Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) bilden die größte Untergruppe der Transforming Growth Factor-β (TGF-β) Superfamilie sekretierter Wachstumsfaktoren. Sie haben Schlüsselfunktionen während der frühen Embryogenese inne und regulieren darüber hinaus die Organogenese sowie die Homöostase zahlreicher Organe und Gewebe. BMPs vermitteln ihre Signale über zwei Typen transmembranärer Serin-/Threoninkinaserezeptoren, die als Typ I und Typ II Rezeptoren bezeichnet werden. Den etwa zwanzig BMP-Liganden stehen dabei nach aktuellem Kenntnisstand nur fünf Typ I und drei Typ II Rezeptorkinasen gegenüber, wodurch sich insbesondere die BMP-Familie durch eine hohe Promiskuität der Ligand-Rezeptor-Interaktion auszeichnet. Damit dennoch Liganden-spezifische Signale vermittelt werden können, müssen die Signaleigenschaften dieser Faktoren komplex reguliert werden. Die Mehrzahl der Regulationsmechanismen beeinflusst die Signaltransduktion negativ. Kürzlich wurden jedoch die ersten, spezifisch auf die BMP-Familie wirkenden membranassoziierten Agonisten beschrieben – die Corezeptoren der Repulsive Guidance Molecule (RGM) Familie bestehend aus RGMa, RGMb und RGMc. Für das Familienmitglied RGMb werden neben pro-BMP-Prozessen allerdings auch hemmende Wirkungen auf die BMP-abhängige Signaltransduktion diskutiert. Um diese teils widersprüchlichen Funktionen zu beleuchten, wurde RGMb im Rahmen dieser Arbeit umfangreich biochemisch und biophysikalisch charakterisiert. Zunächst konnte erfolgreich ein Verfahren zur Herstellung und Isolierung von hochreinem rekombinanten RGMb Corezeptorprotein etabliert werden. Dies ermöglichte die Entwicklung umfangreicher in vitro Interaktionsstudien mit verschiedenen Liganden sowie Rezeptorektodomänen der TGF-β Superfamilie basierend auf dem Verfahren der Oberflächen-Plasmonresonanz (Surface Plasmon Resonance, SPR). Dadurch konnte gezeigt werden, dass RGMb spezifisch und hochaffin mit Wachstumsfaktoren der BMP-Familie, nicht aber mit Vertretern anderer Untergruppen der TGF-β Superfamilie wechselwirkt. Im Widerspruch zu Literaturdaten konnten darüber hinaus keine direkten Interaktionen zwischen RGMb und den analysierten Typ I und Typ II Rezeptorektodomänen nachgewiesen werden. Zellbasierte Kompetitionsanalysen ergaben, dass der lösliche RGMb Corezeptor BMP-induzierte Signale dosisabhängig inhibiert, während die membranverankerte RGMb-Variante eine Verstärkung des BMP-Signals durch eine Erniedrigung der halbmaximalen Ligandenkonzentration hervorruft. Mittels Oberflächen-Plasmonresonanz konnte im Rahmen von Coinjektionsstudien außerdem beobachtet werden, dass RGMb die Bindung der untersuchten BMP-Liganden an die Typ I Rezeptorektodomänen hemmt. Daraus kann geschlossen werden, dass RGMb an das Typ I Rezeptorbindeepitop der BMP-Liganden bindet und dadurch deren Signalaktivität neutralisiert. Ein abweichendes Bild zeigt sich für die Beeinflussung der BMP/Typ II Rezeptorinteraktion durch RGMb. So wurde im Rahmen von SPR-basierten Coinjektionsstudien beobachtet, dass BMP-Liganden in Gegenwart des Corezeptors RGMb ausschließlich mit der Ektodomäne des Typ II Rezeptors ActR IIB, nicht aber mit den Rezeptoren ActR-II oder BMPR-II interagieren können. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass zwar der Kernbereich des Typ II Rezeptorepitops durch die Interaktion des Liganden mit RGMb unbeeinflusst bleibt, jedoch eine partielle periphere Überlagerung bei gleichzeitiger Bindung von RGMb und den Typ II Rezeptoren für die Ausbildung der beobachteten Selektivität verantwortlich sein muss. Um diese Wechselwirkungen auch auf zellulärer Ebene analysieren zu können, wurden fluoreszenzbasierte Fusionskonstrukte für BMP-Rezeptoren sowie für RGMb synthetisiert und ein funktionelles Färbeprotokoll für die konfokale Mikroskopie etabliert. Die biochemischen Analysen sowie die in dieser Arbeit präsentierten umfassenden Charakterisierungen der Corezeptorinteraktionen mit einer Vielzahl an BMP-Liganden sowie deren Rezeptoren grenzen das RGMb-Bindeepitop ein und bilden so einen idealen Ausgangspunkt für die genaue Identifizierung und Charakterisierung dieses Epitops mittels gerichteter Mutagenese. Darüber hinaus weisen die vorliegenden in vitro Bindungsstudien auf einen deutlich komplexeren als bisher in der Literatur angenommenen, möglicherweise völlig neuartigen Modulationsmechanismus des BMP-Signalweges durch den Corezeptor RGMb hin. So wird in Anwesenheit von RGMb die Typ II Rezeptorspezifität und vermutlich auch die Lokalisierung der BMP-Liganden in bestimmten Membrankompartimenten - etwa Lipid Rafts - selektiv reguliert, wodurch BMP-induzierte Signale fein moduliert werden könnten. Die in dieser Arbeit synthetisierten fluoreszenzbasierten Fusionskonstrukte stellen zudem zusammen mit den etablierten Protokollen zur konfokalen Mikroskopie effektive Werkzeuge für eine zukünftige detaillierte Aufklärung (z. B. durch FRET-Studien) der komplexen RGMb-abhängigen Regulation des BMP-Signalweges auf zellulärer Ebene dar. / Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) comprise the largest subgroup of the Transforming Growth Factor-β (TGF-β) superfamily of secreted growth factors. They are key regulators of early embryogenesis and orchestrate the development as well as the homeostasis of several tissues and organs in adult organisms. BMPs transduce their signals through two types of transmembrane serine/threonine kinase receptors termed type I and type II receptors. An imbalance in BMP-ligand and receptor numbers - about twenty different BMP-ligands face only five type I and three type II receptors - causes a pronounced promiscuity in ligand/receptor interactions. Therefore, a complex regulatory network is necessary to enable specific signaling of each BMP ligand despite a temperospatial expression overlap. Most of the discovered regulatory processes inhibit BMP-signal transduction. Recently, the first membrane-associated BMP-specific agonists - the Repulsive Guidance Molecule (RGM) family of coreceptors comprised of RGMa, RGMb and RGMc - have been discovered. Aside from stimulatory effects, evidence for a potential inhibitory activity of the RGM family member RGMb on BMP-induced signal transduction has previously been described. To clarify these contradictory RGMb functions, extensive biochemical and biophysical characterizations