Ziel dieser Arbeit war es, NF-AT1-Gen-defiziente Mauslinien zu erzeugen und die Folgen dieser genetischen Manipulation in vivo zu untersuchen. Die Untersuchung sollte die durch die Gendefizienz erwarteten Mängel während der Entwicklung (Embryogenese) und, im Besonderen, die Auswirkungen auf das Immunsytem und die Entwicklung und Differenzierung der T-Zellen aufzeigen. Zur Untersuchung der genomischen Organisation des Maus-NF-AT1-Gens wurde eine genomische l-Phagen-DNA-Bibliothek "gescreent" (durchgeführt von Dr. E. Jankevics, Universität von Riga, Lettland), die entsprechenden l-Phagen, die das NF-AT1-Gen enthielten, isoliert und die DNA präpariert. Nach Analyse der klonierten Phagen (Subklonierung und Sequenzierung) wurde eine Restriktionskarte der entsprechenden Bereiche erstellt und der "targeting-vector" erstellt. Der "targeting-vector" wurde durch Elektroporation in embryonale Stammzellen (ES-Zellen) eingebracht und die Integration in das Genom ("Homologe Rekombination") durch Southern Blotting- bzw. PCR-Analyse untersucht. Manipulierte ES-Zellklone wurden in C57Bl/6-Blastozysten injiziert, diese in scheinschwangere Ammentiere transferiert und die Nachkommen nach Geburt anhand der Fellfarben klassifiziert. Nachkommen mit einem hohen Anteil hellen Fells wurden mit C57 Bl/6-Tieren verpaart und die Integration des manipulierten Zellklons in die Keimbahn wurde anhand der wildtypischen Fellfarbe und Genotypisierung nachgewiesen. Bezüglich des manipulierten NF-ATp-Gens heterozygote F1-Tiere wurden miteinander verpaart, um eine homozygote NF-ATp-defiziente Mäuse zu erhalten. Die Deletion des NF-ATp-Proteins wurde durch in Western-Blotting-Experimenten und EMSAs ("electrophoretic mobility shift assays") nachgewiesen. Die NF-ATp-/--Tiere zeigten keine augenscheinlichen Veränderungen während der Entwicklung und, bei jungen Tieren, keine offensichtlichen Veränderungen bei der Entwicklung des Immunsystems. In älteren Tieren (> 6 Wochen) war eine Hyperproliferation der Zellen des Immunsystems zu beobachten, was mit einer Splenomegalie, einer verstärkten Bildung von Keimzentren in lymphatischen Organen, vergrößerten Lymphknoten und einer verlangsamten Involution des Thymus einherging. Weitergehende Untersuchungen der Ursache dieser hyperproliferativen Erkrankung offenbarten eine verminderte klonale Deletion nach Aktivierung. Die Ursachen dieses überraschenden Effekts sind wahrscheinlich vielfältig, da NF-AT-Faktoren an der Regulation der Expression vieler Gene beteiligt sind, u.a. des Apoptose-assoziierten CD95-Liganden. Da sich bezüglich der IL-2-Expression keine Unterschiede zwischen NF-ATp-defizienten Tieren und Kontrollen zeigten, jedoch eine erhöhte IL-2-Konzentration im Medium kultivierter NF-ATp-defizienter T-Zellen beobachtet wurde, wurde die Bindung von NF-ATp an putative NF-AT-Bindungssequenzen des CD25-Promotors, die transkriptionelle Aktivierung des Promotors mittels Luciferase-Assays und die Expression der IL-2R-alpha-Kette (CD25) untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß (1.) NF-ATp an zwei Regionen des CD25-Promotors bindet, (2.) der CD25-Promotor durch NF-ATp transkriptionell stark stimuliert wird und (3.) T-Zellen NF-ATp-defizienter Tiere nach Stimulation eine verminderte CD25-Expression zeigen. In NF-ATp-defizienten Tieren war die Expression von CD25 moderat reduziert, was eine Erklärung für den abgeschwächten Phänotyp dieser Tiere - im Vergleich zu IL-2- oder CD25-defizienten Tieren - sein kann. Die hyperproliferativen Erkrankungen dieser verschiedenen Mauslinien weisen auf eine Beteiligung der NF-AT-/IL-2-/IL-2R-Signalwege nicht nur während der T-Zell-Aktivierung hin, sondern auch auf eine Beteiligung an Signalwegen, die zur anschließenden Inaktivierung und Apoptose der T-Lymphozyten nötig sind. / Aim of this work was the generation of NF-ATp-deficient mice and to investigate the effects of this genetic manipulation in vivo. The investigation included observation of defects during embryogenesis and, in particular, effects on development and differentiation of T cells of the immune system. To characterize the genomic organisation of the NF-ATp gene, a genomic DNA library was screened (done by E. Jankevics, PhD, University of Riga, Latvia), the NF-ATp gene containing phages isolated and analyzed (subcloning and sequencing). A restriction map was made, necessary for construction of the targeting vector. The targeting vector was brought into E14.1 embryonic stem cells by electroporation and integration through "homologous recombination" was confirmed by Southern blotting and PCR analysis. Successfully manipulated ES cell clones were injected in C57 Bl/6 blastocystes, injected blastocystes transferred into pseudo-pregnant foster mice, and the offsprings classified according to coat colour. Offsprings showing a high level of fair coat colour were mated to C57Bl/6 inbreed animals, integration of the manipulated cell clone into germline was verified by wild-type coat colour and genotyping. Heterozygous animals were crossbred to obtain homozygous NF-ATp-deficient animals. Loss of NF-ATp protein was confirmed in Western blotting assays and EMSAs. NF-ATp-deficient mice showed no obvious changes in embryogenesis and no differences in the development of the immune system. Older Animals (> 6 weeks) developed a hyperproliverative disorder of lymphatic cells going along with splenomegalie, enlarged lymph nodes and retarted involution of the thymus. Further investigations revealed a normal activation but reduced clonal deletion of T cells after activation. This may be due to different causes, since NF-AT factors are involved in the regulation of many genes, e.g. the apoptosis-associated CD95 ligand. Phenotypical similarities with interleukin 2- (IL-2) or IL-2 receptor- (IL-2R) deficient mice and, in contrast, the observation of elevated IL-2 levels in supernatants of cultivated NF-ATp-deficient T cells, suggested a role of NF-ATp in the regulation of the IL-2/IL-2R system. Since no difference in IL-2 expression between NF-ATp-/--mice and controls was observed, binding of NF-ATp to putative NF-AT concensus sequences of the CD25 (IL-2R alpha chain) promoter, transcriptional activation by NF-ATp, and expression of CD25 were investigated. It was demonstrated that (1) NF-ATp binds to two regions of the CD25 promoter, (2) that NF-ATp is a stimulator of the CD25 promoter, and (3) T cells of NF-ATp-deficient mice display a decreased expression of CD25 after stimulation, compared to wild-type controls. The expression of CD25 is moderately decreased in NF-ATp-deficient mice, proposing an explanation for the "weak phenotype" of NF-ATp-/--mice, compared to IL-2- or IL2R-deficient mice. The hyperprolifertive disorders of these different mouse lines are pointing towards a participation of NF-AT-/IL-2-/IL-2R signaling not only in activation of T cells, but also in pathways necessary for subsequent inactivation.

Channelrhodopsin 2 (ChR2) aus dem Augenfleck von C. rheinhardtii gehört zur Gruppe der mikrobiellen Rhodopsine (Typ1-Rhodopsine). ChR2 besteht aus einem extrazellulär gelegenen N-Terminus, 7 Transmembranhelices und einem zytosolisch gelegenen C-Terminus. Der lichtreaktive Bestandteil (Chromophor) all-trans-Retinal ist via Schiff´ Base kovalent an ein Lysinrest der siebten Transmembranhelix gebunden. Bei Applikation von Blaulicht isomerisiert all-trans- zu 13-cis-Retinal, was in einer Konformationsänderung und dem Öffnen des Kanals resultiert. Abhängig vom elektrochemischen Gradienten können ein- und zweiwertige Kationen in die Zelle ein- oder aus der Zelle herausströmen. Eine retinalabhängige Stabilität konnte bereits für Bakteriorhodopsin (BR) bestätigt werden (Booth, Farooq et al. 1996, Turner, Chittiboyina et al. 2009, Curnow and Booth 2010), bezüglich ChR2 waren bisher nur wenige Daten verfügbar (Hegemann, Gartner et al. 1991, Lawson, Zacks et al. 1991). Die heterologe Expression von wildtypischem und modifiziertem ChR2 in Oozyten von X. laevis erlaubte einen detaillierteren Einblick in die retinalabhängige Stabilität und pH-abhängige Dunkelleitfähigkeit von Guanidinium. Wildtypisches Chop2 zeigte bei Zugabe von Retinal zum Inkubationsmedium, direkt nach RNA-Injektion, Stromamplituden im µA-Bereich und deutliche Fluoreszenzintensitäten. Ausschließlich endogen vorhandenes Retinal hatte verminderten