaction with Np9. Such a modulation of the multifunctional transcription factor would of course be limited to hominids. In the present work some aspects of the interaction between p53 and Np9 were analysed. Materials and methods: For the mapping of the interaction of p53 and Np9, GST pulldown assays were carried out. The GST protein plasmids were transformed in E. coli BL21 and expressed after IPTG induction. They served as bait proteins and bound to GST sepharose beads because of their Glutathione S-transferase-tags. The putative interaction partner as a prey protein was translated in vitro and radioactively marked with 35S. After being incubated with the GST-proteins bound to the beads, the samples were transferred on a SDS gel and separated. The gel was transferred to a membrane and the blot was exposed to an X-ray film. Thus, the radioactively labelled prey protein forms bands that identify the protein-protein interaction. Finally the blot was incubated with GST antibody, then on the following day with anti-mouse antibody. Using ECL-substrate it was now possible to demonstrate that the GST-tagged proteins bound to the sepharose beads. For the Electrophoretic Mobility Shift Assay different samples were prepared and, after an incubation time, the oligonucleotide radioactively marked with 32P was added. After additional incubation it was transferred on non-denaturating EMSA gel and separated by electrophoresis. Thus the protein oligonucleotide conjugates were separated according to charge, size and conformation. The gels were dried in the gel dryer, transferred to a membrane and placed against an X-ray film in a cassette. Results: Initially a biochemical mapping of the binding of the two partners had to be carried out. This was done by means of the GST pulldown assay, in which fragments of the proteins were extruded, incubated together and finally co-precipitated. It turned out that the C-terminus of p53 bound to Np9. However, Np9 bound to p53 with his amino acid residues (aa) 1-64 (lacking the C-terminal aa 65-74). The Np9 fragment 36-74 showed only a weak binding to p53. Interestingly the Np9 fragment 36-64 was binding stronger to p53 than a full length Np9 (1-74), which could point to a C-terminal domain in Np 9 inhibiting the interaction. In order to examine whether the binding of Np9 to the C-terminal of p53 affects the interaction of p53 with DNA, Electrophoretic Mobility Shift Assays (EMSAs) were carried out. It could be shown that Np9 was able to raise the specific binding ability of p53 with DNA and to support therefore its function as a transcription factor, by binding to the regulatory domain of p53 in presence of the activating p53 antibody PAB421. Conclusions: The results show for the first time that, specifically in hominids, the nuclear HERV-K protein Np9 could have a tumor suppressing quality that is dependent on p53. Further investigations, in particular in vivo, are necessary. This could be the starting point for research on equine endogenous retrovirusproteins in horses.:1 Einleitung und Zielsetzung der Arbeit 1 2 Literaturübersicht 2 2.1 Der Tumorsuppressor p53 2 2.2 Das Kernprotein Np9 7 2.2.1 Retroviren 7 2.2.2 Endogene Retroviren 8 2.2.3 Humane endogene Retroviren 8 2.2.4 HERV-K 10 2.2.5 Das nukleäre Protein Np9 10 3 Material und Methoden 15 3.1 Material 15 3.1.1 Chemikalien 15 3.1.2 Puffer und Lösungen 17 3.1.3 Antikörper 21 3.1.4 Enzyme 22 3.1.5 Reaktionskits 22 3.1.6 Bakterienstämme 23 3.1.7 Kulturmedien 23 3.1.8 Oligonukleotide für EMSA 23 3.1.9 Größenstandards 24 3.1.10 Plasmide 26 3.2 Methoden 28 3.2.1 Nukleinsäuretechniken 28 3.2.2 Protein-Methoden 31 3.2.3 Prokaryonten 40 4 Ergebnisse 42 4.1 Interaktion zwischen Np9 und dem Tumorsuppressorprotein p53 42 4.2 GST-Pulldown 43 4.2.1 Klonierung für die GST-Pulldown-Analysen 43 4.2.2 Induktion der Proteinexpression 48 4.2.3 GST-Pulldown-Experimente 53 4.3 EMSA (Electrophoretic Mobility Shift Assay) 57 4.3.1 Radioaktive Markierung der Sonden 58 4.3.2 EMSA-Experimente 58 5 Diskussion 63 6 Zusammenfassung 68 7 Summary 70 8 Literaturverzeichnis 72 Danksagung 86 Abbildungsverzeichnis 87 Tabellenverzeichnis 88

Einleitung: Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus) sind im Laufe der letzten Jahre vermehrt in den Fokus der Verhaltens-, Alters- und Stoffwechselforschung gerückt. Blutdruckmessungen könnten für die Gesundheitsüberwachung dieser Tiere einen wertvollen Beitrag leisten. Bisher erhobene Daten zeigen jedoch unterschiedliche oder unvollständige Messmethoden und vernachlässigen wichtige physiologische Faktoren wie Alter, Gewicht und Geschlecht der Tiere. Dies erschwert die Reproduzierbarkeit der Werte sowie deren Vergleich untereinander. Ziele der Untersuchungen: Ziel dieser Arbeit war es daher, ein praxistaugliches Protokoll für Blutdruckmessungen beim Weißbüschelaffen zu erstellen. Darauf aufbauend sollten die Tiere der Primatenkolonie des Veterinär-Physiologisch-Chemischen Institutes Leipzig über mehrere Monate untersucht werden, um physiologische Blutdruckwerte unter standardisierten Bedingungen zu erhalten. Tiere, Material und Methoden: Für ein Messprotokoll wurde in einem Vorversuch bei 10 Tieren der Einfluss der Messlokalisation (Gliedmaße oder Schwanz) und bei 6 Tieren der Einfluss der Tageszeit per High-Definition Oszillometrie (HDO)- Blutdruckmessungen (über drei Tage) untersucht. Mit diesen Erkenntnissen wurden dann alle Tiere der Kolonie (n= 56, 25 männlich, 31 weiblich; Altersspanne: 14 - 209 Monate, Gewichte 313 – 499 g) überprüft (Gesamtdauer 30 Monate). Alters- und gewichtsabhängige Blutdruckveränderungen sowie der Unterschied zwischen den Geschlechtern wurde zusätzlich untersucht (Korrelations- und Regressionsanalysen, t-Tests). Bei vier Tieren wurden Blutdruckabweichungen festgestellt, deren weiterführende Analyse in Form von Blut-, Urin- oder