Tübingen, Univ., Diss., 2008.

Univ., Diss.--Würzburg, 1999.

Thesis (doctoral)--Universiẗat, Würzburg, 2003.

Universiẗat, Diss., 2001--Jena.

Connexin32- defiziente Mäuse stellen ein Mausmodell für eine Form der hereditären peripheren Neuropahtie dar. Es konnte gezeigt werden, dass Makrophagen, möglicherweise aktiviert durch MCP-1, die Demyelinisierung in Connexin32-defizienten Mäusen vermitteln. Diese Arbeit untersucht mögliche Signaltransduktionswege, die in den peripheren Nerven Connexin32- defizienter Mäuse aktiviert sein könnten und damit in Zusammenhang mit der Genexpression von MCP-1 und/oder Makrophagen-Aktivierung stehen könnten. / Connexin32 deficient mice are a well established mouse model for the hereditary neuropathy known as Charcot-Marie-Tooth disease. Recently it was shown that macrophages function as the mediators of demyelination in peripheral nerves. Additionally there was found an icreased gene expression of MCP-1 in peripheral nerves of these animals. This study tries to identify un activated signal transduction pathway in peripheral nerves of Connexin32 deficient mice that may lead to the increased gene expression of MCP-1 and increased number of macrophages in peripheral nerves of Connexin32 deficient mice.

Imbalancen im Bereich der autonomen Innervation des Herzens auf Sinusknotenebene zeigen sich anhand des Fehlens der „heart rate variability“ und der „heart rate turbulence“ und werden bereits zur Risikoeinschätzung von KHK-Patienten herangezogen, während Untersuchungen zur autonomen Dysbalance auf Ventrikelebene bisher kaum durchgeführt wurden. Daher war das Ziel dieser Arbeit eine Risikostratifizierung von Patienten nach einem Myokardinfarkt anhand dynamischer Veränderungen der QT-Zeit, zu denen es nach einer ventrikulären Extrasystole kommt. In der Einleitung wird die Wichtigkeit der Beachtung allgemeiner kardiovaskulärer Risikofaktoren erläutert. Es wird auf die Komplexität der QT-Zeit, deren beeinflussende Faktoren sowie auf den Einfluss des autonomen Nervensystems auf die Repolarisation der Herzkammern eingegangen. Im Abschnitt „Material und Methode“ und in „Auswertungen und Berechnungen“ wird das Patientenkollektiv vorgestellt, außerdem werden die Programme beschrieben, die zum Erzeugen der Daten verwendet wurden. Als Ergebnis lässt sich festhalten, dass Schlag-zu-Schlag-Analysen der QT-Zeit nach ventrikulären Extrasystolen signifikante Unterschiede aufzeigen zwischen den Patienten, die einen Follow-up von zwei Jahren nach einem Myokardinfarkt überlebt haben und denen, die während dieses Beobachtungszeitraumes aufgrund kardiovaskulärer Komplikationen verstarben. Der Aufwand, der hierfür betrieben werden muss, ist jedoch so hoch, dass diese Analysen wohl nicht zur routinemäßigen Anwendung kommen werden. / Imbalance of the autonomic innervation of heart to sinus node level is shown by the lack of “heart rate variability” and “heart rate turbulence”, which are already used for risk stratification of patients with coronary artery disease, while there were hardly any investigations carried out on the autonomic imbalance at the level of the ventricle. Therefore the aim of this study was a risk stratification of patients, who had suffered myocardial infarction, based on dynamic changes of the QT interval, which occur after a ventricular premature beat. In the introduction, the importance of the observance of general cardiovascular risk factors is explained. It addresses the complexity of the QT interval, the influencing factors and the influence of the autonomic nervous system on the repolarization of the ventricles. In the section "Materials and Methods" and in "Evaluations and Calculations" the population of patients is presented, as well as the programs are described that were used to generate the data. The result can be seen therefore, that beat-to-beat measurements of the QT interval after ventricular premature beats show significant differences between those patients, who survived a follow-up of two years after myocardial infarction and those, who died during this period due to cardiovascular complications. The effort, which must be used for this purpose is so high, that these analyses will probably not be applicable as a matter of routine.