were carried out. In the course of this work, an efficient expression and purification strategy was established resulting in great yields of highly pure recombinant RGMb coreceptor protein. Subsequent in vitro binding assays based on surface plasmon resonance (SPR) showed that RGMb specifically interacts with BMP ligands, while no binding to other subfamily members could be detected. Contradicting published data, no direct interactions of the RGMb coreceptor with type I and type II receptor ectodomains were determined. Furthermore, cell-based competition assays revealed that soluble RGMb protein lacking the glycosylphosphatidylinositol anchor dose-dependently inhibits BMP-induced signal transduction. Characterizing the influence of the membrane anchored RGMb coreceptor on BMP signaling pointed to a more complex situation. Hence, only minor deviations of the BMP-dependent signal transduction in RGMb-transfected compared to control cells could be detected. These differences could possibly indicate a sensitizing activity of the RGMb coreceptor on BMP-signaling as it has been described before. SPR-based co-injection experiments revealed that BMP ligands bound to RGMb lose their ability to interact with type I receptor ectodomains. Thus, the coreceptor blocks the type I receptor binding epitope, thereby neutralizing the signaling activity of BMP ligands. However, comparative experiments using BMP variants pointed out that the coreceptor/ligand interface involves other binding hot spot residues than the type I receptor/ligand interaction. Analyzing the influence of RGMb on the BMP/type II receptor interaction based on SPR measurements led to a different outcome: In the presence of the RGMb coreceptor, BMP ligands were solely able to interact with the extracellular domain of the type II receptor ActR IIB, while no binding could be detected with neither ActR II nor BMPR II ectodomains. Hence, binding of the coreceptor does not directly interfere with the BMP ligand/type II receptor core interface, whereas a partial peripheral overlap of RGMb with the type II receptor epitope may evoke the observed selectivity for ActR IIB. In order to clarify the observed interactions in the cellular context, RGMb and BMP receptor fusion constructs based on the SNAP-/CLIP-tag® technology as well as efficient labeling protocols and confocal microscopic procedures were established. The biochemical characterization of RGMb along with the extensive interaction studies of this coreceptor with a multiplicity of BMP-ligands and their receptors presented in this work, narrow down the location of the RGMb binding epitope, thus providing an ideal starting point for the subsequent determination of the coreceptor binding domain by site directed mutagenesis. Moreover, the presented in vitro binding studies point to a more complex and possibly novel regulatory mechanism of the BMP signal transduction by RGMb than previously assumed. Thus, the presence of the coreceptor selectively regulates the type II receptor specificity and potentially also the recruitment of BMP-ligands into certain membrane compartments (e.g. lipid raft-domains), herewith fine-tuning BMP-induced signals. The SNAP- and CLIP tag® fusion constructs produced in this work together with the established protocols for confocal microscopy analyses provide efficient tools for subsequent extensive examinations of theses regulatory processes in living cells (e.g. by FRET measurements).

Cystein rich protein 61 (CYR61/CCN1) und Connective tissue growth factor (CTGF/CCN2) stellen aufgrund ihrer Multifunktionalität zwei sehr interessante Vertreter aus der derzeit sechs Mitglieder umfassenden Familie der CCN-Proteine (CCN- CYR61/CCN1, CTGF/CCN2, NOV/CCN3, WISP1-3/CCN4-6) dar. Seit der Entdeckung von CYR61 und CTGF konnten die überlappenden, aber meist nicht redundanten zellspezifischen Effekte in verschiedenen Zellsystemen nachgewiesen werden. Die Einflüsse auf zahlreiche Prozesse wie Proliferation und Migration, aber auch Angiogenese und das Überleben von Zellen lassen eine weitreichende Bedeutung im Zusammenhang mit vielen Entwicklungsprozessen vermuten, so auch der des muskuloskelettalen Systems und der Entwicklung der Lunge. In der vorliegenden Arbeit wurden für die nähere Charakterisierung von CYR61 und CTGF humane mesenchymale Stammzellen (hMSC) und die humane primäre Lungenendothelzelllinie HPMEC-ST1.6R (human pulmonary microvascular endothelial cells) gewählt. Beide Zellsysteme sind für die Untersuchung der Funktionsfähigkeit in den verschiedenen Kompartimenten bestens geeignet. So ist die Zelllinie HPMEC-ST1.6R den primären Endothelzellen, im Vergleich mit anderen in der Forschung eingesetzten Zelllinien, in Bezug auf spezifische Oberflächenmarker am nächsten. Mesenchymale Stammzellen bilden als multipotente Zellen das Rückrat des muskuloskelettalen Systems und sind an der Homöostase des menschlichen Stütz- und Bewegungsapparates maßgeblich beteiligt. Um experimentell nutzbare Konzentrationen an rekombinanten Proteinen zu erhalten, wurde ein Baculovirus-Expressionsystems gewählt. Nach der erfolgreichen Klonierung der CTGF/Fc-Tag Sequenz in einen Expressionsvektor konnte dies auch durch Produktion in SF21-Insektenzellen erreicht und erstmalig rekombinantes CTGF/Fc von hoher Reinheit gewonnen werden. Allerdings konnte eine beständige Funktionsfähigkeit der aufgereinigten Proteine mittels eines Proliferationstestes nachfolgend nur bedingt bestätigt werden. Für die weitere Versuchsplanung, einer Untersuchung der Auswirkung von rekombinantem CTGF (rCTGF) bzw. CYR61 (rCYR61) auf die Zielzellen, musste zunächst die zelleigene ctgf bzw. cyr61 Expression herunterreguliert werden, um einen endogenen Störeffekt auszuschließen. Durch den Einsatz spezifischer shRNAs konnte ctgf/CTGF sowohl in den hMSC-, wie auch den HPMEC-ST1.6R-Zielzellen deutlich herunterreguliert und nachfolgend eine markant reduzierte Proliferation beobachtet werden. Ein Effekt für die Regulation von cyr61 blieb aus. In dieser Arbeit wurden anschließend erstmals mittels Microarray-Analysen Veränderungen im Genexpressionsmuster der ctgf herunterregulierten hMSC- bzw. Lungenendothelzellen gegenüber Kontrollzellen untersucht. Des Weiteren war die Auswirkung einer Behandlung von ctgf herunterregulierten Zielzellen mit rCTGF gegenüber