Ultraschalluntersuchungen erfolgte. Ergebnisse: Das etablierte Messprotokoll unterschied sich zu denen bei anderen Tierarten, v.a. im Hinblick auf die Messlokalisation (Messungen an den Hintergliedmaßen lieferten präzisere Ergebnisse als am Schwanz). Während 3 - 7 Messungen bei Weißbüschelaffen möglich sind, hatte die Tageszeit keinen Einfluss auf die Werte. Darauf aufbauend konnten Grenzen für physiologische und pathologische Blutdruckwerte beim Weißbüschelaffen festgelegt werden. Sowohl Alter als auch Gewicht beeinflussten die Blutdruckwerte. Das Blutdruckmuster zeigte dabei einen Anstieg der Werte sowohl mit steigendem Alter als auch mit höherem Gewicht an. Das Geschlecht hatte keinen Einfluss auf die Blutdruckwerte, beeinflusste aber ebenso wie das Alter die Messdauer. Messungen an weiblichen und/ oder älteren Tieren konnten schneller durchgeführt werden als bei männlichen und/ oder jungen Individuen. Durch die Früherkennung von Blutdruckabweichungen konnten bei den beschriebenen Patienten die zugrundeliegenden Krankheiten näher untersucht und behandelt werden. Dabei zeigten zwei der vier Tiere progressiv verlaufende Nierenerkrankungen bei gleichzeitigem Vorliegen von Begleiterscheinungen wie Anämie oder Demineralisierung der Knochen. Eine Patientin wies Stoffwechselentgleisungen in Form von erhöhten Triglycerid- und Insulinwerten sowie Übergewicht auf. Bei der vierten Patientin wurden Herzveränderungen in Form einer Endokardiose und Hypertrophie festgestellt. Schlussfolgerungen: Im Rahmen dieser Arbeit wurden sowohl ein Messprotokoll für die nicht-invasive Blutdruckmessung beim Weißbüschelaffen als auch physiologische Blutdruckwerte unter Berücksichtigung von Alter, Gewicht und Geschlecht etabliert. Die Tatsache, dass weibliche und alte Tiere besser zu messen waren, könnte zukünftige Studien in puncto Blutdruckauswertung und -beurteilung erleichtern. Der Nachweis der den veränderten Blutdruckwerten zugrundeliegenden Krankheiten bestätigt die klinische Relevanz von Blutdruckmessungen. Die regelmäßige Akquirierung dieser Daten dient so nicht nur der generellen Gesundheitsüberwachung, sondern bietet sich besonders auch über lange Zeiträume zur Verlaufskontrolle an. / Introduction: The common marmoset (Callithrix jacchus) recently moved into focus for behavioral, age and metabolic studies. Blood pressure measurements could be a positive contribution to the health maintenance of these animals. However, the data that has been gathered so far show differing measurement techniques and give little or no information about the protocols applied. In addition, important factors such as age, weight and sex, have not yet been taken into account. This complicates reproducibility and comparison of values. Aim: Aim of this study was therefore to establish a standard protocol for blood pressure measurements in the common marmoset. Based on this, animals from the primate colony of the Institute of Veterinary Physiological Chemistry Leipzig were to be monitored over several months and their data analyzed to gather physiological measurement values under standardized conditions. Animals, materials and methods: For a measurement protocol the influence of measurement localization (thigh or tail) was reviewed in ten animals using blood pressure measurements via High-Definition Oszillometry (HDO). Following this, the influence of daytime was evaluated in six animals over the course of three days. With this knowledge, all animals of the colony (n= 56, 25 males, 31 females; age range: 14 - 209 months, body weight 313 – 499 g) were assessed. Age- and weight-dependent blood pressure changes as well as differences between the sexes were examined (correlation and regression analyses, t-tests). In four animals with conspicuous blood pressure values analyses of blood and urine as well as ultrasonographic examinations were further performed. Results: The established measurement protocol differed from those used in other animal species in terms of measurement localization (thigh measurements resulted in more precise values than measurements at the tail). While 3-7 single measurements were possible in the common marmoset, day time did not influence values. Based on this, threshold values for physiological and pathological blood pressure data could be determined. Age and weight both influenced blood pressure in common marmosets. The blood pressure pattern showed rising values with both increasing age and weight. Sex had no influence on blood pressure values, but affected together with age measurement time. Measurements in old and/ or female individuals could be performed faster than in male and/ or young individuals. Due to the early detection of blood pressure abnormalities, the causative diseases could be analyzed and treated in the described patients. Two of the four patients showed progressing renal diseases simultaneously with co-morbidities like anemia or bone demineralization. One patient displayed metabolic disease in terms of increased triglyceride and insulin values as well as excess weight. The fourth patient was identified as having heart changes in the form of endocardiosis and cardiac hypertrophy. Conclusion: This work outlines the establishment of a measurement protocol for non-invasive blood pressure measurement in the common marmoset as well as physiological values considering age, weight and sex. The fact that female and old animals were easier to measure could facilitate blood pressure evaluation and interpretation in future studies. The identification of the diseases, responsible for the altered blood pressure values confirmed the clinical relevance of blood pressure assessment. The regular acquisition of such data is therefore not only useful in the health monitoring of all individuals, but especially supports follow-up examinations over longer periods of time.