PART I Animals need to constantly evaluate their external environment in order to survive. In some cases the internal state of the animal changes to cope with it’s surrounding. In our study we wanted to investigate the role of amines in modulating internal states of Drosophila. We have designed a behavioral paradigm where the flies are fixed in space but can walk on a small styrofoam ball suspended by a gentle stream of air. The walking activity of flies was used as behavioral readout. PART I Animals need to constantly evaluate their external environment in order to survive. In some cases the internal state of the animal changes to cope with it’s surrounding. In our study we wanted to investigate the role of amines in modulating internal states of Drosophila. We have designed a behavioral paradigm where the flies are fixed in space but can walk on a small styrofoam ball suspended by a gentle stream of air. The walking activity of flies was used as behavioral readout. An operant training paradigm was established by coupling one of the walking directions to incidence of heat punishment. We observed that animals quickly realized the contingency of punishment with walking direction and avoided walking in the punished direction in the presence of punishment, but did not continue walking in the unpunished direction in the absence of the punishment. This would indicate that the flies do not form a memory for the punished direction or rapidly erase it under new conditions. On having established the paradigm with heat punishment we have attempted to activate selected subsets of neuronal populations of Drosophila while they were walking on the ball. The selective activation of neurons was achieved by expressing the light-activated ion channel channelrhodopsin-2 (ChR2) using the Gal4-UAS system and coupling the unidirectional walking of the animals on the ball with the incidence of blue light required to activate the channels and depolarize the neurons. The feasibility of this approach was tested by light-activating sugar sensitive gustatory receptor neurons expressing ChR2, we found that when the light was actuated the flies preferred to turn in one direction the optically “rewarded” direction. Next we similarly activated different subsets of aminergic neurons. We observed that in our setup animals avoided to turn in the direction which was coupled to activation of dopaminergic neurons indicating that release of dopamine is disliked by the animals. This is in accordance with associative learning experiments where dopamine is believed to underlie the formation of an association between a neutral conditioned stimulus with the aversive unconditioned stimulus. However, when we activated tyraminergic/octopaminergic neurons we did not observe any directional preference. The activation of dopaminergic and tyraminergic/octopaminergic neurons led to arousal of the animals indicating that we were indeed successful in activating those neurons. Also, the activation of serotonergic neurons did not have any effect on directional preference of the animals. With this newly established paradigm it will be interesting to find out if in insects like in mammals a reward mediating system exists and to test subsets of aminergic or peptidergic neurons that could possibly be involved in a reward signaling system which has not been detected in our study. Also, it would be interesting to localize neuropile regions that would be involved in mediating choice behavior in our paradigm. PART II In collaboration with S. Kneitz (IZKF Wuerzburg) and T. Nuwal we performed genome-wide expression analysis of two pre-synaptic mutants - Synapsin (Syn97) and Synapse associated protein of 47 kDa (Sap47156). The rationale behind these experiments was to identify genes that were up- or down-regulated due to these mutations. The microarray experiments provided us with several candidate genes some of which we have verified by qPCR. From our qPCR analysis we can conclude that out of the verified genes only Cirl transcripts seem to be reproducibly down regulated in Synapsin mutants. The Cirl gene codes for a calcium independent receptor for latrotoxin. Further qPCR experiments need to be performed to verify other candidate genes. The molecular interactions between CIRL and SYN or their