Das Amyloid-Vorläufer-Protein (APP) ist ein integrales Membranprotein, welches in neuronalen und nicht neuronalen Geweben des Menschen exprimiert wird. Neben seiner bekannten Relevanz in der Pathogenese der Alzheimer-Erkrankung nimmt es eine weitere physiologische Rolle ein: APP ist ein Wachstumsfaktor. Diese Funktion machen sich auch Karzinomzellen zunutze. APP wird in Kolon-, Pankreas- und weiteren Karzinomzelllinien überexprimiert. Durch den HDAC-Inhibitor Valproat kann die Proliferation von Tumorzellen verringert werden. Dabei führt die Behandlung der Zellen mit Valproat zu einer Hyperacetylierung des Histons H4 und damit verbunden auch zu einer erhöhten Konzentration des Chaperon GRP78. Dieses hemmt die APP-Reifung, indem es das unreife APP bindet. Die intrazelluläre APP-Konzentration sinkt und die extrazellulären wachstumsfördernden Spaltprodukte wie sAPPα werden vermindert sezerniert. In der Folge wird die Proliferation der Tumorzellen signifikant inhibiert. Die Identifikation neuer und potenter HDAC-Inhibitoren hat eine große Relevanz, um neue Therapiestrategien in der Krebstherapie zu ermöglichen und die Überlebenschancen von Tumorpatienten zu verbessern. In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung der Histon-Deacetylase-Inhibitoren Apicidin, Scriptaid, Sirtinol sowie APHA-Compound 8 auf die Tumorzelllinien Sw480 (Kolonkarzinom) und BxPc3 (Pankreaskarzinom) getestet. In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass alle vier getesteten HDAC-Inhibitoren die Proliferation der untersuchten Tumorzellen hemmen. Die getesteten Medikamente wirkten dabei ohne Ausnahme in geringeren Konzentrationen auf Sw480 und BxPc3 als Valproat. Apicidin, Scriptaid und Sirtinol inhibierten zudem die Reifung von APP. In der Western-Blot-Analyse zeigte sich, dass die Konzentration des Amyloid-Vorläufer-Proteins nach Zugabe der Medikamente sank. Die Immunfluoreszenz bestätigte, dass Apicidin die APP-Konzentration in Sw480-Zellen konzentrationsabhängig vermindert. Dieses Ergebnis stützt die These, dass der Wachstumsfaktor APP auch durch die getesteten HDAC-Inhibitoren gehemmt wird. Zudem konnte in der Western-Blot-Analyse der molekulare Mechanismus der Medikamente, welcher mit dem von Valproat identisch ist, verifiziert werden. Histon H4 zeigte sich erwartungsgemäß hyperacetyliert, GRP78 wurde hochreguliert und APLP2 als APP-homologes Protein blieb unverändert. Eine Ausnahme stellt der HDAC-Inhibitor APHA-Compound 8 dar. Dieser inhibierte zwar die Proliferation der Zellen und in der Western-Blot-Analyse konnte eine starke Hyperacetylierung von Histon H4 dargestellt werden. Dennoch konnte in der Western-Blot-Analyse weder eine Inhibition des reifen noch des unreifen APP nachgewiesen werden. Zusammenfassend zeigte sich, dass Apicidin und Scriptaid das Amyloid-Vorläufer-Protein in niedriger Dosierung inhibieren können. Somit könnten die Medikamente in Zukunft in der Therapie von APP-positiven Tumoren und besonders im Fall der getesteten Karzinome neue Behandlungsoptionen bieten und das Spektrum der Behandlung erweitern.