Fluoreszenzen und Stromamplituden zur Folge, was auf ein geringes Vorhandensein von Chop2-Proteinen in der Plasmamembran hindeutete. Da die Inkubation über Nacht in retinalsupplementierter Lösung nur eine minimale Erhöhung des resultierenden Stromes erbrachte, deuten die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse stark auf eine verminderte Stabilität des Proteins bei fehlender Bindung des Kofaktors Retinal. Das Einfügen einer aromatischen Aminosäure (Y/F/W) an Position 159 führte zu einer, von der Retinalsupplementation unabhängigen, in beiden Ansätzen gleichwertigen Expressionsstärke. Diese äusserte sich in äquivalenten Fluoreszenzintensitäten. Die erhaltenen Stromamplituden wiesen eine starke Differenz auf: ohne Zugabe zusätzlichen Chromophors lag die Stromstärke bei nur wenigen Nanoampere, die bei Inkubation in einer retinalhaltigen Lösung über Nacht auf das Niveau von retinalsupplementierten Oozyten anstieg. Des Weiteren konnte die Zunahme der Stromamplitude innerhalb von 15 Minuten beobachtet werden, wenn die vermessenen Oozyten mit einer retinalhaltigen Lösung perfundiert wurden. Zusammengefasst weisen die Ergebnisse auf eine Stabilisierung des aromatisch substituierten Proteins hin. Bei der von Berndt et al. (2011) beschriebenen Mutante T159C konnten diese Eigenschaften nicht nachgewiesen werden. Die Modifikation der Retinalbindestelle (K257) in Verbindung mit einer aromatischen Substitution an Position 159 resultierte in deutlichen Fluoreszenzintensitäten, unabhängig von der Retinalverfügbarkeit bei, in beiden Fällen, fehlenden lichtaktivierten Strömen. Diese und die gleichwertigen Bandenstärken des Proteinimmunoblots von aromatisch substituierten ChR2-Varianten unterstützen die Hypothese der retinalunabhängigen Stabilität zusätzlich. Die Ergebnisse legen, im Falle von Chop2-WT, eine Degradation des Apoproteins nahe. Bei Einfügen einer aromatischen AS an Position 159 ist das Apoprotein davor geschützt (siehe Abb. 75). Infolge der strukturellen Similarität, dem Vorhandensein delokalisierter π-Elektronen und der räumlichen Größe der aromatischen AS ist eine strukturelle Veränderung des Apoproteins denkbar, die eine Degradation aufgrund von nunmehr unzugänglichen Ubiquitinierungsstellen verhindert. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass sich bei fehlender Bindung des Kofaktors Wassermoleküle in der Nähe der Bindetasche befinden, welche von umliegenden Aminosäuren (u.a. T159, D156) unter großem Energieaufwand koordiniert werden und die strukturelle Integrität bis hin zur Degradation beeinträchtigen können. Dies könnte durch eine Erhöhung der Hydrophobizität bei Einfügen einer aromatischen Aminosäure verhindert werden. Bei Substitutionen durch eine aromatische AS (Y/W/F) an Position 159 zeigte sich ein weiteres, bisher nicht beschriebenes, Charakteristikum. Bei Perfusion der Oozyten mit einer guanidiniumhaltigen Lösung, konnten in Abhängigkeit des pH-Wertes ohne die Applikation von Licht Stöme im µA Bereich aufgezeichnet werden. Die Größe der Stromamplitude korreliert hierbei mit dem Anstieg des pH-Wertes und der Konzentration an Guanidiniumionen der perfundierten Lösung und kann durch das Hinzufügen von 1mM Lanthan reversibel geblockt werden. Des Weiteren konnten die vorgenommenen Messungen die Ergebnisse der retinalabhängigen Degradation verifizieren, da der Einstrom von Gua+ sowohl bei retinalsupplementierter Inkubation, als auch bei ausschließlich endogen vorhandenem Retinal zu beobachten war. Des Weiteren zeigte auch die Doppelmutante T159Y/K257R trotz ihres Unvermögens Retinal zu binden, die beschriebenen lichtunabhängigen Ströme. Die Ergebnisse bei Substitution durch Phenylalanin (F) stellen eine Abweichung des Musters dar. Bei Inkubation von T159F-injizierten Zellen bei ausschließlich endogen vorhandenem Retinal konnte eine stark erhöhte Guanidiniumleitfähigkeit festgestellt werden, diese kam jedoch bei retinalsupplementierter Inkubation nicht zum Tragen. Dies könnte ein Hinweis auf eine sterische Hinderung durch das gebundene Chromophor sein, die bei den Substitutionen durch Tyrosin und Tryptophan, möglicherweise durch unterschiedliche chemische Eigenschaften der AS, nicht