genes should now be investigated in detail. / Teil I Lebewesen müssen beständig ihre äußere Umgebung auswerten, um überleben zu können. Manchmal ändern sich innere Zustände der Tiere, damit sie sich der Außenwelt anpassen. In unseren Untersuchungen wollten wir die Rolle von Aminen untersuchen, die für die Modulation von inneren Zuständen bei Drosophila notwendig sind. Wir haben ein Verhaltensparadigma entwickelt, bei dem die Fliege räumlich fixiert ist, aber auf einem Styroporball laufen kann, der auf einem Luftpolster schwebt. Die Laufaktivität der Fliege wird durch die Ballbewegungen anzeigt. Mit diesem Versuchsaufbau wurde ein operantes Lernparadigma etabliert, bei dem eine Laufrichtung mit Bestrafung durch Hitze gekoppelt wird. Wir konnten feststellen, dass die Tiere schnell den Zusammenhang zwischen dem Auftreten der Bestrafung und der Laufrichtung realisieren und die bestrafte Seite vermeiden. Wurde die eine Laufrichtung nicht mehr bestraft, so vermieden die Fliegen sie nicht mehr. Dies zeigt dass die Fliegen kein Gedächtnis für die bestrafte Richtung ausbilden oder es bei veränderten Bedingungen rasch löschen . Nachdem sich der Versuchsaufbau mit Hitzebestrafung bewährt hatte, wurde versucht, bestimmte Sub-population von Neuronen von Drosophila zu aktivieren, während die Fliege auf dem Ball läuft. Die selektive Aktivierung von Neuronen wurde durch die Expression des lichtaktivierten Jonenkanals Channelrhodopsin-2 (ChR-2) mit Hilfe des Gal4-UAS-System und Beleuchtung der Fliege mit Blaulicht erreicht, das die Kanäle aktiviert. Nun erfolgte eine Kopplung einer Laufrichtung auf dem Ball mit dem Auftreten von blauem Licht. Die Durchführbarkeit derartiger Experimente wurde durch die Aktivierung von zuckersensitiven gustatorischen Rezeptorneuronen getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Tiere bevorzugt die Richtung wählen, welche die Zuckerrezeptorneurone aktiviert. Anschließend aktivierten wir verschiedene Untergruppen von Neuronen des aminergen Systems. In diesem Versuchsaufbau beobachteten wir, dass die Tiere die Laufrichtung vermieden, die gekoppelt war mit der Aktivierung dopaminerger Neurone. Diese Ergebnisse stehen in Übereinstimmung mit Versuchen zum assoziativen Lernen, bei dem Dopamin wahrscheinlich notwendig ist für die Assoziation zwischen dem neutralen Konditionierungsstimulus und dem aversiven unkonditionierten Stimulus. Wenn wir jedoch die tyraminergen/oktopaminergen Neurone aktivierten, konnte keine gerichtete Präferenz nachgewiesen werden. Die Aktivierung dopaminerger und tyraminger/oktopaminerger Neurone führte jedoch zur Aktivitätssteigerung der Tiere, wodurch die erfolgreiche der Aktivierung der Neurone belegt wurde. Die Aktivierung serotonerger Neurone führte ebenfalls zu keinem Effekt in der Präferenz der Tiere. In zukünftigen Experimenten mit dem neu entwickelten Paradigma wäre es interessant, herauszufinden, ob in Insekten auch ein belohnungsabhängiges System existiert, vergleichbar dem von Säugern. So wäre die Identifizierung von Subpopulationen aminerger oder peptiderger Neurone des Belohnungssystems bei Insekten wichtig, da dies nicht in unseren Experimenten entdeckt wurde. Eine weitere interessante Fragestellung wäre, welche Gehirnstruktur die Richtungswahl auf dem Ball vermittelt. Teil II In Zussamenarbeit mit S. Kneitz (IZKF, Würzburg) und T. Nuwal wurde in der vorliegenden Arbeit die genomweite Genexpression einer Synapsin-Mutante (Syn97) und einer Mutante für das Synapsen-assoziierte-Protein von 47kDa (Sap47156) untersucht. Bei beiden Proteinen handelt es sich um präsynaptische Proteine von Drosophila. Ziel dieses Experiments war es, Gene zu identifizieren die aufgrund dieser Mutationen hoch bzw. herunterreguliert vorliegen. Durch das Microarray-Experiment wurden mehrere Kandidatengene entdeckt, wovon einige dieser Gene per qPCR-Versuchen verifiziert wurden. Aufgrund der qPCR-Analysen lässt sich schlussfolgern, dass nur das Cirl-Transkript in den Synapsin-Mutanten reproduzierbar herunterreguliert vorliegt. Das Cirl gene kodiert für einen Calcium independent receptor for Latrotoxin Weitere qPCR-Experimente sind notwendig, um die anderen Kandidatengene zu bestätigen. Die molekularen Interaktionen zwichen CIRL und Synapsin oder ihren Genen müssen nun im Detail untersucht werden.

