Bei der vorliegenden Arbeit handelt es sich um eine experimentelle Untersuchung zu Unterschieden in der Signaltransduktion von drei mutierten Thyrotropin-Rezeptoren (mTSHR), die in Rattenschilddrüsenzellen stabil exprimiert werden. Mittels Proteomanalyse konnte die Proteinexpression von mehreren Signalproteinen quantitativ untersucht werden und mit der Proteinexpression in Zellen, die Wildtyp (WT)-Rezeptoren exprimieren, verglichen werden. In den Zellen mit mutierten Rezeptoren konnte eine gesteigerte Expression von Proteinen nachgewiesen werden, die in der Endozytose eine Schlüsselrolle spielen. Weiterhin konnte hier eine verstärkte Internalisierung der mTSHR festgestellt werden. Der Phosphatidyl-Inositol-3-Kinase (PI3K) Signalweg wurde in mTSHR-Schilddrüsenzellen im Vergleich zu WT-Zellen verstärkt aktiviert, und dies geschah Proteinkinase A (PKA) -unabhängig. Zudem konnte eine vorübergehende Aktivierung des Proteins Exchange protein directly activated by cAMP (Epac) durch das zyklische Adenosinmonophosphat (cAMP) nachgewiesen werden, die möglicherweise mit der Aktivierung des PI3K-Signalwegs in Zusammenhang steht. Die Ergebnisse gewähren somit neue Einblicke in die biologische Aktivität von mTSHR. Zum einen bleiben wahrscheinlich die mTSHR nach Internalisierung weiterhin aktiv, zum anderen reduziert sich die weitere Signaltransduktion nicht nur auf cAMP-PKA/Inositoltrisphosphat-Signalwege. Diese Ergebnisse könnten zu einem besseren Verständnis für den Verlauf der Schilddrüsenautonomie beitragen.

This work is a revised edition of the former article “Die Kalkulation irreparabler Mutationen” by the same author. New calculations have been included, and some unclear formulations have been eliminated. New is in the present edition above all the calculation of the very certain temperature - alterations which are necessary for the lengthening of monotonous sequence for one position, provided that these are responsible for a constant viscosity - change of the DNA surroundings (section 6, equations 94 and 95).

This work is a revised edition of the former article "Evolution and Mutation Physics” by the same author. Some unclear formulations have been eliminated. New ideas and new calculations have been included, especially the important connection between successive entropy - changes and increasing DNA –length at slowly decreasing temperature-decrease of surroundings.

This work is a revision of the article "Die Kalkulation kalkulierbarer Mutationen” by the same author. In some chapters errors have been corrected in the mathematical representation. Chapters 6 and 7 have been re-edited. In this work, corrected excerpts from "Tumour Physics" and from "Evolution and mutation Physics" are used. To the agencies concerned should be noted.