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In dieser Arbeit wurden verschiedene Ansätze verfolgt, um selektive Kinaseinhibitoren für verschiedene Ziele zu entwickeln. Ein chemisch-genetisches Verfahren, das als "analog-sensitiv" bezeichnet wird, wurde eingesetzt, um isozymselektive Inhibitoren zu erzeugen, die auf die Gatekeeper-Mutante der IP6Ks abzielen. Diese Kinasen sind für die Synthese von PP-InsPs verantwortlich, dicht geladenen und allgegenwärtigen sekundären Botenstoffen mit einer Vielzahl von Funktionen. Ein Hochdurchsatz-Screening lieferte die vielversprechende Leitverbindung FMP-201300, die wünschenswerte Eigenschaften und ein günstiges Inhibitionsprofil aufwies. Interessanterweise ergaben kinetische Messungen einen allosterischen Wirkmechanismus, während HDX-MS-Analysen auf eine Bindung von FMP-201300 in der Nähe der ATP-Stelle hindeuteten, was möglicherweise die durch die Gatekeeper-Mutation bewirkte Steigerung der Wirksamkeit erklärt. Parallel dazu wurde Photopharmakologie eingesetzt, um die Aktivität von TgCDPK1 mit hoher zeitlicher und räumlicher Präzision reversibel zu steuern. Bekannte Inhibitoren wurden in Arylazopyrazole mit guten photochemischen und photophysikalischen Eigenschaften umgewandelt. Während die Optimierung der photostationären Verteilungen eine Herausforderung blieb, ermöglichten die ausgezeichneten bioaktiven Unterschiede zwischen den beiden isomeren Formen die reversible Kontrolle der Kinaseaktivität in situ durch abwechselnde Bestrahlung mit Licht verschiedener Wellenlängen. Obwohl diese photoschaltbaren Inhibitoren auch auf CDPK1-Orthologe anderer Parasiten abzielten, führte eine sequentielle Erhöhung der Gatekeeper-Größe zu einem deutlichen Rückgang der Wirksamkeit. Wichtig ist, dass das Wachstum von T. gondii in vivo gehemmt werden konnte, mit reduzierter Wirksamkeit nach UV-Bestrahlung. / The development of potent and highly selective kinase inhibitors is a long-standing pursuit in pharmacological research. These efforts continue to provide invaluable tools to decipher the intricate cellular functions of these ubiquitous enzymes. Kinases are involved in a cornucopia of signaling events, many of which are related to widespread diseases such as diabetes and cancer. In this work, different approaches were taken to obtain selective kinase inhibitors for diverse targets. A chemical genetics method termed ‘analog-sensitive’ was employed to generate isozyme-selective inhibitors targeting the gatekeeper mutant of mammalian IP6Ks. These kinases are responsible for the synthesis of PP-InsPs, densely-charged and highly pervasive second messengers with a multitude of functions. High-throughput screening yielded the promising lead compound FMP-201300, which exhibited desirable properties and a favorable inhibitory profile. Intriguingly, kinetic measurements revealed an allosteric mode of action, while HDX-MS analysis suggested a binding of FMP-201300 adjacent to the ATP-site, potentially explaining its increase in potency conferred by the gatekeeper mutation. In a parallel effort, photopharmacology was used to reversibly control the activity of TgCDPK1 with high temporal and spatial precision. Known inhibitors were converted into arylazopyrazoles with good photochemical and photophysical properties. While the optimization of the photostationary distributions remained a challenge, excellent bioactive discrepancies between the two isomeric forms enabled the reversible control over kinase activity in situ by alternating irradiation with light of different wavelengths. Although these photoswitchable inhibitors also targeted CDPK1 orthologs from other parasites, sequential increase of the gatekeeper size led to a significant decline in potency. Importantly, the growth of T. gondii could be inhibited in vivo with reduced potency after UV irradiation.