The synapse-associated protein of 47 kDa (Sap47) in Drosophila melanogaster is the founding member of a phylogenetically conserved protein family of hitherto unknown molecular function. Sap47 is localized throughout the entire neuropil of adult and larval brains and closely associated with glutamatergic presynaptic vesicles of larval motoneurons. Flies lacking the protein are viable and fertile and do not exhibit gross structural or marked behavioral deficiencies indicating that Sap47 is dispensable for basic synaptic function, or that its function is compensated by other related proteins. Syap1 - the mammalian homologue of Sap47 - was reported to play an essential role in Akt1 phosphorylation in various non-neuronal cells by promoting the association of mTORC2 with Akt1 which is critical for the downstream signaling cascade for adipogenesis. The function of Syap1 in the vertebrate nervous system, however, is unknown so far. The present study provides a first description of the subcellular localization of mouse Syap1 in cultured motoneurons as well as in selected structures of the adult mouse nervous system and reports initial functional experiments. Preceding all descriptive experiments, commercially available Syap1 antibodies were tested for their specificity and suitability for this study. One antibody raised against the human protein was found to recognize specifically both the human and murine Syap1 protein, providing an indispensable tool for biochemical, immunocytochemical and immunohistochemical studies. In the course of this work, a Syap1 knockout mouse was established and investigated. These mice are viable and fertile and do not show obvious changes in morphology or phenotype. As observed for Sap47 in flies, Syap1 is widely distributed in the synaptic neuropil, particularly in regions rich in glutamatergic synapses but it was also detected at perinuclear Golgi-associated sites in certain groups of neuronal somata. In motoneurons the protein is especially observed in similar perinuclear structures, partially overlapping with Golgi markers and in axons, dendrites and axonal growth cones. Biochemical and immunohistochemical analyses showed widespread Syap1 expression in the central nervous system with regionally distinct distribution patterns in cerebellum, hippocampus or olfactory bulb. Besides its expression in neurons, Syap1 is also detected in non-neuronal tissue e.g. liver, kidney and muscle tissue. In contrast, non-neuronal cells in the brain lack the typical perinuclear accumulation. First functional studies with cultured primary motoneurons on developmental, structural and functional aspects reveal no influence of Syap1 depletion on survival and morphological features such as axon length or dendritic length. Contrary to expectations, in neuronal tissues or cultured motoneurons a reduction of Akt phosphorylation at Ser473 or Thr308 was not detected after Syap1 knockdown or knockout. / Das Synapsen-assoziierte Protein von 47 kDa (Sap47) in Drosophila melanogaster ist das Gründungsmitglied einer phylogenetisch konservierten Proteinfamilie von unbekannter molekularer Funktion. Sap47 ist im gesamten Neuropil des adulten und larvalen Gehirns lokalisiert und mit glutamatergen, präsynaptischen Vesikeln in larvalen Motoneuronen assoziiert. Fliegen, denen das Protein fehlt, sind lebensfähig und fruchtbar und weisen keine schwerwiegenden strukturellen oder ausgeprägten verhaltensbezogenen Defizite auf, was darauf hinweist, dass Sap47 für eine basale synaptische Funktion entbehrlich ist beziehungsweise das Fehlen seiner Funktion durch andere, eventuell verwandte Proteine, kompensiert werden kann. Über Syap1 - das Säugetierhomolog von Sap47 - wurde berichtet, dass es in verschiedenen nicht-neuronalen Zellen eine essentielle Rolle in der Akt1 Phosphorylierung spielt, indem es die Assoziation von mTORC2 und Akt1 begünstigt, welche für den nachgeschalteten Signalweg bei der Adipogenese essentiell ist. Die Funktion von Syap1 im Vertebraten-Nervensystem ist dagegen bislang unbekannt. Die vorliegende Studie liefert die Erstbeschreibung von neuronalem Syap1 über die subzelluläre Lokalisation des Proteins in kultivierten Motoneuronen sowie die Verteilung in ausgewählten Strukturen des adulten Nervensystems der Maus und beschreibt initiale funktionelle Experimente. Allen beschreibenden Experimenten voran, wurden kommerziell erhältliche Syap1 Antikörper auf ihre Spezifität und Tauglichkeit für diese Studie getestet. Einer der Antikörper, der gegen das humane Protein hergestellt wurde, erkennt spezifisch sowohl das humane, als auch das murine Syap1 Protein und stellt somit ein unentbehrliches Werkzeug für alle biochemischen, immunzytochemischen und immunhistochemischen Untersuchungen dar. Im Zuge der Arbeit wurde eine Syap1-Knockout Maus untersucht, welche vital und fruchtbar ist und keine offensichtlichen Veränderungen in ihrem morphologischen Phänotyp aufweist. Wie auch Sap47 in Fliegen, ist Syap1 im synaptischen Neuropil weit verbreitet, insbesondere in Regionen, die reich an glutamatergen Synapsen sind, aber es wurde auch in einer deutlichen, Golgi-assoziierten Akkumulation in bestimmten Gruppen neuronaler Zellkörper beobachtet. In Motoneuronen wurde das Protein besonders in ähnlichen perinukleären Strukturen detektiert, welche zum Teil mit Golgi Markern überlappen und zudem in Axonen, Dendriten und Wachstumskegeln detektiert. Wie biochemische und immunhistochemische Untersuchungen ergaben, zeigt das Syap1 Protein eine weit verbreitete Expression im zentralen Nervensystem mit Regionen-spezifischem Verteilungsmuster wie es beispielsweise im Kleinhirn, dem Hippocampus oder dem olfaktorischen Bulbus beobachtet wurde. Neben der Expression in Neuronen wurde Syap1 auch in nicht neuronalen Geweben wie der Leber, Niere und im Muskel detektiert. Nicht-neuronalen Zellen im Gehirn fehlte dagegen die typische perinukleäre Akkumulation in immunhistochemischen Färbungen. Erste funktionelle Studien mit kultivierten primären Motoneuronen über entwicklungsbezogene, strukturelle und funktionelle Gesichtspunkte ergaben keinen Einfluss einer Syap1 Depletion auf das Überleben oder morphologische Merkmale wie Axon- oder Dendritenlänge. Entgegen den Erwartungen, wurde nach Syap1 Knockdown oder Knockout in neuronalem Gewebe oder kultivierten Motoneuronen keine Reduktion in der Akt1 Phosphorylierung an Ser473 oder Thr308 detektiert.