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Subklinische entzündliche Veränderungen des Endometriums können nur durch die histopathologische Untersuchung eines Bioptates diagnostiziert werden und sind von besonderer Bedeutung bei Fertilitätsstörungen. Die nicht-eitrige (NE) Endometritis ist gekennzeichnet durch eine Infiltration des Endometriums mit Lymphozyten, Plasmazellen und/oder Makrophagen. Die genaue Pathogenese ist unklar. Die immunhistologische Phänotypisierung dieser Zell-(sub-)populationen kann möglicherweise pathogenetische Hinweise geben. Der immunhistologische Nachweis equiner Immunzellen ist jedoch fast ausschließlich an Gefrierschnitten etabliert. Dies ist für die Routinediagnostik ungeeignet. Demzufolge ergaben sich die folgenden Ziele: 1. Eine alternative Methode zur Gewebsfixierung zu etablieren, die in der Routinediagnostik praktikabel einsetzbar ist, die einen guten Strukturerhalt, eine geeignete Anfärbbarkeit und ideale Auswertbarkeit gewährleistet sowie umfangreiche immunhistochemische Untersuchungen ermöglicht; 2. Die immunhistochemische Phänotypisierung von Lymphozyten- und Makrophagen-(sub-)populationen an fixierten equinen Gewebeproben zu entwickeln; 3. Eine semiquantitative Bestimmung der endometrialen Entzündungszellen ohne und mit einer NE Endometritis durchzuführen. Tiere, Material & Methoden: Gewebeproben (Lymphknoten als Referenzgewebe und endometriales Gewebe) wurden von 5 Stuten im Rahmen der Sektion entnommen, in Formalin (F), HOPE® (H) oder IHC Zinc Fixative (Z) fixiert und zusätzlich als natives Gefriermaterial aufgearbeitet. Es erfolgte eine vergleichende Beurteilung der Gewebemorphologie, des Färbeverhaltens und der Artefakte am equinen Endometrium in HE gefärbten Gefrierschnitten bzw. im fixierten, Paraffin-eingebetteten Material (F, H und Z). Equine Lymphknoten dienten als Referenzgewebe für die immunhistochemische Etablierung der Lymphozytenmarker (anti-CD3, -CD4, -CD8) an Gefrierschnitten und am fixierten, Paraffin-eingebetteten Material (F, H und Z). F- und Z-fixiertes Referenzgewebe (Leber, Dünndarm, Darmlymphknoten) von 4 Stuten wurde für die Etablierung der Makrophagenmarker (anti-CD172a, -CD14, -CD206) verwendet. Die Immunreaktionen der Primärantikörper wurden verglichen. Als Resultat aus den vergleichenden Analysen wurde die Z-Fixierung als effektivste alternative Fixierungsmethode ausgewählt. Im abschließenden Teil der Untersuchungen wurden 28 Z-fixierte Endometriumbioptate hinsichtlich der Entzündungszellen semiquantitativ ausgewertet. 4 Stuten zeigten keine Entzündungsreaktion und dienten als Kontrolle. 24 Stuten wiesen eine oberflächliche NE Endometritis auf. Die Anzahl CD3+, CD4+, CD8+, CD20+, CD172a+, CD14+ und CD206+ Zellen sowie die Anzahl von Plasmazellen mittels Methylgrün-Pyronin-Färbung wurde an Serienschnitten in 5 zufällig ausgewählten Gesichtsfeldern (400x) jeweils für das Stratum compactum, Stratum spongiosum und das luminale sowie glanduläre Epithel erhoben. Ergebnisse: 1. Die Z-Fixierung zeigt mit der F-Fixierung vergleichbare, exzellente Eigenschaften hinsichtlich des Strukturerhalts, der Anfärbbarkeit und Auswertbarkeit. Sie übersteigt insgesamt die Eigenschaften der H-Fixierung: die Z-Fixierung erweist sich einfacher in der Anwendung und zeigt eine geringere Artefaktbildung. 2. Die immunhistochemische Charakterisierung von T- und B-Lymphozyten, Helfer-T-Lymphozyten sowie zytotoxischen T-Lymphozyten und Makrophagenpopulationen sowie der Nachweis von Plasmazellen mittels Methylgrün-Pyronin-Färbung an Z-fixierten equinen Gewebeproben ist möglich. 3. Im entzündlich veränderten Endometrium sind mehr CD3+, CD4+, CD8+, CD20+, CD172a+, CD206+ Zellen sowie Plasmazellen nachweisbar als in unveränderten Gewebeproben bezogen auf das Stratum compactum und Stratum spongiosum. Die durchschnittliche Anzahl CD3+ Zellen ist im Stratum compactum NE Endometritiden knapp 3x höher als im unveränderten Endometrium. Wenige CD20+ B-Zellen und CD172a+ Makrophagen sowie eine unterschiedliche Anzahl an Plasmazellen sind innerhalb des Stratum compactum entzündlich veränderter Endometrien nachweisbar. Es existieren große individuelle Unterschiede in der Anzahl CD4+ und CD8+ T-Zellen in Endometrien ohne sowie mit einer Entzündung. Schlussfolgerungen: Eine Integration der Z-Fixierung in die Routinediagnostik mit zusätzlichen Anwendungsmöglichkeiten ist problemlos möglich. Die immunhistochemische Entzündungszelldifferenzierung im Endometrium der Stute kann an fixierten equinen Endometriumbioptaten durchgeführt werden und bietet darüber hinaus die Möglichkeit, diese Methode an anderen equinen Organen anzuwenden. Die Ergebnisse der semiquantitiven Auswertung deuten auf das mögliche Vorliegen unterschiedlicher Formen der nicht-eitrigen Entzündung hin. Das etablierte Verfahren gibt möglicherweise nähere Hinweise auf immunologische Konstellationen, die das Auftreten einer nicht-eitrigen Endometritis begünstigen.:INHALTSVERZEICHNIS I ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS II 1 EINLEITUNG 1 2 LITERATURÜBERSICHT 2 2.1 Das Endometrium der Stute 2 2.1.1 Endometritiden 4 2.1.1.1 Eitrige Endometritis 4 2.1.1.2 Nicht-eitrige Endometritis 5 2.1.1.3 Sonderformen 6 2.1.2 Resistant und susceptible mares 8 2.1.3 Entzündungszelltypisierung im Endometrium der Stute 10 2.1.4 Diagnostische Bedeutung des Endometriumbioptates 13 2.2 Immunologie 14 2.2.1 T-Lymphozyten 14 2.2.2 B-Lymphozyten 17 