Das menschliche olfaktorische Epithel ist dank Stamm- und Vorläuferzellen innerhalb der Basalzellpopulation, die mit einer erhöhten Mitoserate und Regeneration von Epithelzellkomponenten auf Verletzungen oder neuronalen Verlust reagieren, zu lebenslanger Regeneration befähigt. Nichtsdestotrotz ist eine Beeinträchtigung des Geruchssinns im Alter und bei Demenzerkrankungen häufig. Etwa 80 % der über 80-jährigen und etwa 85 % der Patienten mit Alzheimer-Demenz im Frühstadium weisen eine Geruchsstörung auf. Diese ist mit einer Reduktion der allgemeinen Lebensqualität sowie gesteigerter Mortalität und psychischen Erkrankungen wie Depression und Angststörungen assoziiert. Veränderungen des histologischen Aufbaus der zugrunde liegenden anatomischen Strukturen sind anzunehmen und vorrangig für das olfaktorische Epithel (OE) weniger den olfaktorischen Bulbus (OB) beschrieben. Das Wissen über den Aufbau des menschlichen Geruchssystems und seine Veränderungen im Alter beruht jedoch auf Ergebnissen weniger deskriptiver Studien menschlicher Gewebeproben und überwiegend auf Erkenntnissen aus dem Modelltier Maus. Wenngleich murine Studien maßgeblich zu einem besseren Verständnis des Geruchssystems beigetragen haben, weist die Maus als Modelltier deutliche strukturelle Unterschiede zum Menschen auf. Detaillierte quantitative Analysen des menschlichen Geruchssystems fehlen weitestgehend. Das Ziel dieser Arbeit war es, das menschliche Geruchssystem durch eine umfangreiche qualitative und quantitative Analyse menschlicher Autopsiepräparate des olfaktorischen Epithels (OE) und olfaktorischen Bulbus (OB) zu charakterisieren und histopathologische Veränderungen über die Lebensspanne und bei Demenzerkrankungen zu beschreiben.

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Das Oberflächenepithel (OSE) des Ovars besteht aus einer Schicht flacher oder kubischen Zellen, die am Hilus in das flache Peritonealepithel übergehen. Das OSE zeigt zyklusabhängige Veränderungen. OSE-Zellen sollen am Prozess der Ovulation aktiv teilnehmen und die Läsion nach der Follikelruptur reparieren. Die mitotische Aktivität der OSE-Zellen um den Reparatur-Prozess könnte das Überleben von mutierten Zellen begünstigen und zum Ovarialkarzinom führen. Hierbei spielen Zell-Zell-Kontakte eine Schlüsselrolle bei der Integrität von Gewebe und der Metastasierung von Tumoren. Um das Verständnis über die Pathogenese des Ovarialkarzinoms zu verbessern, untersuchte die vorliegende Arbeit die Zell-Zell-Kontakte des OSE sowie dessen Abhängigkeit von Interferon-γ (IFN-γ), welches u.a. bei der adjuvanten Therapie des Ovarialkarzinoms verwendet wird. Abstriche von humanen und bovinen Ovarien dienten als Quelle zur Kultivierung von OSE-Zellen. Konfluente Kulturen wurden mit 200 U/ml rekombinantem, speziesspezifischem IFN-γ für 72 h behandelt oder als Kontrolle unbehandelt gelassen. Die Morphologie der OSE-Zellen vor und nach der Behandlung wurde dargestellt. Weiterhin wurden mittels immunzytologischer Färbungen sowie Western Blot Analyse E- und N-Cadherin, β-Catenin, Cytokeratin sowie Vimentin nachgewiesen. Permeabilitätsmessungen von Meerrettichperoxidase (HRP) in einem Ko-Kultursystem wurden mit und ohne IFN-γ durchgeführt. Die Arbeit zeigt eine neue Wirkung von IFN-γ. Es hat die besondere Eigenschaft, das OSE komplett über Cadherin-vermittelte „tight juctions“ abzudichten. Dies könnte die Wirksamkeit des Zytokins bei der adjuvanten Therapie des Ovarialkarzinoms erklären. Möglicherweise werden Interzellularkontakte verstärkt und die Frühinvasion maligner Zellen eingeschränkt. Das erstmals beschriebene Cadherinmuster an den Zell-zu-Zell-Ecken verweist auf die Interaktion der „tight junctions“ mit E-Cadherin.