unbehandelten Kontrollzellen von Interesse. Für beide Zellsysteme konnten signifikante Genregulationen nach der Behandlung mit CTGF spezifischen shRNAs gegenüber den Kontrollzellen detektiert werden, mit interessanten Genclustern im Bereich der TGF-beta (transforming growth factor ß) Signalgebung, sowie der fokalen Adhäsion (z.B. VEGF). Eine Behandlung mit rCTGF hingegen zeigte gegenüber den unbehandelten Kontrollzellen in der Auswertung der Microarray-Analyse keine signifikante Veränderung im Genexpressionsmuster. In dieser Arbeit wurden, neben einer effektiven Gewinnung von rekombinantem CTGF und der Herunterregulation der endogenen ctgf Expression, wichtige Erkenntnisse zur Biologie von CTGF (und CYR61) in mesenchymalen Stammzellen hMSC und der Lungenendothelzelllinie HPMEC-ST1.6R erlangt. Die erhaltenen Microarray-Daten bieten eine fundierte Grundlage für zahlreiche fortführende Untersuchungen. / Cystein rich protein 61 (CYR61/CCN1) and connective tissue growth factor (CTGF/CCN2) are two very interesting members of the CNN family (CCN- CYR61/CCN1, CTGF/CCN2, NOV/CCN3, WISP1-3/CCN4-6) consisting of six members so far. Since its discovery the overlapping, but mostly non-redundant effects of CYR61 and CTGF were shown in different cell systems. Both proteins are linked to many different processes like proliferation and migration, but also angiogenesis and survival. They seem to be involved in very fundamental biological processes, amongst other the development of the musculoskeletal system and the lung and were analyzed in this study. To distinguish the two proteins CYR61 and CTGF, primary human mesenchymal stem cells (hMSC) and a human pulmonary endothelial cell line (HPMEC-ST1.6R) were chosen. Both cell systems are suited very well for getting more information about the function in these different compartments. So the cell line HPMEC-ST1.6R is more related to primary endothelial cells in reference to the cell surface markers, compared to other cell lines used for experimental research. Mesenchymal stem cells form the backbone of the musculoskeletal system and are involved in the homeostasis of this complex system. Getting adequate concentrations of recombinant proteins for the upcoming experiments a baculovirus expression system was chosen. After successful cloning of the CTGF/Fc-Tag sequence into an expression vector, recombinant CTGF/Fc of high purity was obtained for the first time, produced in SF21 insect cells. However the stable functioning of the proteins was partly confirmed by proliferation tests. To study the effect of recombinant CTGF or CYR61 in further experiments, the endogenous ctgf or cyr61expression had to be downregulated to avoid negative effects. By using specific shRNAs ctgf/CTGF has been downregulated in hMSC as well as HPMEC-ST1.6R cells and subsequently a reduced proliferation was observed. No effect was detected for the regulation of cyr61. In this study for the first time changes in regulation of gene expression after downregulation of ctgf in hMSC and HPMEC-ST1.6R cells were studied by microarray analyses. Furthermore to discover the effect of treating ctgf downregulated cells with recombinant CTGF compared to control cells was another aim of this experimental series. For both cell systems, significant gene regulations were detected after treatment with CTGF specific shRNAs with interesting gene cluster for TGFß-signaling as well as focal adhesion (e.g. VEGF). In contrast, no significant change in gene regulation was detected by microarray analysis after treating the target cells with rCTGF compared to non-treated cells. In summary, besides the effective preparation of rCTGF and the marked downregulation of ctgf gene expression, this study provides fundamental information about CTGF and its biology in hMSC and HPMEC-ST1.6R cells, as well. Based on the numerous detected gene regulations in the microarray analyses the study provides a basis for further experiments.

Hintergrund: In dieser retrospektiven Studie soll der Einfluss von Rauchen, Alter und systemischer Medikation auf den Behandlungserfolg einer Anti-VEGF Therapie bei altersbedingter Makuladegeneration (AMD) über einen Zeitraum von 24 Monaten untersucht werden. Patienten und Methode: 100 Patienten mit choroidalen Neovaskularisationen bei AMD wurden in die Studie eingeschlossen. Best korrigierter Visus (BV), Anzahl der Injektionen in 24 Monaten sowie Rauchgewohnheiten und systemische Medikation wurden für die Analysen berücksichtigt. Ausschlusskriterium war ein BV < 0,1 zu Beginn der Behandlung. Resultate: 42 Raucher (inkl. 31 Exraucher) mit 23,5 Packyears (Py) im Median wurden identifiziert. Je mehr Py ein Patient rauchte, umso niedriger war sein BV nach der letzten Injektion (p = 0,009). Je mehr Zigaretten pro Tag ein Raucher rauchte, umso mehr Injektionen erhielt er in 24 Monaten (p = 0,0042). Bluthochdruckpatienten hatten einen niedrigeren BV nach der letzten Injektion (p = 0,045). Schlussfolgerungen Rauchen ist nicht nur ein Risikofaktor für die Entwicklung einer AMD, sondern auch für die Effektivität der Anti-VEGF Therapie. Auch unter sozioökonomischen Gesichtspunkten ist dies ein weiterer Grund, Patienten zur Aufgabe des Rauchens aufzufordern. / Background: To investigate the influence of smoking, age and systemic medication on the effectiveness of an anti-VEGF therapy in patients with exsudative age-related macular degeneration (AMD). Patients and methods: A total of 100 patients were included in the retrospective analysis. Data included best-corrected visual acuity (BCVA) and number of injections in 24 months. Subjects with BCVA < 0.1 at baseline were rejected. All patients were interviewed about smoking habits and current systemic medication. Results: The study comprised 42 smokers (including 31 past-smokers) with a median of 23.5 packyears (py). The more py a patient had smoked, the lower BCVA was after the last injection (p = 0.009). The more cigarettes per day a smoker had smoked the more injections he had received (p = 0.0042). Patients with arterial hypertension had a lower BCVA after the last injection (p = 0.045). Conclusions: Smoking is not only a risk factor for the development of AMD but also for the effectiveness of an anti-VEGF treatment. Also from a socio-economic point of view AMD patients should be instructed to quit smoking.