2.2.3 Makrophagen 18 2.2.4 Immunhistochemische Charakterisierung von equinen Entzündungszellen 21 2.3 Fixierungsmethoden 24 2.4 Fazit aus der Literatur bezüglich der Fragestellung dieser Arbeit 26 3 PUBLIKATIONEN 28 3.1 Publikation 1 inkl. Stellungnahme zum Eigenanteil 28 3.2 Publikation 2 inkl. Stellungnahme zum Eigenanteil 39 4 DISKUSSION 53 4.1 Etablierung alternativer Methoden zur Gewebefixierung 54 4.2 Immunhistochemische Detektion von Immunzell- (sub-)populationen 59 4.3 Erkenntnisse im Hinblick auf die Pathogenese nicht-eitriger Endometritiden 60 5 ZUSAMMENFASSUNG 63 6 SUMMARY 65 7 LITERATURVERZEICHNIS 67 8 DANKSAGUNG 81 / Clinically unapparent inflammatory alterations of the equine endometrium can only be diagnosed by the histopathological examination of a biopsy and are the main cause of subfertility in mares. The non-suppurative endometritis is characterised by infiltration of the endometrium with lymphocytes, plasma cells and/or macrophages. So far, the cause and pathogenesis of non-suppurative endometritis are unclear. The subclassification of the immune cell populations involved will likely provide important information on the etiology and pathogenesis of this disease. Available antibodies are often established exclusively for immunohistochemistry on cryostat sections of native frozen equine tissue. However, this method is impractical for the routine diagnostic work-up. The aim of the present study was: 1. To reveal the method most suitable for a routine diagnostic work-up in combination with proper tissue preservation, staining results as well as histological and immunohistochemical analysis; 2. To establish an immunohistochemical method for the detection of lymphocytes and macrophages including their subpopulations in fixed equine tissue samples; 3. To characterize the immune cell populations in fixed endometria of mares without and with non-suppurative endometritis. Material & methods: Equine endometrial tissue and intestinal lymph node were obtained from five mares during post mortem examination and were either fixed in formalin, HOPE® or IHC Zinc Fixative. Aditionally snap frozen tissue samples were processed for cryostat sectioning. HE stained cryostat sections and fixed paraffin embedded tissue samples (formalin, HOPE®, IHC Zinc Fixative) of the equine endometrium were analysed regarding tissue preservation, staining results and artefacts. To establish lymphocyte markers (anti-CD3, anti-CD4 and anti-CD8) immunohistochemically on cryostat sections and fixed paraffin embedded tissue samples (formalin, HOPE®, IHC Zinc Fixative) equine lymph node was used as reference. Formalin fixed and zinc fixed tissue samples with macrophage populations (liver, small intestine, intestinal lymph node) from four mares were used for the immunohistochemical establishment of the macrophage markers (anti-CD172a, anti-CD14, anti-CD206). The immunoreactivity of the primary antibodies was compared. The results of the comparative analysis revealed the most suitable alternative fixation method (zinc fixation). Finally, 28 zinc fixed endometrial biopsies were evaluated semiquantitatively with regard to the numbers of CD3+, CD4+, CD8+, CD20+ lymphocytes, CD172+, CD14+, CD206+ macrophages as well as plasma cells. Four mares had no evidence of endometritis and represent the control group. The remaining 24 mares showed a mild superficial non-suppurative endometritis. The comparative analysis was performed in serial sections within five randomly selected high power fields (400x). Positive cells were counted separately within the luminal and glandular epithelium, the stratum compactum and the stratum spongiosum. Results: 1. The zinc fixation provides excellent staining results, tissue preservation and allows histological and immunohistochemical analysis. It has even some advantages compared to the HOPE® fixation regarding the routine diagnostic work-up. The zinc fixation produces less artefacts. 2. The zinc fixation allows the immunohistochemical detection of all applied T- and B-lymphocyte-, helper- and cytotoxic-T-cell- and macrophage-markers and the histochemical detection of plasma cells (methyl green-pyronin stain) within equine fixed tissue. 3. Endometria with non-suppurative endometritis have higher numbers of CD3+, CD4+, CD8+, CD20+, CD172a+, CD206+ as well as plasma cells within the stratum compactum and stratum spongiosum than endometria without inflammation. The average cell count of CD3+ lymphocytes within the stratum compactum was approximately 3 x higher within inflamed endometria than this value obtained from endometria without endometritis. Few CD20+ B cells and CD172+ macrophages as well as variable numbers of plasma cells could be detected within the stratum compactum of mares with non-suppurative endometritis. Endometria with and without inflammation showed marked differences in the numbers of CD4+ and CD8+ T cells. Conclusion: The zinc fixation can be easily incoorporated into the routine diagnostic work-up and offers additional application possibilities. Immunohistochemical phenotyping of immune cells in the equine endometrium can be performed on fixed endometrial biopsies of the mare. Furthermore, a widespread applicability is possible, e. g. on other equine organs. These findings suggest the existence of different forms of non-suppurative endometritis. The established method will likely assist to reveal possible etiologies and