Unter der Herzfrequenzvariabilität (HRV) versteht man die physiologischerweise von Schlag zu Schlag auftretenden Schwankungen der Herzfrequenz. Als nicht-invasive Methode kommt die Messung der HRV in verschiedenen Bereichen zur Beurteilung des Zustandes des autonomen Nervensystems zur Anwendung. Ziel der Arbeit war es, den Einfluss verschiedener Hörsituationen auf die HRV zu untersuchen und daraus indirekte Rückschlüsse auf die Höranstrengung zu ziehen. Es wurde der Freiburger Sprachverständlichkeitstest in drei verschiedenen Schalldruckpegeln, nämlich mit 20 dB (SPL), 40 dB (SPL) und 70 dB (SPL) durchgeführt. Die Erfassung der Herzaktivität erfolgte mit Hilfe eines Trainingscomputers mit Pulsmessung über einen Brustgurt. Die Spektralanalyse der RR-Intervalle erfolgte mittels der Software Kubios HRV, für die Auswertung wurden die mittlere Herzfrequenz, die SDNN, die RMSSD und die LF/HF-Ratio verwendet. Die erhaltenen Ergebnisse entsprechen nicht denen einer klassischen Stressreaktion, sondern deuten auf eine Co-Aktivierung von Sympathikus und Parasympathikus hin. Möglicherweise spielen für die Veränderung der HRV-Parameter weniger die Stressreaktion als vielmehr komplexere Vorgänge, wie zum Beispiel die Verarbeitung der akustischen Stimuli im Kortex beziehungsweise das Verstehen und Wiedergeben des Gehörten eine Rolle. Die Parameter der Herzfrequenzvariabilität verändern sich signifikant durch Hören bei verschiedenen Schalldruckpegeln und schriftliches Wiedergeben von Sprachmaterial. Es bedarf jedoch weiterer Untersuchungen, um die genauen Zusammenhänge näher zu untersuchen sowie die verschiedenen Einflussfaktoren, die eine Rolle spielen, zu definieren. / Heart rate variability (HRV) is defined as the fluctuations in the heart rate which occur physiologically from beat to beat. As a non-invasive method, the measurement of HRV is used in various areas to assess the condition of the autonomic nervous system. The aim of this thesis was to investigate the influence of different auditory situations on the HRV and to draw indirect conclusions about the listening effort. The Freiburg speech intelligibility test was performed in three different sound pressure levels, namely 20 dB (SPL), 40 dB (SPL) and 70 dB (SPL). The heart activity was recorded using a training computer with pulse measurement via a chest strap. Spectral analysis of the RR intervals was performed using Kubios HRV software. The mean heart rate, the SDNN, the RMSSD and the LF/HF ratio were used for the evaluation. The results obtained do not correspond to those of a classical stress reaction, but suggest a co-activation of the sympathetic and parasympathetic nervous system. Possibly, not so much the stress reaction but rather more complex processes, such as the processing of the acoustic stimuli in the cortex or the understanding and reproduction of what is heard, play a key role in the change of the HRV parameters. The parameters of heart rate variability significantly change by hearing at various sound pressure levels and by written reproduction of speech material. However, further research is needed to study the exact relationships and to define the diverse influencing factors that play a role.

Zugl.: Berlin, Freie Univ., Diss., 2008