Für die Bekämpfung sowie Behandlung einer Krankheit ist das vollständige Verständnis ihrer Pathogenese eminent. Die Masern werden durch das Masernvirus (MV) verursacht. Die Folge der Erkrankung kann nicht nur eine mehrerer Jahre anhaltende Schwächung des Immunsystems sein, ebenso können fatale neurologische (Spät-) Komplikationen auftreten. Die Mechanismen der Neuroinvasion, des Neurotropismus und der Neurovirulenz sind jedoch noch nicht vollständig verstanden, sodass es an spezifischen Behandlungsmöglichkeiten mangelt. Mit der vorliegenden Arbeit soll, unter Zuhilfenahme des reversen genetischen Systems und Gehirnschnittkulturen der Ratte, die Neuroadaptation des Masernvirus näher untersucht werden. Die Grundlagen bilden Mutationen des Matrix-, Fusions- und Polymerase-Gens welche von Dr. Soroth Chey und Prof. Dr. med. Uwe G. Liebert in Masernvirusisolaten aus Rattengehirnen nachgewiesen wurden. Untersucht wurden dabei zwei verschiedene MV-Isolate: das „MV-Isolat 1“ besitzt je eine Punktmutation des Matrix- und des Fusionsgens, während das „MV-Isolat 4“ eine Punktmutation des Matrixgens sowie vier Punktmutationen des Polymerase-Gens aufweist. Jede dieser Veränderungen bedingt einen Aminosäureaustausch. Separat und kombiniert wurden diese Substitutionen in der vorliegenden Arbeit in ein wildtypisches Masernvirus eingebracht. Die Nomenklatur dieser Virusklone ergab sich aus der Nummer des MV-Isolats und dem betroffenen Gen: „M1“, „F1“, „M1F1“, „M4“, „L4“ und „M4L4“. Mittels mutagener Primer erfolgte die Amplifikation und simultane Punktmutationsgenese eines, das Maserngenom-codierenden Plasmids. In dem hierfür verwendeten reversen genetischem System wird der Ribonukleoprotein-Komplex artifiziell in einer Helferzelllinie nachgebildet. Unter der Kontrolle des T7-Promotors wird in diesen Zellen auf Grundlage der mutierten Plasmide das virale Genom und Antigenom transkribiert. Die generierten Viren wurden in der Folge näher charakterisiert. So konnte gezeigt werden, dass alle generierten MV-Klone ebenso wie das parentale MV-IC323 in SLAM-exprimierenden Vero-Zellen unter Ausbildung von maserntypischen Synzytien replizieren. In Vero-Zellen mit und ohne den SLAM-Rezeptor bewirkt die M4 Mutation (R293Q) eine signifikant erhöhte Replikation gegenüber dem parentalen Virus. Ebenso ist das Auftreten der F1-Mutation (I225M) mit Synzytienbildung in SLAM-negativen Zellen korreliert. In unpolaren Zellen scheint demnach die C-terminal gelegene M4-Mutation die Bildung infektiöser Viruspartikel zu begünstigen. Die F1-Mutation scheint hingegen Synzytienbildung zu ermöglichen – dies, möglicher Weise unabhängig von der Bindung des H-Proteins an einen Rezeptor wildtypischer Masernviren. Für eine genauerer Untersuchung dieser Charakteristika in Bezug auf den eventuell induzierten Neurotropismus, wurden Gehirnschnitte der Lewis Ratte mit den generierten Masernviren infiziert. Es konnte gezeigt werden, dass 28 Tage nach der Infektion mit den Virus-Mutanten MV-F1 und MV-M1F1 signifikant mehr neuronale Zellen infiziert sind als im Vergleich zu allen anderen verwendeten Virusstämmen. Mittels des Gehirnschnitt-Kulturmodells konnte somit der Neurotropismus des „MV-Isolats 1“ ursächlich der F(I225M)-Mutation zugeordnet werden. Durch die hier gewonnenen Erkenntnisse wurde eine Grundlage zum Verständnis des Neurotropismus des MV gelegt sowie ein Modellsystem vorgestellt, welches ohne transgene Tiere die Analyse der neuronalen Adaptation des MV zulässt.

Bei der vorliegenden Arbeit handelt es sich um eine experimentelle Untersuchung zu Unterschieden in der Signaltransduktion von drei mutierten Thyrotropin-Rezeptoren (mTSHR), die in Rattenschilddrüsenzellen stabil exprimiert werden. Mittels Proteomanalyse konnte die Proteinexpression von mehreren Signalproteinen quantitativ untersucht werden und mit der Proteinexpression in Zellen, die Wildtyp (WT)-Rezeptoren exprimieren, verglichen werden. In den Zellen mit mutierten Rezeptoren konnte eine gesteigerte Expression von Proteinen nachgewiesen werden, die in der Endozytose eine Schlüsselrolle spielen. Weiterhin konnte hier eine verstärkte Internalisierung der mTSHR festgestellt werden. Der Phosphatidyl-Inositol-3-Kinase (PI3K) Signalweg wurde in mTSHR-Schilddrüsenzellen im Vergleich zu WT-Zellen verstärkt aktiviert, und dies geschah Proteinkinase A (PKA) -unabhängig. Zudem konnte eine vorübergehende Aktivierung des Proteins Exchange protein directly activated by cAMP (Epac) durch das zyklische Adenosinmonophosphat (cAMP) nachgewiesen werden, die möglicherweise mit der Aktivierung des PI3K-Signalwegs in Zusammenhang steht. Die Ergebnisse gewähren somit neue Einblicke in die biologische Aktivität von mTSHR. Zum einen bleiben wahrscheinlich die mTSHR nach Internalisierung weiterhin aktiv, zum anderen reduziert sich die weitere Signaltransduktion nicht nur auf cAMP-PKA/Inositoltrisphosphat-Signalwege. Diese Ergebnisse könnten zu einem besseren Verständnis für den Verlauf der Schilddrüsenautonomie beitragen.

This work is a revised edition of the former article “Die Kalkulation irreparabler Mutationen” by the same author. New calculations have been included, and some unclear formulations have been eliminated. New is in the present edition above all the calculation of the very certain temperature - alterations which are necessary for the lengthening of monotonous sequence for one position, provided that these are responsible for a constant viscosity - change of the DNA surroundings (section 6, equations 94 and 95).