predisposing conditions for non-suppurative endometritis.:INHALTSVERZEICHNIS I ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS II 1 EINLEITUNG 1 2 LITERATURÜBERSICHT 2 2.1 Das Endometrium der Stute 2 2.1.1 Endometritiden 4 2.1.1.1 Eitrige Endometritis 4 2.1.1.2 Nicht-eitrige Endometritis 5 2.1.1.3 Sonderformen 6 2.1.2 Resistant und susceptible mares 8 2.1.3 Entzündungszelltypisierung im Endometrium der Stute 10 2.1.4 Diagnostische Bedeutung des Endometriumbioptates 13 2.2 Immunologie 14 2.2.1 T-Lymphozyten 14 2.2.2 B-Lymphozyten 17 2.2.3 Makrophagen 18 2.2.4 Immunhistochemische Charakterisierung von equinen Entzündungszellen 21 2.3 Fixierungsmethoden 24 2.4 Fazit aus der Literatur bezüglich der Fragestellung dieser Arbeit 26 3 PUBLIKATIONEN 28 3.1 Publikation 1 inkl. Stellungnahme zum Eigenanteil 28 3.2 Publikation 2 inkl. Stellungnahme zum Eigenanteil 39 4 DISKUSSION 53 4.1 Etablierung alternativer Methoden zur Gewebefixierung 54 4.2 Immunhistochemische Detektion von Immunzell- (sub-)populationen 59 4.3 Erkenntnisse im Hinblick auf die Pathogenese nicht-eitriger Endometritiden 60 5 ZUSAMMENFASSUNG 63 6 SUMMARY 65 7 LITERATURVERZEICHNIS 67 8 DANKSAGUNG 81

Einleitung: Risiken für Honigbienen stellen heutzutage schwindende natürliche Flächen und der Einsatz von Pestiziden in der Landwirtschaft dar. Flupyradifuron ist der Wirkstoff eines neuen Pflanzenschutzmittels der Bayer AG, das unter dem Namen „Sivanto“ vermarktet wird. Flupyradifuron an den nikotinischen Acetylcholin-Rezeptor im Gehirn der Honigbiene. Zielstellung: Ziel dieser Arbeit ist es, subletale Effekte von Flupyradifuron auf Verhalten und Gehirnstrukturen der Honigbiene zu untersuchen. Material und Methoden: Der Effekt einer chronischen Flupyradifuron-Applikation in unterschiedlichen Konzentrationen über zehn Tage auf die Mortalität, wurde in frisch geschlüpften Sommerbienen und langlebigen Winterbienen untersucht (N = 30 pro Behandlung, jeweils vier Replikate). Die statistische Auswertung erfolgte mit der Kaplan-Meier-Methode mit log-Rank Test. Nachdem Flupyradifuron einmalig an Honigbienen (N = 46, 47, 48 bzw. 55 pro Behandlung bei Nektar-sammelnden; N = 54, 68, 56 bzw. 62 pro Behandlung bei Pollen-sammelnden Bienen) verfüttert wurde, wurde deren Geschmackswahrnehmung getestet Im Folgenden wurden die Bienen mittels klassischer olfaktorischer Konditionierung auf einen Duft konditioniert. Das Gedächtnis wurde am nächsten Tag getestet. Zur statistischen Auswertung wurde die logistische Regression mit Post-Hoc Least Significant Difference Test angewendet. Es wurde eine Videoanalyse durchgeführt, um den Einfluss von Flupyradifuron auf die motorischen Fähigkeiten von Sommer- und Winterbienen zu untersuchen. Dazu wurde Flupyradifuron einmalig (N = 19 pro Behandlung im Sommer; N = 17 bzw. 16 pro Behandlung im Winter) oder über 24 h (N = 15 pro Behandlung im Sommer; N = 18 pro Behandlung im Winter) verabreicht. Zum Vergleich wurde das Experiment mit dem Neonikotinoid Imidacloprid bei Winterbienen wiederholt (N = 17 bzw. 16 pro Behandlung bei einmaliger Gabe; N = 16 pro Behandlung bei 24 h Gabe). Die statistische Auswertung erfolgte mittels einer nicht-parametrischen Varianzanalyse (Kruskal-Wallis H Test) und dem Pearson Chi-Quadrat Test. Um die Effekte von Flupyradifuron auf das Sammelverhalten der Bienen zu untersuchen, wurde die RFID („radio frequency identification“) Technik angewandt. Frisch geschlüpfte Arbeiterinnen (N = 100) wurden in einem separaten Käfig im Bienenstock gehalten und mit Flupyradifuron behandelt. Nach sieben Tagen wurden die Bienen in die Kolonie entlassen und ihr Flugverhalten für 40 Tage verfolgt. Das Experiment wurde zweimal durchgeführt. Die Kaplan-Meier Methode mit log-Rank Test wurde angewandt um Sammelbeginn und -ende zwischen den Behandlungen zu vergleichen. Anzahl und Dauer der Sammelflüge zwischen den Behandlungsgruppen wurden mit dem Mann-Whitney-U-Test verglichen. Um den Einfluss von Flupyradifuron auf Gehirnstrukturen zu untersuchen, wurden die Bienen über zehn Tage oral mit Flupyradifuron behandelt. Gehirne (N =10 pro Behandlung) wurden präpariert, Schnitte von 5 µm wurden hergestellt und mit Hämatoxylin/Eosin (H/E) gefärbt. Bei allen Versuchen wurde ein Signifikanzniveau von P < 0,05 festgelegt. Ergebnisse: In einer mittleren Konzentration von 1,0 µg pro Biene pro Tag war die Mortalität von Sommer- und Winterbienen in drei bzw. zwei von vier Replikaten signifikant erhöht. Eine zehnfach höhere Konzentration führte zu 100 % Mortalität, eine zehnfach niedrigere Konzentration war subletal. Flupyradifuron reduzierte die Geschmackswahrnehmung und das appetitive Lernen. Dabei hatte nur die höchste verwendete Konzentration (8,3 *10 4 mol/l) einen signifikanten Einfluss, zwei zehnfach niedrigere Konzentrationen hatten keinen Effekt. Eine einmalige Flupyradifuron-Gabe störte das normale motorische Verhalten von Bienen und führte zu motorischen Ausfallerscheinungen. Dies war bei Winterbienen stärker ausgeprägt als bei Sommerbienen und wurde durch eine hohe Dosis (8.3 *10 4 mol/l) hervorgerufen. Nach einer chronischen Gabe über 24 h waren die Veränderungen weniger stark ausgeprägt. Imidacloprid führte nicht zu motorischen Ausfallerscheinungen. Insektizid-behandelte Bienen zeigten signifikant früheres Sammelverhalten. Dies galt für beide Replikate. Im zweiten Replikat zeigten die behandelten Bienen zudem mehr Sammelflüge und diese dauerten länger. Die