Tumormodelle, in denen die maligne Transformation durch definierte Onkogene experimentell ausgelöst und unterhalten wird, bieten vielfältige Möglichkeiten, die komplexen Mechanismen der Tumorentstehung und Therapieresistenz zu untersuchen und neue Ansätze für Diagnostik und Therapie auszuarbeiten. KRAS-Onkogen-„getriebene“ Transformationsmodelle spiegeln neben anderen tumorspezifischen Veränderungen insbesondere die charakteristischen Änderungen des Transkriptoms wider. In der vorliegenden Arbeit wird ein Modell für Ovarialtumore auf Grundlage von Rose Zellen („Rat ovarian surface epithelium“) verwendet, um die Rolle von Transkriptionsfaktoren, welche durch die KRAS-vermittelte Signaltransduktion hoch reguliert werden, zu untersuchen. Die KRAS-transfomierten Derivate der normalen Rose Zellen zeigen die typischen Merkmale von ankerunabhängigen und invasiven Tumorzellen. Aufgrund der hohen Komplexität sind die Interaktionen zwischen der zytoplasmatischen Signaltransduktion und dem durch sie regulierten Transkriptionsfaktornetzwerk noch weitgehend unverstanden. Die Transkriptionsfaktoren Fosl1, Hmga2, Klf6, JunB, Otx1, Gfi1 und RelA wurden systematisch mittels RNA-Interferenz in KRAS-transformierten Rose Zellen transient ausgeschaltet. Danach wurden Proliferation, Morphologie (epithelial-mesenchymale Transition, EMT) und Ankerunabhängigkeit der Zellen bestimmt. Alle untersuchten Transkriptionsfaktoren beeinflussten die KRAS-induzierten morphologischen Veränderungen teilweise, belegt durch die Abnahme der EMT-Merkmale nach siRNA-vermittelter Ausschaltung. Der Knock-down der Transkriptionsfaktoren Otx1, Gfi1 und RelA hemmte die Proliferation, während Fosl1, Hmga2, Klf6 und JunB die generelle Proliferationsfähigkeit nicht beeinflussten, jedoch spezifisch die ankerunabhängige Proliferation blockierten. Diesen Faktoren kommt daher eine spezifische Funktion in der neoplastischen Transformation zu, da die Ankerunabhängigkeit sehr gut mit der Tumorigenität korreliert ist. Um die Beteiligung der Transkriptionsfaktoren an der Deregulation von Zielgenen zu erfassen, wurden Genexpressionsmuster aller Zellen, in denen jeweils ein Faktor durch siRNA ausgeschaltet war, mittels Microarray-Analyse identifiziert. Auf dieser Grundlage wurde ein Netzwerk-Modell der regulatorischen Interaktionen zwischen den Transkriptionsfaktoren berechnet. Die Existenz der beiden funktionellen Gruppen wurde im Modell bestätigt. Darüber hinaus zeigte sich eine gegenseitige Abhängigkeit des transkriptionellen Netzwerks und der zytoplasmatischen Signaltransduktion, gemessen mittels Proteinanalyse der mitogenabhängigen Signalkinasen (MAPK). Diese wird als kompensatorische Regulation interpretiert, welche trotz Pertubation, experimentell durch siRNA, das effiziente Überleben der transformierten Zellen sicherstellt. Die vorliegende Studie schafft somit die Voraussetzung und Motivation, das reduzierte Netzwerk aus sieben Komponenten auf alle differentiell exprimierten Transkriptionsfaktoren zu erweitern. Möglicherweise behindern solche Regulationskreise in der klinischen Situation die effektive Wirkung zielgerichteter Therapien. / Tumor models, in which malignant transformation was experimentally triggered and maintained through defined oncogenes, offer manifold opportunities to determine the complex mechanisms of tumor progression and resistance to therapies, and to develop new strategies for diagnosis and therapy. Particularly, KRAS oncogene driven models of transformation reflect the characteristic alterations of the transcriptome, among other tumor specific changes. In the present work a model for ovarian cancer based on Rose („Rat ovarian surface epithelium“) cells has been used to evaluate the role of transcription factors, which are up-regulated through KRAS dependent signaling. The KRAS transformed derivates of normal ROSE cells exhibit typical characteristics of anchorage-independent and invasive tumor cells. Due to the high complexity of cellular networks, the interactions between cytoplasmic signalling and their regulated transcription factors are not well understood. The transcription factors Fosl1, Hmga2, Klf6, JunB, Otx1, Gfi1 and RelA were systematically eliminated by transient RNA interference in KRAS transformed ROSE cells. The proliferation, morphology (epithelial-mesenchymal transition, EMT) and anchorage-independence of the cells were determined. All of the selected transcription factors had partial effect on the KRAS induced morphologic changes, documented by reduction of EMT-properties after siRNA treatment. The knock-down of the transcription factors Otx1, Gfi1 and RelA blocked proliferation in general, whereas Fosl1, Hmga2, Klf6 and JunB had no influence on proliferation but