Für inhalativ applizierte Arzneimittel spielt das Ausmaß der pulmonalen Absorption eine entscheidende Rolle. Für Substanzen, die lokal in der Lunge wirken sollen, sind für eine gute Wirksamkeit hohe lokale Wirkstoffkonzentrationen, und für eine geringe Nebenwirkungsrate niedrige systemische Plasmaspiegel wichtig. Sollen allerdings Substanzen das Lungenepithel überwinden und im systemischen Kreislauf wirken, ist eine hohe systemische Verfügbarkeit für eine gute Wirkung gewünscht. Das Ziel dieser Studie war es mit in vitro und ex vivo Methoden das Absorptions- und Permeationsverhalten von pulmonal applizierten Substanzen zu studieren. Der Transportmechanismus über das Lungenepithel des langwirksamen ß2-Agonisten Salmeterol wurde mithilfe des humanen ex vivo Lungenperfusionsmodells untersucht. Die Anwendung von L-Carnitin als Hemmstoff von organischen Kationen/Carnitin Transportern (OCT/N) bewirkte eine Verringerung der pulmonalen Absorption von Salmeterol von ca. 90 %, was auf eine Beteiligung von Transportern, möglicherweise des OCTN2 oder OTCN1, für den Transport von Salmeterol über das Lungenepithel hindeutete. Es wurde somit zum ersten Mal erfolgreich gezeigt, dass Salmeterol wahrscheinlich als Substrat der Transportproteine fungiert und der Übertritt über das Lungenepithel von organischen Kationen/Carnitin Transportern abhängig ist. Bisher wurde eine Interaktion von Salmeterol mit den OCT/N nur in in vitro Versuchen studiert und Salmeterol wurde nur als Hemmstoff und nicht als Substrat untersucht. Die Beteiligung eines Transporters für die pulmonale Absorption von Salmeterol steht außerdem im Einklang mit Untersuchungen über weitere ß2-Agonisten wie das kurzwirksame Salbutamol und das langwirksame GW597901. Somit scheinen sowohl lipophile als auch hydrophile ß2-Agonisten Substrate für die OCT/N zu sein. Die Fähigkeit von IGF-1, nach pulmonaler Applikation in den systemischen Kreislauf zu gelangen, wurde in der vorliegenden Studie mit Hilfe des Lungenperfusionsmodells untersucht. Das IGF-1 wurde gebunden an Trehalose oder an Fibroin als Pulver verabreicht. Die Trehalose sollte eine schnelle Abgabe des IGF 1 bewirken, und das Fibroin sollte zum einen ein Trägermaterial mit schützenden Eigenschaften für das IGF 1 darstellen, und zum anderen sollte eine mögliche verzögerte Freisetzung von IGF-1 aus Fibroin in einem ex vivo Modell untersucht werden, die in vorausgegangenen in vitro Versuchen über 3 h lang vorhanden war. Das Peptid wurde nach der Applikation sowohl der Trehalosepartikel als auch der Fibroinpartikel pulmonal absorbiert und folgte einer linearen Verteilungskinetik. Dieses lineare Absorptionsverhalten des IGF-1 war vergleichbar mit der Kinetik von inhalativem Insulin, die in in vivo Studien beobachtet wurde. Somit konnte gezeigt werden, dass das IGF-1 nach pulmonaler Applikation systemisch verfügbar sein könnte und eine vergleichbare pulmonale Pharmakokinetik wie das strukturell ähnliche Insulin besitzt. Außerdem unterschied sich das Absorptionsverhalten von IGF-1, gebunden an Trehalose, nicht signifikant von dem von IGF-1/Fibroin, was im Gegensatz zu in vitro Untersuchungen stand, in denen das IGF-1 verzögert aus Fibroin freigesetzt wurde. Somit wirkte sich die kontrollierte Abgabe in vitro nicht auf die Verteilungskinetik ex vivo aus. Daraus ergibt sich, dass sowohl Trehalose als auch Fibroin als Trägermaterial für IGF-1 zur pulmonalen Applikation geeignet wären, und dass IGF-1, gebunden an Fibroin eine Formulierung wäre, die zum einen das IGF 1 schützen kann und die zum anderen eine gleiche pulmonale Kinetik wie IGF 1, gebunden an schnell auflösende Trägersubstanzen, besitzt. Außerdem wurde dadurch die Wichtigkeit betont, die Pharmakokinetik von pulmonal verabreichten Substanzen am intakten Organ mit erhaltener Komplexität und Funktionalität zu untersuchen, und dass das Lungenperfusionsmodell hierfür eine geeignete Methode darstellt. Darüber hinaus wurde belegt, dass mithilfe des Lungenperfusionsmodells erfolgreich pharmakokinetische Daten für nieder- und höhermolekulare Substanzen gesammelt werden können, die als Aerosol oder als Pulver appliziert werden. Auch in den in der vorliegenden Arbeit durchgeführten in vitro Permeationsversuchen, die mit der Bronchialepithelzelllinie Calu-3 durchgeführt wurden, zeigte IGF-1 vergleichbare lineare Permeationseigenschaften wie das Insulin, mit einem apparenten Permeationskoeffizienten von 1,49 * 10-8 cm/sec für IGF-1 und 2,11 * 10-8 cm/sec für Insulin. Das IGF 1 schien durch die Calu-3 Zellen sowohl parazellulär als auch transzytotisch zu permeieren, wie es für Makromoleküle generell vermutet wird. Durch die Verwendung von Hemmstoffen der Transzytose bzw. bestimmter endozytotischer Mechanismen in den Permeationsstudien konnte gezeigt werden, dass, wie bereits genannt, der Transport durch die Zellen eine wichtige Rolle für den Übertritt von IGF-1 über Calu-3 Zellmonolayer spielte. Die Studien ergaben außerdem, dass die zelluläre Aufnahme des IGF-1 unabhängig von Clathrin und abhängig von Dynamin war. Der Einsatz einer humanen bronchioalveolären Lavage in den Permeationsversuchen bewirkte zum einen eine Erhöhung des Transportes von IGF 1 durch die Calu-3 Zellen, und zum anderen war die zelluläre Aufnahme in diesem Fall unabhängig von Dynamin und unterschied sich somit von den vorherigen Untersuchungen, in denen keine Lavage eingesetzt wurde. Das bedeutet, dass Faktoren in einer bronchioalveolaren Lavage enthalten waren, die sowohl das Ausmaß der Permeation als auch den Mechanismus der zellulären Aufnahme von IGF-1 in Calu-3 Zellen beeinflussten. Zusammenfassend konnten in der vorliegenden Arbeit erfolgreich weitere Hinweise für die Beteiligung von Transportern an der pulmonalen Absorption von ß2-Agonisten mithilfe des ex vivo Lungenperfusionsmodells gefunden werden, was somit eine wertvolle Ergänzung zu bisher vorhanden in vitro Studien darstellt. Daneben wurde zum ersten Mal gezeigt, dass das IGF-1 nach Applikation in die Lunge pulmonal absorbiert werden könnte. Das belegt den Nutzen der Lunge als Eintrittsort in den systemischen Kreislauf, was vor allem für peptidische Arzneistoffe von Bedeutung ist. / The extent of the pulmonary absorption plays an important role for drugs applied via inhalation. For substances meant to exhibit local effects within the lung, high local concentrations are crucial for maximum efficacy, and for a low rate of systemic adverse effects low plasma levels are advantageous. But if substances are meant to pass the lung epithelia and act in the systemic circulation a high systemic availability is requested for good efficacy. The aim of this study was to investigate the absorption and permeation behavior of pulmonarily applied substances using in vitro and ex vivo methods. The transport mechanism of the long acting ß2-agonist salmeterol through lung epithelia was studied with the help of an ex vivo lung perfusion model. The organic cation/carnitine transporter inhibitor