Extrazelulläre Purine und Pyrimidine sind wichtige Signalmoleküle, die über membranständige Rezeptoren, so genannte purinerge Rezeptoren ihre biologischen Effekte vermitteln. In der vorliegenden Arbeit wurden ATP-induzierte Antworten in den Stützzellen des olfaktorischen Epithels mit Hilfe der Calcium-Imaging-Technik charakterisiert.Die Applikation von ATP induzierte Zunahmen der intrazellulären Kalziumkonzentration ([Ca2+]i) sowohl in Anwesenheit, als auch in Abwesenheit von extrazellulärem Kalzium. Anders bei Anwendung von CPA, einem spezifischen Hemmstoff der Ca2+-ATPase des sarkoplasmatischen bzw. endoplasmatischen Retikulums. In diesen Versuchen wurden die ATP-induzierten [Ca2+]i-Zunahmen komplett aufgehoben. Das zeigt, dass die ATP-induzierten [Ca2+]i-Zunahmen in Stützzellen größtenteils, wenn nicht vollständig, durch die Aktivierung von G-Protein gekoppelten P2Y-Rezeptoren ausgelöst werden. Die ermittelte Wirkpotenz purinerger Agonisten war UTP>ATP>ATPγS. Die ATP-induzierten [Ca2+]i-Zunahmen konnten durch die purinergen Antagonisten PPADS und RB2 reduziert werden. Die hemmende Wirkung des purinergen Antagonisten Suramin blieb aus. Zusammen weisen die oben genannten Ergebnisse dieser Arbeit darauf hin, dass extrazelluläre Nukleotide die Stützzellen des olfaktorischen Epithels über P2Y2 / P2Y4-artige Rezeptoren aktivieren. Zusätzlich zeigten die Versuche mit dem Ektonukleotidase-Hemmstoff ARL 67156, dass im olfaktorischen Epithel von larvalen Xenopus laevis eine hohe Ektonukleotidasenaktivität herrscht.

Das Oberflächenepithel (OSE) des Ovars besteht aus einer Schicht flacher oder kubischen Zellen, die am Hilus in das flache Peritonealepithel übergehen. Das OSE zeigt zyklusabhängige Veränderungen. OSE-Zellen sollen am Prozess der Ovulation aktiv teilnehmen und die Läsion nach der Follikelruptur reparieren. Die mitotische Aktivität der OSE-Zellen um den Reparatur-Prozess könnte das Überleben von mutierten Zellen begünstigen und zum Ovarialkarzinom führen. Hierbei spielen Zell-Zell-Kontakte eine Schlüsselrolle bei der Integrität von Gewebe und der Metastasierung von Tumoren. Um das Verständnis über die Pathogenese des Ovarialkarzinoms zu verbessern, untersuchte die vorliegende Arbeit die Zell-Zell-Kontakte des OSE sowie dessen Abhängigkeit von Interferon-γ (IFN-γ), welches u.a. bei der adjuvanten Therapie des Ovarialkarzinoms verwendet wird. Abstriche von humanen und bovinen Ovarien dienten als Quelle zur Kultivierung von OSE-Zellen. Konfluente Kulturen wurden mit 200 U/ml rekombinantem, speziesspezifischem IFN-γ für 72 h behandelt oder als Kontrolle unbehandelt gelassen. Die Morphologie der OSE-Zellen vor und nach der Behandlung wurde dargestellt. Weiterhin wurden mittels immunzytologischer Färbungen sowie Western Blot Analyse E- und N-Cadherin, β-Catenin, Cytokeratin sowie Vimentin nachgewiesen. Permeabilitätsmessungen von Meerrettichperoxidase (HRP) in einem Ko-Kultursystem wurden mit und ohne IFN-γ durchgeführt. Die Arbeit zeigt eine neue Wirkung von IFN-γ. Es hat die besondere Eigenschaft, das OSE komplett über Cadherin-vermittelte „tight juctions“ abzudichten. Dies könnte die Wirksamkeit des Zytokins bei der adjuvanten Therapie des Ovarialkarzinoms erklären. Möglicherweise werden Interzellularkontakte verstärkt und die Frühinvasion maligner Zellen eingeschränkt. Das erstmals beschriebene Cadherinmuster an den Zell-zu-Zell-Ecken verweist auf die Interaktion der „tight junctions“ mit E-Cadherin.