specifically blocked the anchorage-independence. Thus, these factors exhibited essential functions in the process of neoplastic transformation, because the anchorage-independence correlates very well with tumorigenicity. In order to elucidate the involvement of the transcription factors in the genetic deregulation of their target genes, microarray based gene expression profiles were determined from all cells in which one factor was eliminated by siRNA. Based on these data, a network model of regulatory interactions among these transcription factors was calculated. The existence of both functional groups was confirmed by the model. Furthermore, an interdependence of the transcriptional networks and cytoplasmatic signaling was observed by protein analysis of the mitogen dependent signal kinases (MAPK). This was interpreted as compensatory regulation, which in spite of experimental perturbation by siRNA, permitted efficient survival of the transformed cells. Thus, the present work provides the basis and motivation to extend the reduced network composed of seven components to all regulated transcription factors. Potentially, such regulatory networks diminish the efficacy of targeted therapies in clinical situations.

In vielen humanen Neoplasien findet sich eine erhöhte Aktivität des Raf-Mek-Erk-Signaltransduktionsweges. Zunächst wurde davon ausgegangen, dass diese erhöhte Aktivität hauptsächlich durch die Ras-Onkogene hervorgerufen wird. Doch mittlerweile konnten auch Mutationen der Raf Gene in humanen Neoplasien nachgewiesen werden. Gegen Raf und Mek konnten eine Anzahl von Enzyminhibitoren entwickelt werden. Der Nachteil vieler dieser Inhibitoren ist, dass sie nicht zwischen den einzelnen Kinaseisoformen unterscheiden können. In dieser Arbeit ist es nun das erste Mal gelungen, jede Komponente des Raf-Mek-Erk-Signaltransduktionsweges einzeln mittels RNA Interferenz effizient zu inhibieren. Dabei konnte die Rolle der verschiedenen Isoformen in der Proliferation, Morphologie und Genex-pression von transformierten Zellen definiert werden. In den NIH3T3-pEJ Zellen konnte A-Raf erstmals eine antiapoptotische Rolle zugewiesen werden. Diese Hemmung der Apoptose läuft möglicherweise über einen Mek2-abhängigen Weg und ist an die Mitochondrien gekoppelt. Für die beiden Mek Kinasen konnten unter-schiedliche Funktionen in der Signalweiterleitung gezeigt werden. Mek2 spielt die Hauptrolle in der Aktivierung der beiden Substratkinasen Erk1 und Erk2. Der Verlust der Mek1 Isoform wird dagegen möglicherweise durch eine erhöhte Expression von Mek2 kompensiert und wirkt sich nicht so stark auf die Phosphorylierung von Erk1/2 aus. Durch die Verwendung von Erk1 und Erk2 spezifischen siRNAs konnte eine Trennung zwischen der Proliferationsre-gulation und der Kontrolle der morphologischen Transformation herausgearbeitet werden. Durch die Verwendung von Mikroarrays ist es gelungen, beiden Phänotypen ein Genexpres-sionsprofil zuzuordnen. Neben Unterschieden zwischen den verschiedenen Kinaseisoformen konnten neue, potentielle Feedbacks beschrieben werden. / In many human neoplasia an increased activity of the RAF/MEK/ERK- signaling pathway is found. First it was assumed that this raised activity is caused primarily by the RAS onco-genes. However, meanwhile mutations in the RAF genes could be also proved in human neo-plasia. A number of enzyme inhibitors have been developed against the RAF and MEK pro-teins. The disadvantage of many of these inhibitors is that they cannot distinguish between the different kinase isoforms. In this work it has succeeded the first time to inhibit every compo-nent of the RAF/MEK/ERK- signaling pathway individually by means of interference RNA. Beside this, the role of the different isoforms in the proliferation, morphology and genetic profile of transformed cells could be defined. For the first time A-Raf could be assigned an anti-apoptotic role in NIH3T3-pEJ cells. This inhibition of the apoptosis possibly runs through a Mek2-dependent way and is coupled to the mitochondria. For both Mek kinases different functions could be shown in the downstream signaling. Mek2 plays the leading role in the activation of both downstream kinases Erk1 and Erk2. The loss of the Mek1 isoform expression is possibly compensated through an increased expression of Mek2 and does not affect the phosphorylation of Erk1 / 2 so strongly. A discri-mination between the regulation of proliferation and the control of the morphological trans-formation could be worked out by the use of Erk1 and Erk2 specific siRNAs. By the use of micorarray an expression profile of both phenotypes has assigned. Beside differences between the different kinases new, potential feedback pathways could be described.