l-carnitine caused a decrease of the pulmonary absorption of salmeterol of about 90 %, indicating an involvement of transporters, possibly OCTN2 or OCTN1, for the uptake of salmeterol through the lung epithelia. For the first time it was successfully shown that salmeterol acts as a substrate for transport proteins and that its transport through the lung epithelia is dependent on the organic cation/carnitine transporters (OCT/N). So far the interaction of salmeterol with the OCT/N had been studied only in vitro and salmeterol had been solely described as an inhibitor and not as a substrate. Furthermore the results on the pulmonary absorption of salmeterol are in accordance with studies about other ß2-agonists like the short acting salbutamol and the long acting GW597901. Apparently, lipophilic and hydrophilic ß2-agonists are substrates for the OCT/N. The pulmonary absorption of IGF-1 was investigated in this study using the lung perfusion model. IGF-1 was applied bound to trehalose or fibroin. The trehalose was used for a fast release of IGF-1. The fibroin as a carrier was meant to provide a protection of IGF-1, and a possible sustained release that was shown in previous in vitro assays over about 3 h, was to be studied in an ex vivo model. The peptide was absorbed pulmonarily after application of the treahlose and fibroin microparticles and exhibited linear distribution kinetics. This linear absorption behavior of IGF-1 was comparable to the kinetics of inhaled insulin observed in in vivo studies. Therefore it was shown that IGF-1 might be systemically available after pulmonary application and that IGF 1 displays comparable pulmonary pharmacokinetics to the structurally similar insulin. Additionally, the absorption behavoir of IGF-1 bound to trehalose was not significantly different from IGF 1/fibroin, which was in contrast to in vitro studies showing a sustained release of IGF-1 bound to fibroin. Thus, the in vitro controlled release was not mirrored in the distribution kinetics ex vivo. This suggests that both trehalose and fibroin are suitable carriers for pulmonary application of IGF-1 and that IGF-1 bound to fibroin provides a formulation that is able to protect IGF-1 and possesses comparable pulmonary kinetics to IGF-1 bound to fast dissolving carriers. Additionally these data demonstrated the importance to study the pharmacokinetics of pulmonarily applied substances by using the intact organ with conserved complexity and functionality, and that the human isolated perfused lung is a suitable model. Furthermore it was proven, that pharmakokinetic data of low and high molecular compounds applied as aerosol or powder, can be successfully obtained using the lung perfusion model. The in vitro permeation experiments of the present study employing Calu-3 bronchial epithelial cells also showed a linear absorption behavior of IGF-1 comparable to that of insulin, with an apparent permeability coefficient of 1,49 * 10-8 cm/sec for IGF-1 and 2,11 * 10-8 cm/sec for insulin. IGF-1 apparently passed the Calu-3 cells via a paracellular and transcytotical mechanisms, which are thought to be the major routes of macromolecules. The use of inhibitors of transcytosis and certain endocytotic pathways showed that the transport through the cells was important for the passage of IGF-1 through Calu-3 cell monolayers, as mentioned before. Furthermore the studies revealed that the cellular uptake of IGF-1 was independent of clathrin and dependent on dynamin. Human broncheoalveolar lavage caused an increase of the IGF-1 transport through the Calu-3 cells and in contrast to former investigations without a lavage the cellular uptake was independent of dynamin in this case. That implies that the broncheoalveolar lavage contained factors influencing both the extent and the mechanism of the cellular IGF-1 uptake into Calu-3 cells. In conclusion, this work employing an ex vivo lung perfusion model provides additional evidence for the involvement of transporters in the pulmonary absorption of ß2-agonists. These data demonstrate a valuable extension of knowledge compared to previous in vitro studies. Furthermore, for the first time it has been shown that IGF 1 might be pulmonarily absorbed after application to the lung. This shows the suitability of the lung as point of entrance into the systemic circulation, which is especially interesting for peptide drugs.

Hintergrund In einer retrospektiven Studie in der Augenklinik Würzburg wurde die Ranibizumabtherapie bei Patienten mit altersabhängiger Makuladegeneration (AMD) im klinischen Alltag ausgewertet. Methoden Patientenakten von Patienten mit AMD, die im Jahr 2007 mit der Ranibizumabtherapie begannen, wurden untersucht. Daten wurden bis zum Ende der Behandlung und/oder Nachbeobachtung bis 2009 gesammelt. Der primäre Endpunkt war das Verhältnis der Patienten, die weniger als 15 Buchstaben (bzw. 0,3 logMAR Einheiten) an Visus verloren zwischen Beginn und nach 12 Monaten. Ergebnisse 375 Patienten wurden einbezogen, nur 298 Patienten beendeten die Untersuchung nach einem Jahr. Nach 12 Monaten verloren 72% der Patienten weniger als 15 Buchstaben. Die Sehschärfe verbesserte sich bis 12 Wochen nach der ersten Injektion und verschlechterte sich danach wieder. Patienten mit mehr als 3 Injektionen profitierten mehr als Patienten mit weniger Injektionen. Durchschnittlich wurden 4,25 Injektionen innerhalb eines Jahres gegeben. Der durchschnittliche Rückgang der Netzhautdicke betrug 50 µm. Schlussfolgerung Intravitreale Injektionen von Ranibizumab in der Augenklinik Würzburg führten zu einer Visusverbesserung. Der Visusgewinn konnte nach 3 Monaten nicht gehalten werden. Bessere Reinjektionskriterien, mehr OCT Untersuchungen und besseres Nachsorgemanagement sollten entwickelt werden. / Background Real-life ranibizumab therapy used in patients with wet age related macular degeneration (AMD) was assessed in a retrospective study in Augenklinik Würzburg Methods Medical records of patients with AMD, who started ranibizumab treatment in 2007, were evaluated. Data were collected until the end of treatment and/or monitoring until 2009. The primary end point was the proportion of patients losing fewer than 15 letters (0,3 logMAR units) from baseline visual acuity at 12 months. Results 375 patients were included, only 298 patients finished one-year examination. At 12 months 72% of the patients lost fewer than 15 letters. Visual acuity improved until 12 weeks after first injection and was not maintained afterwards. Patients with more than 3 Injections profited more than patients with less injections. In average, there were 4,25 injections given in one year. The average decrease in retinal thickness was 50µm. Conclusions Intravitreal administration of ranibizumab in Augenklinik Würzburg improved vision acuity. The vision gain was not maintained after 3 months. Criteria for reinjection, more oct examinations and better control management must be developed.