auftreten. Die hervorgerufene pH-Abhängigkeit kann in zwei möglichen Ursachen begründet liegen: • Vorhandensein einer (de)protonierbaren Gruppe wie Histidin, Arginin oder Lysin, die als pH-Sensor dienen könnte • Deprotonierung der Schiff´ Base durch Guandininium Das Vorhandensein eines pH-Sensors konnte durch die vorgenommenen Modifikationen von H114, R115, R120 und H249 nicht bestätigt werden. Bei Substitution von K257 (in Verbindung mit T159Y) zu Arginin (R) konnte weiterhin ein pH-abhängiger Gua+-Dunkelstrom festgestellt werden. Die Modifikation zu Alanin (A) oder Glutamin (Q) hingegen resultierte im Ausbleiben der Ströme. Der Austausch einer basischen zu einer neutralen Gruppe ohne protonierbaren Rest deutet auf die Beteiligung der Schiff´ Base bzw. der Aminosäure an Position 257 am Mechanismus der Dunkelleitfähigkeit hin. / Channelrhodopsin 2 (ChR2) from the eyespot of C. rheinhardtii belongs to the group of microbial-type rhodopsins (Type1-rhodopsins). It consists of an extracellular N-terminus, seven transmembranehelices and a cytosolic C-terminus. The light-reactive element (Chromophor) all-trans-retinal is covalently bound to a lysine of the seventh transmembrane helix via Schiff´ Base. The isomerisation from all-trans- to 13-cis-Retinal after illumination leads to a conformational change within the protein, resulting in the opening of the channel and thereby in an in- or efflux of mono- and divalent cations, depending on the electrochemical gradient. For bacteriorhodopsin (BR) a retinal dependent stability could be confirmed (Booth, Farooq et al. 1996, Turner, Chittiboyina et al. 2009, Curnow and Booth 2010), concerning ChR2 only limited data is available (Hegemann, Gartner et al. 1991, Lawson, Zacks et al. 1991). Heterologous expression of wildtype (WT) and mutant ChR2 in the oocytes of X. laevis revealed a more detailed insight into retinal dependent stability and pH-dependent conductance of guanidinium without the application of light. ...

Techn. Univ., Diss., 2009--München.

Kaffee, die in der westlichen Welt am häufigsten verwendete psychoaktive Substanz, erwies sich im Mikrokern-Testes an Maus-Lymphomzellen L 5178Y als modulierend auf bekannte mutagene Agentien. In dieser Arbeit wurde meist Instantkaffee verwendet, der gegen N-Methyl-N-Nitro-N-Nitrosoguanidin (MNNG), Mitomycin C (MMC), Genistein, und Methylmethansulfonat getestet wurde. Bei MMC und Genistein erwies sich Kaffee als antimutagen. Bei MNNG hatte Kaffee keinen klaren Einfluss auf die Gentoxizität, ebenso blieb die Kaffee-Wirkung bezüglich MMS unklar. Kaffee minderte dosisabhängig das Wachstum und die Überlebensrate von L 5178Y - Zellen. Es wurde die Frage nach den Ursachen der modulierenden Effekte diskutiert. Insbesondere wurde die Hypothese erörtert, dass für die Richtung der Modulation nicht so sehr die Konzentration des Kaffees, sondern die mutagene Potenz der koinkubierten Substanz eine entscheidende Rolle spielen könnte. Ggf. wirkt Kaffee - im Sinne eines "abhärtenden" Effektes - bei schwach mutagenen Substanzen anitmutagen, bei stark mutagenen Substanzen hingegen synergistisch mutagen. / Coffee, the most commonly used psychoactive substance in the western hemisphere, was regarded as an effect modifier of mutagenicity in L5178Y mouse lymphoma cells treated with mutages. Mainly instant-coffee was tested against N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine (MNNG), mitomycin C (MMC), genistein, und methylmethanesulfonate (MMS). Coffee was antimutagen against mitomycin C (MMC) and genistein. No clearly influence was seen against MNNG or MMS. Dose-dependent Coffee reduces the growing and survival rate of L5178Y mouse lymphoma cells. The reasons for the modifying-effects of coffee were discussed. The hypothesis was found, that the concentration of the coffee ist not so influential in making antimutagene or mutagene effects, rather the mutagen power-factor of the coincubating substances. Coffee could be an “indurating” parameter: Causing antimutage effects in the presence of “gentle” mutagens, causing synergistic mutagen or zytotoxic effects in the presence of “strong” mutagens.

München, Techn. Univ., Diss., 2001.