Background Treatment of ischemic stroke with recombinant tissue plasminogen activator for intravenous thrombolysis (IVT) must be delivered within a narrow time window after symptom onset. This effective hyperacute treatment can be administered after ruling out active anticoagulation with direct oral anticoagulants (DOACs). Whenever this is impractical, e.g., due to aphasia, plasmatic DOAC levels are measured with a consequent delay in the IVT decision-making process ranging from 30 to 60 minutes of time. This study will test the hypothesis that hyperacute point-of-care assessment of clotting time in the patient's whole blood has sufficient diagnostic accuracy to determine immediately whether stroke patients are pretreated with DOAC. Methods and Design This will be a prospective single-center diagnostic accuracy study in 1,850 consecutive acute ischemic stroke patients at a tertiary stroke center in Saxony, Germany. Presence of active anticoagulation with DOAC will be determined by point-of-care quantification of clotting time via whole blood viscoelastic testing (ClotPro) using Russell venom viper and ecarin assay compared with high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry as the reference standard. Discussion Viscoelastic point-of-care assessment of clotting time in whole blood might improve swift delivery of time-sensitive hyperacute treatment with IVT in stroke patients.

Die Therapie der HIV Infektion besteht aus Kombination mehrerer antiretroviraler Substanzen und birgt ein erhöhtes Risiko an Arzneimittelwechselwirkungen. Das bekannte Problem der Virusresistenz kann zudem durch Enzyminduktion begünstigt werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit lag in Untersuchungen zu Einflüssen der Virustatika auf die Expression von Cytochrom P450 Enzymen: 1A1, 1B1, 3A4 sowie der P-Glykoproteins (MDR1) an immortalisierten Zellsystemen. Die Protease Inhibitoren Indinavir, Nelfinavir, Ritonavir und Saquinavir induzierten die Regulation der mRNA Expression über den Aryl-Kohlenwasserstoff-Rezeptor (AhR) und den Pregnan-X-Rezeptor (PXR) dosisabhängig und signifikant. Die Nukleosidischen Reverse Transkriptase Inhibitoren Zalcitabin, Zidovudin und Lamivudin sowie der Nicht-Nukleosidische Inhibitor Nevirapin zeigten induktive Eigenschaften nur für die AhR Zielgene CYP1A1 und CYP1B1. Amprenavir und Efavirenz aktivierten die PXR-Regulation. Die möglichen Auswirkungen der Induktion der untersuchten Gene wurden ausführlich diskutiert. Die molekularen Grundlagen der interindividuell variierenden Aktivität von CYP3A wurden in einer Probandenstudie untersucht. Es wurden die mRNA Expression in den Leukozyten, die Aktivität des Enzyms und einige bekannte Polymorphismen unter Einwirkung von Rifampicin untersucht und diskutiert. / The therapy of HIV infection requires a combination of several antiretroviral substances accompanying risk factors for drug-drug interactions. Moreover, virus resistance can be promoted by enzyme induction caused by antiretroviral drugs. The aim of the study was to investigate the influences of antiretroviral substances on the expression of cytochrome P450 enzymes: 1A1, 1B1, 3A4 and p-glycoprotein (MDR1) using immortalized cell systems. The protease inhibitors indinavir, nelfinavir, ritonavir and saquinavir induced significantly the regulation of mRNA expression through the aryl hydrocarbon receptor (AhR) and the pregnane-x-receptor (PXR) in a concentration-dependent manner. The nucleoside reverse transcriptase inhibitors zalcitabine, zidovudine and lamivudine and the non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor nevirapine showed inductive properties only for the AhR target genes CYP1A1 and CYP1B1.Amprenavir and efavirenz activated the PXR target genes. Potentially effects of the described induction are discussed. In a second part of the work, the molecular mechanisms of the individual varying activity of the CYP3A enzyme were investigated applying an in vivo study. CYP3A4 mRNA expression and rifampicin mediated induction in leucocytes were correlated with systemic enzyme activity under induction and known polymorphisms.