A successful therapy for colorectal cancer (CRC), one of the most common malignancies worldwide, requires the greatest possible research effort. Of critical importance is an understanding of the relevant intracellular networks of signaling cascades, their activation, and the resulting cellular changes that are a prerequisite for a more successful CRC therapy. Vascular endothelial growth factor (VEGF) and the appropriate VEGF receptors represent molecular targets that have already been successfully implemented in the clinic (i.e. using monoclonal antibodies, tyrosine kinase inhibitors). However, for platelet derived growth factor (PDGF) and the relevant PDGF receptors, there are currently no clinically approved molecular therapeutics available. However, there are preliminary data to show that PDGF and its associated signaling pathways play an important role in CRC progression. In particular, the PI3K/Akt/mTOR pathway is emerging as an important intracellular partner of PDGF with which to control proliferation, migration, and angiogenesis in tumor cells. Therefore it was the objective of this work to investigate the multifactorial influence of PDGF on proliferation and metabolism, depending on CRC mutation status. The intention was to identify new therapeutic targets for future cancer therapy through analyses of PDGF-induced intracellular changes. For this purpose two human colorectal cancer cell lines were analyzed at gene and/or protein level for components of the PI3K/Akt/mTOR and MAPK signaling pathway, c-Myc, p53, and HIF1α (hypoxia-inducible-factor 1α). Changes in proliferation and metabolism, either during stimulation with PDGF and/or PI3K/Akt/mTOR inhibition, were also investigated. Experiments conducted at protein level during PDGF stimulation and/or PI3K/Akt/mTOR inhibition revealed changes in signaling pathways and crosstalk. The influence of the tumor suppressors (retinoblastoma, Rb), oncogenes (c-Myc, p53mut), and HIF1α during stimulation with PDGF, and their interactions in the tumor cell with respect to proliferation and glycolysis warrant further examination in terms of clinical treatment options. Investigations at the gene level of ex vivo samples (UICC I-IV) complete the study with regards to the clinical relevance of PDGF. PDGF stimulation increases tumor cell proliferation in HT29 cells via the PI3K/Akt/mTOR pathway rather than the MAPK pathway. However, if the PI3K/Akt/mTOR pathway is pharmacologically blocked, PDGF stimulation is mediated by inhibitory crosstalk through the MAPK pathway. Further analyses revealed that specific Akt inhibition impedes tumor cell growth, while PI3K inhibition had little effect on proliferation. Inhibitory crosstalk was found to be responsible for these different effects. Careful intervention strategies are therefore required if future therapies intend to make use of these specific signaling pathways. One aim of future research should be to gain a better understanding of the crosstalk between these signaling pathways. In this fashion, “over-inhibition” of the signal pathways, which would result in additional clinical side effects for patients, could be prevented. In late stage UICC, more mutation events occur, with tumorigenicity promoted by an increased mutation rate. Given that PDGF is increasingly expressed in the late UICC stages, our data would indicate that PDGF's effects are amplified with increasing malignancy. The activating effect of PDGF on the PI3K/Akt/mTOR pathway and subsequent changes in the activity of p53mut, Rb, c-Myc, and HIF1α, lead to an unfavorable prognosis for colon cancer patients. PDGF acts on colon cancer cells in an Akt-activating, glycolysis-dependent manner. PDGF increases glycolysis and the ability of CRC cells to adjust their energy metabolism. These activities should be taken as possible starting points with which to design therapeutic interventions for CRC therapy. PDGF, as another representative of the growth factor family, seems to play a similar role to VEGF in CRC. The data from this study underline the importance of the PDGF - PI3K/Akt/mTOR pathway-axis and its potential as a possible target in colorectal cancer. Thus PDGF represents an attractive therapeutic target, besides the VEGF/EGFR-based therapies already used in CRC. / Die erfolgreiche Therapie von Darmkrebs, eine der häufigsten malignen Erkrankungen weltweit, erfordert den größtmöglichen Forschungsaufwand. Von entscheidender Bedeutung ist das Verständnis der maßgeblichen intrazellulären Vernetzungen der Signalkaskaden, deren Aktivierung und die daraus resultierenden zellulären Veränderungen als Vorrausetzung einer erfolgreicheren Darmkrebstherapie. Der Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) und die entsprechenden VEGF Rezeptoren stellen molekulare Ziele dar, die im Kolorektalkarzinom bereits erfolgreich in die Klinik implementiert wurden (wie zum Beispiel monoklonale Antikörper oder Tyrosinkinaseinhibitoren). Für den Wachstumsfaktor Platelet Derived Growth Factor (PDGF) und den entsprechenden PDGF Rezeptoren stehen jedoch noch keine klinisch zugelassenen molekularen Therapeutika zu Verfügung. Allerdings zeigen erste Daten, dass PDGF und seine zugehörigen Signalwege auch eine wichtige Rolle in der Tumorprogression spielen. Insbesondere der PI3K/Akt/mTOR Signalweg kristallisiert sich als wichtiger intrazellulärer Partner von PDGF heraus, um die Proliferation, Migration und Angiogenese in Tumorzellen zu steuern. Deshalb war es Ziel dieser Arbeit, den multifaktoriellen Einfluss von PDGF auf die Proliferation und den Metabolismus, abhängig vom Mutationsstatus, im CRC näher zu untersuchen. Neue therapeutische Angriffsziele für eine zukünftige Tumortherapie sollen durch Analyse der PDGF-bedingten intrazellulären Veränderungen gefunden werden. Hierfür wurden zwei humane Kolorektalkarzinom Zelllinien auf Gen- und/oder Proteinebene auf Komponenten des PI3K/Akt/mTOR- und des MAPK-Signalwegs, auf c-Myc, p53 und HIF1α (Hypoxia-inducible-factor 1α) analysiert. Ferner wurden Änderungen der Proliferation und des Metabolismus jeweils unter Stimulation mit PDGF bzw. PI3K/Akt/mTOR Inhibition untersucht. Durchgeführte Proteinuntersuchungen unter PDGF Stimulation bzw. PI3K/Akt/mTOR Inhibition offenbarten Veränderungen in den Signalwegen und des Crosstalks. Auch die Beeinflussung der Tumor Suppressoren (Retinoblastoma, Rb), Onkogenen (c-Myc, p53mut) und HIF1α unter PDGF Stimulation und deren Zusammenspiel in der Tumorzelle hinsichtlich Proliferation und Glykolyse rechtfertigen im Hinblick auf klinische Therapiemöglichkeiten weitere Untersuchungen. Die Genuntersuchung von ex vivo Gewebeproben (UICC I-IV) komplettieren die Untersuchung unter Beachtung der klinischen Relevanz von PDGF. Die PDGF Stimulation steigert die Tumorzellproliferation in den HT29 Kolonkarzinom Zellen über den PI3K/Akt/mTOR Signalweg anstatt über den MAPK Signalweg. Allerdings wird die Stimulation mit PDGF durch den inhibitorischen Crosstalk über den MAPK Signalweg vermittelt, sollte der PI3K/Akt/mTOR Signalweg durch pharmakologische Inhibition blockiert sein. Die weitergehende Analyse hat gezeigt, dass eine spezifische Akt Inhibition das Tumorzellwachstum hemmt, während eine PI3K