P-Glykoprotein als Produkt des MDR1-Gens stellt einen gut untersuchten Mediator der Multidrugresistenz (MDR) in humanen Malignomen dar. Die Überexpression dieses ABC-Transporters steht in Korrelation zu einer erniedrigten Tumorremission und einer kürzeren Überlebensrate der Patienten. Bisherige Versuche, das Protein über niedermolekulare Substanzen (MDR-Modulatoren) zu inhibieren, vermochten in allen bisherigen klinischen Studien nicht zu überzeugen, so daß diese bis heute keinen Eingang in Standardtherapieschemata gefunden haben. Ziel dieser Arbeit war es, mittels RNA-Interferenz Strategien die Expression von MDR1 zu hemmen und eine Reversion der zellulären Chemoresistenz sowohl im Zellkultur- als auch im Tiermodell zu erreichen. Für die in vitro Untersuchungen an drei humanen multidrug-resistenten Karzinomzellinien wurden verschiedene siRNA (short interfering) Duplexe und shRNA (short hairpin)-exprimierende Vektoren gegen die MDR1 mRNA entwickelt. Die Behandlung der Zellen mit siRNAs führte zu einer bis zu 91 %igen Inhibition der MDR1 mRNA-Expression und zu einer Sensitivierung der Zellen gegenüber dem Anthrazyklin um 89 %. Diese Effekte konnte über einen Zeitraum von drei bis fünf Tagen aufrechterhalten werden. Die stabile Expression von anti-MDR1 shRNAs führte in zwei der untersuchten Zellmodelle zu einer dauerhaften und kompletten Überwindung des MDR1-abhängigen Resistenzphänotyps. Im Mausmodell konnte durch intratumorale Applikation des anti-MDR1 shRNA-kodierenden Vektors mittels low-volume Jet-Injektion eine komplette Reversion der MDR1-Überexpression sowie eine Wiederherstellung der Chemosensitivität gegenüber Doxorubicin in dem resistenten Tumormodell erreicht werden. Die Effizienz der kombinierten Gen- und Chemotherapie wird durch die Verminderung des in vivo Tumorwachstums auf das Volumen des von der sensiblen Zellinien-abgeleiteten Tumors reflektiert. / Multidrug resistance (MDR) is the major cause of failure of effective chemotherapeutic treatment of disseminated neoplasms. The "classical" MDR phenotype of human malignancies is mediated by drug extrusion by the adenosine triphosphate binding cassette (ABC)-transporter P-glycoprotein (MDR1/P-gp). For stable reversal of "classical" MDR in three human cancer cell lines by RNA interference (RNAi) technology, two small interfering RNA (siRNA) constructs and four H1-RNA gene promoter-driven expression vectors encoding anti-MDR1/P-gp short hairpin RNA (shRNA) molecules were constructed. In all cellular systems, siRNAs could specifically inhibit MDR1 expression up to 91% at the mRNA and protein levels. Resistance against daunorubicin was decreased to a maximum of 89%. The introduction of anti-MDR1/P-gp shRNA expression vectors leads in two of the three human cancer cell lines to a complete reversion of the MDR phenotype. The reversal of MDR was accompanied by a complete suppression of MDR1/P-gp expression on mRNA and protein level, and by a considerable increased intracellular anthracyline accumulation in the anti-MDR1/P-gp shRNA-treated cells. In a mouse xenograft model a complete in vivo restoration of MDR1 overexpression and chemosensitivity to doxorubicin could be obtained by intratumorally jet-injected anti-MDR1 shRNA in a multidrug resistant human cancer tumor model.