Analyse von Gehirnstrukturen nach der Behandlung mit Flupyradifuron mit Hilfe von Lichtmikroskopier brachte keine Veränderungen zu Tage. Schlussfolgerungen: In hohen Konzentrationen beeinflusst das neue Insektizid Flupyradifuron Kognition und Motorik der Honigbiene in ähnlicher Weise wie die teilweise verbotenen Neonikotinoide. In niedrigeren Konzentrationen sind die Effekte weniger stark ausgeprägt. Zukünftige Studien sollten mögliche synergistische Effekte von Flupyradifuron in Kombination mit Pflanzenschutzmitteln, wie Fungiziden, aber auch in Kombination mit Parasiten und anderen Krankheitserregern untersuchen. / Introduction: Changing landscapes and pesticides resulting from intensified agriculture are two of the main threats for honeybees. Flupyradifurone is the active ingredient of a new pesticide released by Bayer AG under the name of “Sivanto”. It binds to the nicotinic acetylcholine receptor (nAchR) in the honeybee brain, similar to neonicotinoids. Aim: The aim of this study is to investigate effects of flupyradifurone on honeybee behavior und brain structure. Material and methods: The effect of a chronic application of flupyradifurone in different concentrations on mortality was studied in newly emerged summer bees and long lived winter bees (N = 30 per treatment, four replicates) over a period of ten days. Survival was analyzed using Kaplan-Meier –Method with log-rank Test. After feeding foraging honeybees (N = 46, 47, 48 respectively 55 per treatment in nectar foragers; N = 54, 68, 56 respectively 62 per treatment in pollen foragers) a single dose of flupyradifurone, gustatory responsiveness was quantified. Afterwards the bees were trained to an odor using classical olfactory conditioning. Memory was tested the next day. Statistical analysis was conducted using Logistic Regression. For post-hoc multiple comparisons we used the Least Significant Difference Test. Video analysis was conducted to test the effects of flupyradifurone on honeybee motor abilities in young summer bees and long lived winter bees. Flupyradifurone was administered once (N = 19 per treatment in summer; N = 17 respectively 16 per treatment in winter) or over the period of 24 h (N = 15 per treatment in summer; N = 18 per treatment in winter). For comparisons this experiment was repeated with the neonicotinoid imidacloprid (N = 17 respectively 16 per treatment for single administration; N = 16 per treatment for 24 h application). Non-parametric analysis of variance (Kruskal-Wallis H Test) and Pearson Chi-Square Test were applied to determine the effect of the insecticides on motor behavior between the different treatment groups. To test effects of flupyradifurone on honeybee foraging, RFID (radio frequency identification) technology was applied. Newly emerged worker bees (N = 100) were taken in a separated cage on top of the bee hive and treated with flupyradifurone. After one week the bees were released into the colony and their flight behavior was tracked for 40 days. The experiment was repeated twice. Kaplan-Meier-Method with log-rank Test was applied for comparing onset and end of foraging between the two treatment groups. Trips per active day and duration per trip between the different treatment groups were compared using Mann-Whitney U-Tests. Effects of flupyradifurone on honeybee brain structure were analyzed. Bees were treated with flupyradifurone for ten days. Brains (N = 10) were dissected and 5 µm sections were produced and stained with hematoxylin and eosin (H/E). For all experiments a significance level p < 0.05 was determined. Results: The mortality experiment revealed comparable results in newly emerged summer bees and long lived winter bees. The mortality of an intermediate concentration of approximately 1.0 µg flupyradifurone per bee per day was in three respectively two out of four replicates significantly increased. A tenfold higher concentration led to 100 % mortality, whereas a tenfold lower concentration was sublethal. Flupyradifurone reduced taste and appetitive learning performance in honeybees foraging for pollen and nectar. Only the highest concentration (8.3 *10 4 mol/l) had significant effects, whereas two tenfold lower concentrations had no effects. Flupyradifurone disturbed normal motor behavior and evoked motor disabilities after a single administration. The observed effects were stronger in long lived winter bees than in young summer bees. However, only a high dose (8.3 *10 4 mol/l) had these strong effects. After a continuous administration over 24 h the observed effects were less severe. Imidacloprid did not lead to motor disabilities. Pesticide-treated bees initiated foraging significantly earlier than control bees. This was true for both replicates. In the second replicate flupyradifurone treated bees furthermore showed more and longer foraging trips. Analyzing honeybee brains using light microscopy, no altered brain structures were observed after treating honeybees with flupyradifurone. Conclusion: High concentrations of flupyradifurone influence honeybee cognition and motor abilities in a similar way as the partly banned neonicotinoids. In lower concentrations, the observed effects are less severe. Future studies should examine possible synergistic effects of flupyradifurone between in combination with other pesticides, such as fungicides, but also in combination with parasites and other stressors, such as diseases.