Inhibition kaum Einfluss auf die Proliferation besitzt. Der inhibitorische Crosstalk ist für diese unterschiedlichen Effekte verantwortlich. Sorgfältige Interventionsstrategien sind daher erforderlich, wenn man diese spezifischen Signalwege zukünftig therapeutisch ausnutzen möchte. Daher sollte ein besseres Verständnis der Crosstalks zwischen diesen Signalwegen Ziel zukünftiger Forschung sein. Auf diese Weise könnte auch eine „Über-Inhibition“ der Signalwege verhindert werden, die zusätzliche klinische Nebenwirkungen für die Patienten zur Folge hätte. In den späten UICC Stadien treten vermehrt Mutationen auf, die die Kanzerogenität mit steigender Mutationsrate fördert. Angesichts der Tatsache, dass PDGF in den späten UICC Stadien verstärkt exprimiert wird, deuten unsere Daten darauf hin, dass die Effekte von PDGF die erhöhte Malignität verstärken. Der aktivierende Effekt von PDGF auf den PI3K/Akt/mTOR Signalweg und nachfolgende Aktivitätsänderungen von p53mut, Rb, c-Myc und HIF1α führen zu einem ungünstigen Verlauf bei Patienten mit Kolorektalkarzinom. PDGF wirkt auf Darmkrebszellen in einer Akt- aktivierenden, Glykolyse-abhängigen Art und Weise. PDGF steigert die Glykolyse und die Fähigkeit der kolorektalen Karzinomzellen, ihren Energiemetabolismus unter PDGF Stimulation anzupassen. Diese Aktivitäten sollten als mögliche therapeutisch nutzbare Ausgangspunkte verwendet werden, um Therapieansätze für das kolorektale Karzinom zu entwerfen. PDGF, als weiterer Vertreter aus der Familie der Wachstumsfaktoren, scheint eine vergleichbare Rolle wie VEGF im kolorektalen Karzinom zu spielen. Die Daten dieser Studie unterstreichen die Wichtigkeit der PDGF - PI3K/Akt/mTOR Signalwegsachse und deren Potential für ein mögliches Angriffsziel im kolorektalen Karzinom. PDGF stellt somit ein interessantes therapeutisches Ziel neben der bereits genutzten VEGF/EGFR – basierten Therapie im kolorektalen Karzinom dar.

Transforming growth factor-ß (TGF-ß) is a multifunctional cytokine that is engaged in regulating versatile cellular processes that are pivotal for development and homeostasis of most tissues in multicellular organisms. TGF-ß signal transduction is initially propagated by binding of TGF-ß to transmembrane serine/threonine kinase receptors, designated TßRI and TßRII. Upon activation, the receptors phosphorylate Smad proteins which serve as downstream mediators that enter the nucleus and finally trigger transcriptional responses of specific genes. During the past years, it became evident that signaling cascades do not proceed in a linear fashion but rather represent a complex network of numerous pathways that mutually influence each other. Along these lines, members of the TGF-ß superfamily are attributed to synergize with neurotrophins. Together, they mediate neurotrophic effects in different populations of the nervous system, suggesting that an interdependence exists between TGF-ßs on the one hand and neurotrophins on the other. In the present work, the crosstalk of NGF and TGF-ß/Smad signaling pathways is characterized in rat pheochromocytoma cells (PC12) which are frequently used as a model system for neuronal differentiation. PC12 cells were found to be unresponsive to TGF-ß due to limiting levels of TßRII. However, stimulation with NGF results in initiation of Smad-mediated transcription independent of TGF-ß. Binding of NGF to functional TrkA receptors triggers activation of Smad3. This NGF-dependent Smad activation occurs by a mechanism which is different from being induced by TGF-ß receptors in that it provokes a different phosphorylation pattern of R-Smads. Together with an inferior role of TßRI, Smad3 is proposed to serve as a substrate for cellular kinases other than TßRI. Based on the presented involvement of components of both, the MAPK/Erk and the TAK1/MKK6 cascade, signal mediators of these pathways rank as candidates to mediate direct activation of Smad3. Smad3 is subsequently translocated to the nucleus and activates transcription in a Smad4-dependent manner. Negative regulation is provided by Smad7 which was found to act as a potent inhibitor of Smad signaling not only in TGF-ß- but also in NGF-mediated cascades. The potential of NGF to activate the Smad pathway independent of TGF-ß might be of special importance in regulating expression of genes that are essential for the development and function of neuronal cells or of other NGF-sensitive cells, in particular those which are TGF-ß-resistant. / Das multifunktionelle Zytokin TGF-ß ist an der Regulation vielfältiger zellulärer Prozesse beteiligt. Diese sind für die Entwicklung und die Homöostase der meisten Gewebe vielzelliger Organismen essenziell. Die TGF-ß Signaltransduktionskaskade wird durch die Bindung des Zytokins an spezifische transmembrane Serin/Threonin-Kinase Rezeptoren (TßRI und TßRII) initiiert. Eine solche Rezeptoraktivierung führt zur Phosphorylierung von Smad Proteinen. Diese dienen der Signalweiterleitung, indem sie anschließend in den Zellkern translozieren und dort die Transkription spezifischer Zielgene modulieren. In den letzten Jahren wurde deutlich, dass Signalkaskaden nicht nur linear weitergeleitet werden, sondern dass vielmehr ein komplexes Netzwerk aus zahlreichen, sich gegenseitig regulierenden, Signalwegen existiert. In diesem Zusammenhang wird auch den Mitgliedern der TGF-ß Superfamilie zugeschrieben, dass sie mit Neurotrophinen kooperieren und somit deren Effekte in unterschiedlichen neuronalen Zellpopulationen unterstützen. In der vorliegenden Arbeit wurde der "crosstalk" von NGF- und TGF-ß/Smad-Signalwegen charakterisiert. Als Zellsystem dienten dazu Ratten Pheochromocytoma Zellen (PC12), die weithin als Modellsystem für neuronale Differenzierung verwendet werden. Basierend auf der Expression limitierender Mengen an TßRII, zeigen PC12 Zellen keine Responsivität gegenüber TGF-ß. Stimulation mit NGF hingegen resultiert - unabhängig von TGF-ß - in der Initiation von Smad-vermittelter Transkription. Die initiale Bindung von NGF an TrkA Rezeptoren führt zur Aktivierung von Smad3. Diese NGF-induzierte Smad-Aktivierung unterscheidet sich von der durch TGF-ß-Rezeptoren initiierten Aktivierung hinsichtlich des Phosphorylierungsmusters der R-Smads. Da weiterhin gezeigt werden konnte, dass die TGF-ß Rezeptoren für NGF-induzierte Ereignisse eine untergeordnete Rolle spielen, wird angenommen, dass Smad3 ein Substrat für andere zelluläre Kinasen als TßRI ist. Die hier nachgewiesene Beteiligung der MAPK/Erk Kaskade sowie des TAK1/MKK6 Signalwegs an der Weiterleitung des NGF-Signals machen deren Signalmoleküle zu potenziellen Kinasen für die direkte Aktivierung von Smad3. Im Anschluß daran erfolgt die nukleäre Translokation des Smad3 und spezifische Promotoraktivierungen unter Beteiligung von Smad4. Abschließend konnte gezeigt werden, dass das Smad7 Protein, nicht nur nach TGF-ß- sondern auch nach NGF-Stimulation als effektiver Inhibitor der Smad Signalkaskade wirkt. Die bislang unbekannte Fähigkeit, den Smad-Signaltransduktionsweg unabhängig von TGF-ß zu aktivieren, schreibt NGF eine besondere Bedeutung für die Genregulation in neuronalen Zellpopulationen oder anderen NGF-sensitiven - insbesondere TGF-ß-resistenten - Zellen zu.