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Im ersten Teil der Arbeit werden Signalverstärkungsmechanismen für Raman-Spektroskopie erschlossen und evaluiert. Die als geeignet bewerteten Methoden finden im zweiten Teil ihre Anwendung zur Untersuchung der vibronischen Eigenschaften von dünnen Manganphthalocyaninschichten, die anschließend mit Kalium interkaliert werden. Hierbei sind verschiedene Phasen identifizierbar, die ein ganzzahliges Verhältnis von Kaliumatomen zu Manganphthalocyaninmolekülen besitzen. Im dritten Teil werden die elektrischen Eigenschaften durch die Verwendung dieses Materialsystems als aktives Medium eines Feldeffekttransistors untersucht.

In this paper, we analyze the achievable secrecy rates in the two-hop wiretap channel with four nodes, where the transmitter and the receiver have multiple antennas while the relay and the eavesdropper have only a single antenna each. The relay is operating in amplify-and-forward mode and all the channels between the nodes are known perfectly by the transmitter. We discuss different transmission and protection schemes like artificial noise (AN). Furthermore, we introduce interference neutralization (IN) as a new protection scheme. We compare the different schemes regarding the high-SNR slope and the high-SNR power offset and illustrate the performance by simulation results. It is shown analytically as well as by numerical simulations that the high SNR performance of the proposed IN scheme is better than the one of AN.

Der neunte Band der wissenschaftlichen Schriftenreihe Eingebettete, Selbstorganisierende Systeme widmet sich der funkstandardübergreifenden Kommunikation in Mobilen Ad Hoc Netzwerken. Im Zuge der fortschreitenden, drahtlosen Vernetzung mobiler Endgeräte entstehen immer neue, hochspezialisierte Kommunikationsstandards. Deren Übertragungseigenschaften sind dabei eng an den jeweiligen Anwendungsfokus gebunden. Eine intelligente Verknüpfung der verfügbaren Standards würde die Integrationsmöglichkeiten der Endgeräte deutlich erhöhen. Gleichzeitig bieten sich vielfältige Möglichkeiten, die Kommunikation bezüglich auftretender Latenzen, der Erreichbarkeit und dem Energieverbrauch zu optimieren. Im Rahmen dieser Arbeit stellt Herr Vodel ein generisches Konzept vor, welches eine solche Verknüpfung applikationsunabhängig ermöglicht. Der entwickelte Integrationsansatz nutzt dabei handelsübliche, am Markt verfügbare Funkmodule, welche auf einer hardwarenahen Ebene gekapselt werden. Der Anwendungsfokus liegt speziell im Bereich eingebetteter sowie mobiler, ressourcenbeschränkter Systeme. Für die Umsetzung des Konzeptes werden drei wesentliche Problemstellungen betrachtet. Zunächst muss die grundlegende Initialisierung und Verwaltung der heterogenen, funkstandardübergreifenden Topologie sichergestellt werden. Darauf aufbauend wird eine effiziente Routingstrategie vorgestellt, welche die Vorteile der geschaffenen Netzwerkstruktur in vollem Umfang nutzen kann. Im Zuge eines möglichen Funkstandardwechsels während der Übertragung muss außerdem ein reibungsloser Konvertierungsprozess garantiert werden. Die Evaluierung des vorgestellten Kommunikationskonzeptes erfolgt auf zwei Ebenen. Ein speziell entwickeltes Simulations-Framework ermöglicht weitreichende Testreihen in komplexen Netzwerktopologien. Mit der Entwicklung einer prototypischen Hardware-Plattform können parallel dazu detaillierte Messungen unter Realbedingungen durchgeführt werden. Die Schwerpunkte dieser Arbeit umfassen somit Konzeption, Simulation und praktische Umsetzung eines neuen Kommunikationsansatzes im Bereich mobiler Ad Hoc Netzwerke. Ich freue mich daher, Herrn Vodel für die Veröffentlichung der Ergebnisse seiner Arbeiten in dieser wissenschaftlichen Schriftenreihe gewonnen zu haben, und wünsche allen Lesern einen interessanten Einblick in dieses Themengebiet.