In Tumoren führt die Deregulation von Proteinen der Bcl-2 Familie zur Apoptoseresistenz. Diese kann aus einem Verlust der pro-apoptotischen Proteine Bax bzw. Bak, einer Hochregulation von anti-apoptotischen Bcl-2 Proteinen oder aus einer Inaktivierung von BH3-only Proteinen heraus erfolgen. BH3-only Proteine sequestrieren anti-apoptotische Bcl-2 Proteine und induzieren dadurch die Aktivierung von Bax bzw. Bak. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher, die Regulation von Apoptose durch das pro-apoptotische BH3-only-Protein Noxa zu untersuchen. Zusätzlich sollte der Mechanismus der Apoptoseinduktion durch niedermolekulare Bcl-2 Inhibitoren in Tumorzellen untersucht werden. Hier wird gezeigt, dass die putativen Bcl-2 Inhibitoren Gossypol, HA14-1 und zum Teil BH3I-2 unabhängig von Bax und Bak Zelltod induzierten. Dies weist darauf hin, dass die Apoptoseinduktion durch diese niedermolekularen Substanzen zumindest teilweise "off-target" ist, d.h. unabhängig von den Zielstrukturen der Bcl-2 Familie erfolgt. Eine andere Strategie zur Aktivierung des mitochondrialen Apoptosewegs ist die Expression von BH3-only Proteinen. Zunächst wurde die Expression putativer Spleißvarianten des Noxa-Gens auf mRNA- und Proteinebene durchgeführt. Hierbei wurde das bekannte BH3-only Protein Noxa als kurze Spleißvariante (NoxaS) und eine bisher unbekannte, lange Spleißvariante (NoxaL) gefunden. Zur funktionellen Analyse wurden konditionale Expressionsvektoren für beide Noxa-Varianten hergestellt. Die Expression von NoxaS führte zu einer differenziellen Aktivierung von Bak und/oder Bax. NoxaL hingegen verfügt über keine BH3-Domäne, induzierte aber dennoch Apoptose in einem Prostatakarzinom-Zelllinienmodell. Weitergehende Untersuchungen zeigten, dass es hier zu einer BH3-unabhängigen Aktivierung eines Bak-vermittelten Zelltod-Signalwegs kommt. Die vorliegende Arbeit liefert somit neue Erkenntnisse zur Zelltodregulation und experimentellen Apoptoseinduktion über BH3-unabhängige Signalmechanismen. / In many tumors deregulation of Bcl-2 family proteins lead to apoptosis resistance. This deregulation can occur through the loss of pro-apoptotic proteins Bax respectively Bak, through upregulation of anti-apoptotic Bcl-2 proteins or from the inactivation of BH3-only proteins. BH3-only proteins sequester anti-apoptotic Bcl-2 proteins and hereby activate Bax and Bak. Therefore aim of the present work was to study the regulation of apoptosis by the pro-apoptotic BH3-only protein Noxa. In addition the mechanism of apoptosis induction in different tumor cells by small molecular substances mimicking the function of BH3-only proteins ought to be investigated. Here we show that the putative Bcl-2 inhibitors Gossypol, HA14-1 and partly BH3I-2 induce cell death independent from Bax and Bak. This shows that the induction of apoptosis by these substances is at least partly off target, i.e. occurs independent of the target structures of the Bcl-2 family. Another strategy to activate the mitochondrial signaling pathway is the expression of BH3-only proteins. Initially the expression of putative splicing variants of the noxa gene was carried out on mRNA and protein level. Here the known NoxaS as short splicing variant (NoxaS) and an up to that point unknown long splicing variant (NoxaL) have been found. For functional analysis of the two splicing variants conditional expression vectors have been generated. The overexpression of NoxaS led to a differential activation of Bax and/or Bak. However NoxaL does not contain a BH3 domain but still induced apoptosis in a prostate carcinoma cell system. Advanced studies showed a BH3 independent activation of a Bak mediated cell death signaling pathway. The present work therefore provides new insights into cell death regulation and experimental apoptosis induction via BH3 independent signaling mechanisms.