No description available.

Doctor of Philosophy (PhD) / Background: The development of the blood supply in the primate retina has been extensively studied; however the relationship of the differentiating retina to the choroidal blood supply is less well known. The interaction of astrocytes and vascular endothelial cells promotes the development of the retinal vasculature from 14 weeks’ gestation (WG). Initially, astrocytes lead the developing capillaries from the optic nerve towards the macular area. However, neither astrocytes nor endothelial cells enter a prescribed avascular area, within which the fovea later forms. This may be attributed to expression of a factor that inhibits astrocyte and endothelial cell proliferation in the fovea. A factor found in the CNS that is already known to have these effects is transforming growth factor-β (TGF-β). Aims: This thesis investigated the relationship between retinal maturation and choroidal blood vessel supply and the possible role for TGF-β as an antiangiogenic factor in maintaining an avascular fovea during primate retinal development. Methods: Human eyes between 11 WG and 40 years were obtained with ethical approval from Prince of Wales Hospital and the NSW Lions Eye Bank and fixed and sectioned for histological procedures or prepared for polymerase chain reaction (PCR). Macaque eyes from foetal day (fd) 64 to postnatal 11years (p11y) were obtained from Bogor Agriculture University, Indonesia with the approval of the Ethics Committee of the University of Washington, Seattle, USA. Macaque eyes were also fixed and sectioned for immunohistochemistry and in situ hybridisation. RNA was extracted from human foetal retinas and used for RTPCR (Reverse Transcriptase PCR), QPCR (Quantitative PCR) and preparation of riboprobes. PCR products were analysed using both restriction digest and sequencing. RTPCR was used to identify TGF-β1, TGF-β2 and TGF-β3 in the developing human and in the developing and adult macaque retinas whilst QPCR was used to quantify the TGF-β isoforms in central compared to peripheral retina and in foetal compared to adult retina. In situ hybridisation was performed according to a standard protocol and visualised using Roche HNPP Fast Red detection set with designed riboprobes for TGF-β1, TGF-β2 and TGF-β3 (DIG RNA labelling kit). Some sections were counterstained with vimentin antibody. Immunohistochemistry was performed on human retina and choroid sections using antibodies to CD34 and Ki67 and on human and macaque retina using antibodies to synaptophysin, vimentin, GFAP, calbindin, S-opsin, RG-opsin, rhodopsin, TGF-β1, TGF-β2, TGF-β3 and their receptors TβRI and TβRII. Sections of the retina were imaged and analysed using either a Leica Confocal microscope and TCSNT software or Zeiss Confocal microscope and LSM 5 Pascal software. Data from the human retina and choroid sections corresponding to different regions (foveal, parafoveal nasal, parafoveal temporal, nasal and temporal) was collected to measure the number of Ki-67 immunolabelled mitotic endothelial cells and the area of CD34 immunolabelled choriocapillaris using Adobe Photoshop version 5.0.2, NIH software version 1.62 (measurement macros) and Excel. In the human and macaque sections the intensity of TGF-β protein and mRNA expression was captured from different regions of the retina (foveal, parafoveal nasal, parafoveal temporal, nasal, temporal, nasal to disc) to compile montages. Montages were then re-imported into LSM 5 Pascal software to measure the optical density across each montage along the ganglion cell layer, outer neuroblastic zone and photoreceptor layer collecting data in Excel for graphical representation. In addition to the montages, individual sections were assessed for co-localisation of TGF-β and TβR to various retinal cell types. Results: Analyses of choriocapillaris area and endothelial cell (EC) proliferation were able to demonstrate that the area of choriocapillaris endothelium is greater in the foveal region at all ages (14-18.5WG), that the rate of choriocapillaris EC proliferation declines dramatically over this same period and that the lowest rates of EC proliferation are at the incipient fovea. Most importantly these findings indicate that EC proliferation in the choriocapillaris does not appear to be promoted by increased metabolic activity in central retinal neurons which are more developed with higher oxygen and nutrient demands, which is the mechanism widely thought to regulate development of the retinal vasculature. PCR showed all TGF-β isoforms to be present in the human developing and adult retina. QPCR revealed that TGF-β2 was the most predominant isoform, followed by TGF-β3 with very small amounts of TGF-β1 seen. The isoforms were more abundant in developing rather than adult retina and in central rather than peripheral retina. Studies of the distribution of TGF-β protein and mRNA using immunohistochemistry and in situ hybridisation confirmed the low levels of TGF-β1 protein and mRNA observed in QPCR and demonstrated distinct centroperipheral gradients in the photoreceptor layer for TGF-β2 and TGF-β3. Relative high amounts of TGF-β in the fovea could affect vascular patterning due to TβRI seen in astrocytes which lead the blood vessels at the foveal rim at the level of the ganglion cell plexus. TGF-β2 and TGF-β3 expression is detected before formation of the foveal avascular zone (FAZ) at fd64 (~15WG) - fd73 (~17WG) with levels peaking in the foveal region at fd105 (~25WG) by the time the FAZ forms. Conclusions: This thesis has shown that EC proliferation in the choriocapillaris does not appear to be promoted by increased metabolic activity in central retinal neurons as reduced rates of EC proliferation in the ‘foveal’ chorioretinal location were observed at all ages studied between 14 and 18.5WG. The findings suggest that mechanisms regulating proliferation and growth of the choroidal vasculature are independent of differentiation in the neural retina and are therefore different to those governing the formation of the retinal vasculature. All TGF-β isoforms are expressed in developing and adult human and macaque retina with TGF-β2 being the predominant isoform. TGF-β isoforms are more abundant in central compared to peripheral retina and in developing compared to adult retina. Centro-peripheral gradients of TGF-β2 and TGF-β3 across the photoreceptor layer and TβRI on astrocytes support the presence of TGF-β in the fovea as an antiproliferative and antiangiogenic factor by helping to define the FAZ early in development, well before 23-25 WG in humans and before fd100 in macaques.

Addenda inserted in back. Includes bibliographical references (leaves 139-160) Assesses the importance of amino acids 221 to 236 of bIGFBP-2 for IGF binding activity, by creating amino acid substitutions.