Das Gedächtnis speichert nicht nur Informationen, sondern mitunter auch die Umstände, in denen diese Informationen erworben wurden, sogenannte Kontextinformationen. Die vorliegende Arbeit hat daher zum Ziel, anhand von Laboraufgaben und anhand einer komplexen sporttechnischen Fertigkeit den Einblick in die Wirkweise von Kontextinformationen im motorischen Bereich zu vertiefen und theoretische Modelle zu prüfen. In zwei Experimenten wurde zunächst der Frage nachgegangen, ob in-zidentelle Kontextinformation eine diskriminative Funktion einnehmen und den Abruf zweier ähnlicher Sequenzen erleichtern kann. Es wurde ein Ausbleiben der Interferenz-Effekte aufgrund der inzidentellen Kontextinformationen vermutet. Beide Experimente erfolgten im Labor im Design des Interferenzparadigmas. In Laborexperiment 1 (N = 30) lernten die Probanden der Experimentalgruppen an zwei aufeinanderfolgenden Tagen je eine dynamische Bewegungssequenz. Die Probanden der Kontrollgruppen lernten entweder nur die erste Sequenz (KG1) oder nur die zweite (KG2). Für alle Probanden waren die Sequenzen jeweils mit einer Kontextinformation verknüpft. An Tag 3 wurden Retentions- und Transfertests durchgeführt. Durch inzidentelle Kontextinformation alleine konnte keine Kontextabhängigkeit erzielt und retroaktive Interferenzeffekte nicht verhindert werden. In Laborexperiment II (N = 20) stellte sich für die zweite Bewegungssequenz durch zusätzlich erzeugte Intention eine höhere Wiedererkennungsleistung sowie Kontextabhängigkeit ein, dennoch wiesen die Probanden retroaktive Interferenzeffekte auf. Zusätzlich trat proaktive Interferenz auf (Experiment II). Zum anderen ermöglichte es eine umfangreiche Regeländerung im Basketball, eine mögliche Kontextabhängigkeit in einer komplexen sporttech-nischen Fertigkeit zu untersuchen. Im daraus entwickelten Feldexperiment mit N = 20 Basketballern mit hoher Expertise zum 3-Punkte-Wurf konnte gezeigt werden, dass Bodenmarkierungen als inzidentelle Kontextinformationen zu begreifen sind und Einfluss auf die Leistung haben. Die Ergebnisse der Arbeit werden in Beziehung zu aktuellen Ergebnissen der Literatur sowie in Bezug auf das perception-control-Modell von Glover (2004) und dem MOSAIC-Modell von Wolpert und Kawato (1998) diskutiert. Praktische Ableitungen werden dargestellt. / Our memory not only stores information that seem important to us but also circumstances, surroundings where information are gathered – so called contextual information. The present work therefore aims to sharpen the understanding of the mechanisms underpinning this phenomenon in the field of motor learning and to investigate different theoretical models by two experiments with sequence learning tasks and additionally by a complex sports skill. Two experiments were conducted to investigate any discriminative character of incidental context information which would facilitate the recall of two similar movement sequences. An absence of interference-effects was hypothesized. Both experiments took place in accordance with a pro-/retroactive interference design. In experiment 1 (N = 30) subjects of the experimental group (EG) learned two dynamic sequences (S1 and S2) on two successive days while members of the control groups only learned either S1 or S2. Incidental Context information was provided by different background colors. On day 3 retention and transfertests were conducted for all groups. Results showed that incidental Context information alone could not avoid retroactive interference effect (Experiment 1). Directing participants’ attention towards the incidental contexts (Experiment 2) resulted in higher recognition performance and context dependency. Nevertheless, retroactive interference effects were found. Surprisingly, participants of the EG additionally showed proactive interference effects. A substantial change in Basketball rules provided the chance to systematically study the influence of visual context information on complex motor skill. In the first step of this experiment twenty Basketball players took 3-point-shots from the old distance. In a second step these experts took 3-points shots from the new, greater distance with either the old floor-markings or the new floor-markings. Results of this experiment show that floor markings do serve as incidental context information and do influence athlete’s performance. The Results of the present work are discussed in reference to other studies and two models, namely Glover’s perception-control-model (2004) and the MOSAIC-modell from Wolpert and Kawato (1998).

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