Introduction Hepatitis E is a worldwide distributed disease, which is caused by the hepatitis E virus (HEV). In addition to humans, domestic pigs, wild boars, rabbits and dromedaries can be subclinically infected as reservoir animals with the zoonotic HEV genotypes 3, 4 and 7. In addition, HEV and HEV-like viruses have been described sporadically in other mammals, as well as in birds and fish, although their distinct role as reservoirs or carriers of the virus is still unclear. Aims The aim of the study was therefore to analyse in more detail the importance of different mammalian species, which do not belong to the known HEV reservoirs, for the epidemiology of HEV infections, thus enabling a better assessment of the risk of virus transmission by these animal species. Material and Methods Fourteen non-human primate species and 66 other mammal species, as well as Norway rats (Rattus norvegicus) and feeder rats (Rattus norvegicus forma domestica) from German zoos were selected for the investigations. In total 259 individual non-human primate sera and 244 individual mammalian sera of clinically healthy zoo animals were analysed for the presence of HEV-specific antibodies (ab) using a species-independent double-antigen sandwich ELISA. The non-human primate sera were additionally examined using a commercial human ELISA. Real-time reverse-transcription (RT)-PCR, nested broad-spectrum RT-PCR and a rat HEV-specific RT-PCR were used to detect the HEV genome in sera of mammals and rat liver samples. A commercial and an in-house method were used for the DNA sequencing. Results HEV-specific ab were detected in 3.9% (10/259) of the non-human primate sera (4 species) and 11.5% (28/244) of the mammalian sera (16 species). The highest detection rates were recorded with 33.3% (9/27) in porcines and with 27.0% (10/37) in carnivores. HEV-RNA was detected in a clinically healthy female Syrian brown bear (Ursus arctos syriacus) and in 8 of the investigated Norway rats. Sequence analysis identified the virus as rat HEV; the viruses from the bear and the free-ranging rats from the same zoo showed a high nucleotide sequence identity (94.6%–97.8%). Because of the small number of samples due to the small populations within the individual zoos, further statistical evaluations were not carried out. Conclusions The results show that non-human primates in zoos may be infected with HEV or HEV-like viruses; however, the low ab detection rates together with the negative genome detection argue against a high risk of virus transmission to humans. The study in other zoo-housed mammalian species was able to significantly increase the number of animal species with indications of HEV infections. In most animal species, only rare evidence and low detection rates were available, which can best be explained by “spillover-infections”. In addition to the expected high detection rate in porcine species, the high percentage of HEV antibody-positive carnivores is remarkable. Their role as possible HEV reservoir animals should therefore be clarified in further investigations. The detection of rat HEV in the serum of the bear and its high nucleotide sequence identity with the HEVs of the pest rodents provides first evidence of transmission of this virus species between rodents and carnivores.:List of content List of figures List of tables List of abbreviations 1 General introduction 1.1 Discovery of HEV 1.2 Taxonomy 1.3 Morphology 1.4 Genomic organisation 1.5 Viral replication 1.6 Hepatitis E in humans 1.7 Tools for HEV diagnosis 1.8 Therapy 1.9 Animal infections with HEV and HEV-like viruses 1.10 Experimental infections of animals 1.11 Geographical distribution 1.12 Transmission pathways 1.13 Epidemiology 1.14 Prevention 2 Aims of the study 3 Publications 3.1 Publication I 3.1.1 Summary of Publication I 3.1.2 Key messages of Publication I 3.1.3 Own contribution to Publication I 3.2 Publication II 3.2.1 Summary of Publication II 3.2.2 Key messages of Publication II 3.2.3 Own contribution to Publication II 3.3 Publication III 3.3.1 Summary of Publication III 3.3.2 Key messages of Publication III 3.3.3 Own contribution to Publication III 4 General discussion 4.1 HEV infections in various animal species 4.2 Prevalence of natural HEV infections in non-human primates 4.3 Prevalence of natural HEV infections in other zoo-housed mammals 4.4 Transmission pathways of HEV in a zoo-setting 4.5 Risk of virus transmission from zoo animals to humans 5 Conclusion and perspectives 6 Summary 7 Zusammenfassung 8 References List of animals investigated in the study List of publications Acknowledgements / Einleitung Hepatitis E ist