This work is a revised edition of the former article "Evolution and Mutation Physics” by the same author. Some unclear formulations have been eliminated. New ideas and new calculations have been included, especially the important connection between successive entropy - changes and increasing DNA –length at slowly decreasing temperature-decrease of surroundings.

During the cell division dynamic processes take place, the origin of which are to find in the physical characteristics of cell components. The most important characteristics are the electrical charge and the energy of the moving base components in a viscous cytoplasm. During the emergence of the new hydrogen bonds takes place a competition of the complementary base components which are electrostatically attracted by the codogen matrix. Thus, the base components will be accelerated more and more in the course of replication, and the resulting binding energies become always larger in a monotonous sequence. We call this process “base rivalry”. It is shown that the strength of these new bindings depends on three factors: First it is dependent on the length of a monotonous sequence, second it is dependent on the viscosity of the cytoplasm, and third it is dependent on the replication speed. In the study in detail is stated, how it affects the effectiveness of the DNA repair mechanism, mutation susceptibility, and thus also affects the cancer susceptibility. This is a condition where the DNA repair mechanism fails: Because of the base rivalry, in a monotonous base sequence there is (for a short time) a high binding energy between the complementary bases from a critical sequence length upwards, and the effectiveness of the repair mechanism is strongly decreased. If a tautomeric base pair is behind the end of monotonous sequence, then an extension of the monotonous sequence is provoked so that, for example, the monotonous sequence CCCT irreparably changes itself into CCCC (see section 2.2). The author describes in detail how the base rivalry affects on the evolution and on the mutation of viruses. The probability for the emergence of an irreparable mutation (caused by base rivalry) will be calculated. The result is (for a large number of individuals) a mathematical connection between temperature and the length of monotonous DNA - sequences which are lengthened by base rivalry. In the study, there are preferentially used physical and statistical computations and therefore is to understand as theoretical work. For the examination of this theory, two different computations are necessary: 1. Statistical computation: It is safe to assume that an individual base component exists (for example, dGTP) having a very large fading time in the case of excitation (preferable, owing to rotation energy after it became lumpy). Such a base component is very rarely, so that it appears within a DNA-fragment either not or once at most. This is called the “elitist”. If it appears within the fragment, we can compute the probability for its appearance in a certain position during replication, namely in a monotonous sequence of this fragment. The calculation of the probability must be statistically, because the replication is a distribution on the codogen matrix. 2. Physical computation: If the elitist (accidentially) arrives at a monotonous sequence of the DNA-fragment, it will reach the end of this monotonous sequence because of its high base rivalry energy, and now we can the tunnel probability calculate for the conversion into the tautomeric form which leads to a mutated hydrogen bond at the end of monotonous sequence. This mutated hydrogen bond is irreparabel, if the fading time of the excited elitist higher is than the repair time of the DNA repair mechanism. Both probabilities have to be connected for the computation of the total probability of the irreparable mutation. The result of this connection is an interesting equation between temperature and monotonous sequence length which is irreparably lengthened, and this gives rise to the speculation that this theory as well as the resulting equation may have a certain importance for the theory of evolution, and may have an importance for the dangerous virus mutations. In the case of base rivalry within of a DNA - fragment, there is a connection between the base sequence (especially the monotonous sequence length) and the temperature at which irreparable mutations are be expected (equation [96a]. This work is a revision of the article 'Die Kalkulation irreparabler Mutationen” by the same author. Errors have been corrected in some chapters in the mathematical representation. Chapters 6 and 7 have been re-edited. Corrected excerpts from 'Tumour Physics' [25] and from 'Evolution Physics' [26] are used in this work. In the appendix [28] are supplementary remarks in order to understand the sections better. There is, too, a remark concerning the coherence between tumor development and cell - viscosity. This modified version differs from the previous one, since it (according to the latest considerations) is not realistic, the electrostatic attraction (between codogen basic components and the complementary basic components) attributable to the sum of all partial charges, but attributable to only one. The reason for this is that (in the course of attraction) not all part charges of the matrix and complements will be the same distance from each other, since they are located at different positions. This altered version has consequences in the sections 1, 2, 7, 8, and picture 7.

Diese Veröffentlichung untersucht die Entstehung der Artenvielfalt der lebendigen Organismen aus physikalischer Sicht. Sie verzichtet auf die aufwändigen mathematischen Berechnungen der Arbeit 'Die Physik irreparabler Mutationen' und fasst die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit in kurzer, leicht verständlicher Form zusammen.