MACC1 wurde als prognostischer Biomarker für die Tumorprogression und das Metastasen-freie Überleben im KRK sowie in anderen soliden Tumoren beschrieben. Das Gen induziert Zellmotilität und Proliferation in Zellkultur sowie die Metastasierung im Mausmodell. Damit stellt MACC1 ein vielversprechendes Ziel für die Intervention bei Tumorprogression und –metastasierung und damit für die Behandlung von KRK-Patienten dar. Unser Ziel war es, die Transkription von MACC1 zu inhibieren. Hierfür identifizierten wir zunächst die Promoter-Region von MACC1 und untersuchten MACC1s transkriptionelles Regulationsnetzwerk. Durch ortsgerichtete Mutagenese, Chromatin Immunopräzipitation und Electrophoretic Mobility Shift Assay ermittelten wir, dass Transkriptionsfaktoren wie Ap-1, Sp1, C/EBPs und GIPC1 an den MACC1-Promoter binden und die Transkription des MACC1-Gens kontrollieren. Darüberhinaus konnten wir durch Hochdurchsatz-Screening die bisher ersten Inhibitoren gegen MACC1 identifizieren: Rottlerin und Lovastatin. Wir zeigten, dass diese spezifisch auf den endogenen MACC1-Promoter wirken, was eine zeit- und konzentrationsabhängige Reduktion der MACC1-Expression zur Folge hatte. Beide Inhibitoren begrenzten das Expressionsniveau von Sp1 und interferierten mit der Bindung von c-Jun mit dem MACC1-Promoter, was in einer Inhibition der MACC1-Transkription resultierte. Ferner führte die tägliche Behandlung von Xenograft-Mausmodellen mit Rottlerin zu einer Inhibition der MACC1-Expression im Primärtumor und einer damit einhergehenden Begrenzung des Tumorwachstums. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass in der vorliegenden Arbeit zum ersten Mal der MACC1-Promoter und seine transkriptionelle Regulation beleuchtet wurden. Die neuen Erkenntnisse wurden zur Identifizierung der ersten Inhibitoren gegen MACC1 genutzt. Zur Behandlung von KRK-Patienten mit einem hohen Risiko für MACC1-induzierte Metastasierung könnten diese Inhibitoren Potential für die klinische Anwendung beherbergen. / MACC1 has been reported as a prognostic biomarker for tumor progression and metastasis-free survival in CRC along with other solid tumors. It induces cell motility and proliferation in cell culture and metastasis in mouse models. Consequently, targeting MACC1 to intervene in tumor progression and metastasis formation holds a promising approach to treat CRC patients. We designed a strategy to inhibit MACC1 via targeting its transcription. We first identified MACC1 gene promoter by creating various promoter-luciferase constructs. We then established that transcription factors such as Ap-1, Sp1, C/EBPs and GIPC1 bind to the MACC1 promoter and govern MACC1 transcription, expression and thus motility in vitro and in CRC patients. Using a high throughput screening targeting the MACC1 promoter, we identified small molecule MACC1 inhibitors, Rottlerin and Lovastatin. These inhibitors specifically restricted endogenous MACC1 promoter leading to reduced MACC1 expression in a time- and concentration-dependent manner. In vitro functional assays demonstrated the impact of the small molecule inhibitors on retarding cell proliferation and motility. Both inhibitors restricted Sp1 levels and interfered with the binding of c-Jun to the MACC1 promoter, thereby inhibiting MACC1 transcription. The study further described the effect of Rottlerin on a CRC-xenografted mouse model. Daily treatment of xenografted mice with Rottlerin resulted in the inhibition of MACC1 expression in the primary tumor accompanied with the restricted tumor growth. To summarize, this is the first study unraveling the MACC1 promoter, its transcriptional regulation and identification of newly identified MACC1 inhibitors. In clinical settings, inhibition of MACC1 expression using these inhibitors might provide immense potential for the treatment of CRC patients who are at high risk for MACC1-induced metastasis linked to shorter survival.

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