eine durch das Hepatitis E-Virus (HEV) verursachte, weltweit verbreitete Erkrankung. Neben dem Menschen können Hausschwein, Wildschwein, Kaninchen und Dromedar als Reservoirtiere subklinisch mit den zoonotischen HEV-Genotypen 3, 4 und 7 infiziert werden. Darüber hinaus wurden HEV und HEV-ähnliche Viren vereinzelt bei weiteren Säugetieren, sowie Vögeln und Fischen beschrieben, wobei deren genaue Rolle als Reservoir oder Überträger des Virus bislang unklar ist. Ziele Ziel der Arbeit war es deshalb, die Bedeutung verschiedener Säugetierarten, die nicht zu den bekannten HEV-Reservoiren gehören, für die Epidemiologie der HEV-Infektionen besser zu erfassen und dadurch das Risiko einer Virusübertragung durch diese Tierarten besser abzuschätzen. Material und Methoden Vierzehn Affenarten und 66 weitere Säugetierarten, sowie Wanderratten (Rattus norvegicus) und Futterratten (Rattus norvegicus forma domestica) aus deutschen Zoos wurden für die Untersuchungen ausgewählt. Insgesamt wurden 259 individuelle Affenseren und 244 individuelle Säugerseren klinisch gesunder Zootiere mittels eines Spezies-unabhängigen Doppel-Antigen-Sandwich-ELISAs auf das Vorhandensein von HEV-spezifischen Antikörpern (AK) untersucht. Die Affenseren wurden zusätzlich mittels eines kommerziellen humanen ELISAs untersucht. Real-time reverse-transcription (RT)-PCR, nested broad-spectrum RT-PCR sowie eine Ratten-HEV-spezifische RT-PCR wurden für den HEV-Genomnachweis in Seren der Säuger und in Ratten-Lebern verwendet. Für die DNA-Sequenzierungen wurden eine kommerzielle und eine In-house-Methode verwendet. Ergebnisse In 3,9% (10/259) der Affenseren (4 Arten) und 11,5% (28/244) der Säugerseren (16 Arten) wurden HEV-spezifische AK nachgewiesen. Die höchsten Nachweisraten wurden mit 33,3% (9/27) in Schweineartigen und 27,0% (10/37) in Fleischfressern ermittelt. HEV-RNA wurde in einer klinisch gesunden Syrischen Braunbärin (Ursus arctos syriacus), sowie in 8 der untersuchten Wanderratten nachgewiesen. Die Sequenzanalyse identifizierte das Virus als Ratten-HEV; die Viren aus der Bärin und aus den wildlebenden Ratten desselben Zoos zeigten eine hohe Nukleotidsequenz-Identität (94,6%–97,8%). Weitergehende statistische Auswertungen wurden wegen der geringen Probenzahlen aufgrund der kleinen Populationen innerhalb der einzelnen Zoos nicht durchgeführt. Schlussfolgerungen Die Ergebnisse zeigen, dass Affen in Zoos mit HEV oder HEV-ähnlichen Viren infiziert sein können, jedoch sprechen die geringen AK-Nachweisraten zusammen mit den negativen Genomnachweisen gegen ein hohes Übertragungsrisiko auf den Menschen. Die Studie an anderen Säugetierarten in Zoos konnte die Zahl der Tierarten mit Hinweisen auf HEV-Infektionen deutlich erhöhen. Bei den meisten Tierarten lagen nur seltene Nachweise und niedrige Detektionsraten vor, die am besten durch „Spillover-Infektionen“ erklärt werden können. Neben der erwarteten hohen Nachweisrate bei Schweineartigen ist der hohe Prozentsatz an HEV AK-positiven Fleischfressern bemerkenswert, weshalb deren Rolle als mögliche HEV-Reservoirtiere in weiteren Untersuchungen geklärt werden sollte. Der Ratten-HEV-Nachweis im Serum der Bärin, sowie dessen hohe Nukleotidsequenz-Identität zu den HEVs der Schadnager geben erstmals Hinweise auf eine Übertragung dieser Virusart zwischen Nagern und Fleischfressern.:List of content List of figures List of tables List of abbreviations 1 General introduction 1.1 Discovery of HEV 1.2 Taxonomy 1.3 Morphology 1.4 Genomic organisation 1.5 Viral replication 1.6 Hepatitis E in humans 1.7 Tools for HEV diagnosis 1.8 Therapy 1.9 Animal infections with HEV and HEV-like viruses 1.10 Experimental infections of animals 1.11 Geographical distribution 1.12 Transmission pathways 1.13 Epidemiology 1.14 Prevention 2 Aims of the study 3 Publications 3.1 Publication I 3.1.1 Summary of Publication I 3.1.2 Key messages of Publication I 3.1.3 Own contribution to Publication I 3.2 Publication II 3.2.1 Summary of Publication II 3.2.2 Key messages of Publication II 3.2.3 Own contribution to Publication II 3.3 Publication III 3.3.1 Summary of Publication III 3.3.2 Key messages of Publication III 3.3.3 Own contribution to Publication III 4 General discussion 4.1 HEV infections in various animal species 4.2 Prevalence of natural HEV infections in non-human primates 4.3 Prevalence of natural HEV infections in other zoo-housed mammals 4.4 Transmission pathways of HEV in a zoo-setting 4.5 Risk of virus transmission from zoo animals to humans 5 Conclusion and perspectives 6 Summary 7 Zusammenfassung 8 References List of animals investigated in the study List of publications Acknowledgements