Die Durchfallerkrankung Giardiasis wird durch den Protisten Giardia duodenalis ausgelöst. Die Infektion erfolgt fäkal-oral, meist über kontaminiertes Trinkwasser. Der Parasit kolonisiert den oberen Bereich des Dünndarms und heftt sich an das Epithel, wodurch es die Krankheitsbeschwerden auslöst. Allerdings sind Details über die Mechanismen der Pathogenese unbekannt. Dazu kommt, dass der Ausgang einer Infektion fallspezifisch starken Schwankungen unterworfen ist, von selbst-limitierend bis chronisch und asymptomatischer Kolonisierung bis hin zur schweren Enteritis. Ein möglicher Pathomechanismus ist der Wegfall der Barrierefunktion des Dünndarmepithels, z.B. durch Beeinträchtigung von tight junctions oder Zelltod. In dieser Arbeit wurden Effekte von G. duodenalis auf in vitro Modellsysteme des humanen Dünndarmepithels untersucht. Dazu wurden hauptsächlich Daten über die Barrierefunktion sowohl von der weit verbreiteten Caco-2 Zelllinie, als auch über ein neu etabliertes humanes Dünndarmorganoidsystem, erhoben. Es konnte gezeigt werden, dass mehrere - mitunter in der Literatur als hochvirulent beschriebene - G. duodenalis Isolate zu keinerlei Beeinträchtigung der Barrierefunktion oder irgendeiner anderen untersuchten potenziellen Schädigung an zwei unterschiedlichen Caco-2 Zelllinien unter diversen Infektions- und Kulturbedingungen führte. Jedoch andererseits das neu entwickelte Dünndarmorganoidsystem mit pseudo-luminalem Medium TYI S 33 reproduzierbar die Zerstörung des Epithelmodells mit Zellverlust, Zelltod (apoptotisch und nicht-apoptotisch), Störung der tight junctions (Abbau und Dislokation von Claudinen und ZO-1) und den Verlust von Mikrovilli innerhalb ein bis zwei Tage nach Parasiteninfektion zeigen konnte. Zudem wurde das Auftauchen von ClCa-1-Signalen unter andauerndem Infektionsstress beobachtet, was die Differenzierung bzw. Metaplasie zu Becherzellen nahelegt, jedoch keine Wirtsreaktion auf die Gewebszerstörung zu sein scheint. / The protozoan parasite Giardia duodenalis is the etiological agent for the intestinal diarrheal disease giardiasis. Infections are acquired via the fecal-oral route, mostly via uptake of cysts from contaminated drinking water. The colonization of the hosts’ duodenum and upper jejunum and the attachment of Giardia trophozoites onto the epithelium is the cause of a variety of gastrointestinal complaints but the exact pathomechanisms are unknown. Furthermore, the outcome of Giardia infections varies greatly between individuals, ranging from self-limiting to chronic, and asymptomatic to severe enteritis. One proposed mechanism for the pathogenesis is the breakdown of intestinal barrier function, e.g. by tight junction impairment or induction of cell death. In this work, effects of G. duodenalis on in vitro models of the human small intestinal epithelium were investigated by studying mainly barrier-related properties and changes of widely used Caco-2 cells as well as newly established human small intestinal organoid-derived monolayers (ODMs). It could be shown that several isolates of G. duodenalis, some described as highly virulent, fail to induce barrier dysfunction or any other investigated pathological effect on two Caco-2 cell lines under various infection and culturing conditions. On the other side, by developing a new organoid-based model system and the use of luminal mock medium TYI-S-33, considerable epithelial disruption (including loss of cells), cell death (apoptosis and non-apoptotic), tight junction impairment (degradation and dislocation of claudins and ZO-1), and microvilli depletion reproducibly induced by G. duodenalis trophozoites between one and two days after infection could be observed. Moreover, emergence of ClCa-1 positive cells with ongoing parasite infections suggest epithelial differentiation or metaplasia towards goblet cells, which is furthermore not associated to tissue damage.