No description available.

The widespread usage of products containing volatile organic compounds (VOC) has lead to a general human exposure to these chemicals in work places or homes being suspected to contribute to the growing incidence of environmental diseases. Since the causal molecular mechanisms for the development of these disorders are not completely understood, the overall objective of this thesis was to investigate VOC-mediated molecular effects on human lung cells in vitro at VOC concentrations comparable to exposure scenarios below current occupational limits. Although differential expression of single proteins in response to VOCs has been reported, effects on complex protein networks (proteome) have not been investigated. However, this information is indispensable when trying to ascertain a mechanism for VOC action on the cellular level and establishing preventive strategies. For this study, the alveolar epithelial cell line A549 has been used. This cell line, cultured in a two-phase (air/liquid) model allows the most direct exposure and had been successfully applied for the analysis of inflammatory effects in response to VOCs. Mass spectrometric identification of 266 protein spots provided the first proteomic map of A549 cell line to this extent that may foster future work with this frequently used cellular model. The distribution of three typical air contaminants, monochlorobenzene (CB), styrene and 1,2 dichlorobenzene (1,2-DCB), between gas and liquid phase of the exposure model has been analyzed by gas chromatography. The obtained VOC partitioning was in agreement with available literature data. Subsequently the adapted in vitro system has been successfully employed to characterize the effects of the aromatic compound styrene on the proteome of A549 cells (Chapter 4). Initially, the cell toxicity has been assessed in order to ensure that most of the concentrations used in the following proteomic approach were not cytotoxic. Significant changes in abundance and phosphorylation in the total soluble protein fraction of A549 cells have been detected following styrene exposure. All proteins have been identified using mass spectrometry and the main cellular functions have been assigned. Validation experiments on protein and transcript level confirmed the results of the 2-DE experiments. From the results, two main cellular pathways have been identified that were induced by styrene: the cellular oxidative stress response combined with moderate pro-apoptotic signaling. Measurement of cellular reactive oxygen species (ROS) as well as the styrene-mediated induction of oxidative stress marker proteins confirmed the hypothesis of oxidative stress as the main molecular response mechanism. Finally, adducts of cellular proteins with the reactive styrene metabolite styrene 7,8 oxide (SO) have been identified. Especially the SO-adducts observed at both the reactive centers of thioredoxin reductase 1, which is a key element in the control of the cellular redox state, may be involved in styrene-induced ROS formation and apoptosis. A similar proteomic approach has been carried out with the halobenzenes CB and 1,2-DCB (Chapter 5). In accordance with previous findings, cell toxicity assessment showed enhanced toxicity compared to the one caused by styrene. Significant changes in abundance and phosphorylation of total soluble proteins of A549 cells have been detected following exposure to subtoxic concentrations of CB and 1,2-DCB. All proteins have been identified using mass spectrometry and the main cellular functions have been assigned. As for the styrene experiment, the results indicated two main pathways to be affected in the presence of chlorinated benzenes, cell death signaling and oxidative stress response. The strong induction of pro-apoptotic signaling has been confirmed for both treatments by detection of the cleavage of caspase 3. Likewise, the induction of redox-sensitive protein species could be correlated to an increased cellular level of ROS observed following CB treatment. Finally, common mechanisms in the cellular response to aromatic VOCs have been investigated (Chapter 6). A similar number (4.6-6.9%) of all quantified protein spots showed differential expression (p<0.05) following cell exposure to styrene, CB or 1,2-DCB. However, not more than three protein spots showed significant regulation in the same direction for all three volatile compounds: voltage-dependent anion-selective channel protein 2, peroxiredoxin 1 and elongation factor 2. However, all of these proteins are important molecular targets in stress- and cell death-related signaling pathways. / Die vermehrte Verwendung von Produkten, welche flüchtige organische Substanzen (VOC - volatile organic compound) enthalten, hat eine generelle Exposition der Bevölkerung mit diesen Substanzen an Arbeitsplätzen aber auch in Wohnräumen bedingt. VOCs stehen im Verdacht, zur zunehmenden Inzidenz umweltbedingter Erkrankungen beizutragen. Da die molekularen Ursachen dieser Erkrankungen bisher noch unverstanden sind, war es ein übergeordnetes Ziel dieser Arbeit, VOC-vermittelte molekulare Effekte in menschlichen Lungenepithelzellen anhand eines in vitro Modells zu untersuchen. Dabei sollten vor allem Konzentrationen unterhalb der gültigen Arbeitsplatzgrenzwerte untersucht werden. Obwohl Effekte auf einzelne Proteine bekannt sind, wurden bisher keine Effekte der VOC-Exposition auf das komplexe Netzwerk der zellulären Proteine (Proteom) untersucht. Dieses Wissen ist essentiell, um induzierte zelluläre Mechanismen zu verstehen und Strategien zu deren Vermeidung zu entwickeln. Für die hier durchgeführten Untersuchungen wurde die Lungenepithelzelllinie A549 in einem Zweiphasenexpositionsmodell eingesetzt. Dieses ermöglichte eine möglichst direkte zelluläre Exposition und wurde bereits erfolgreich verwendet, um durch VOC hervorgerufene Entzündungseffekte zu identifizieren. Die massen-spektrometrische Identifikation von 266 Proteinflecken lieferte die erste umfassende Proteomkarte der A549 Zelllinie, welche nachfolgende Untersuchungen mit diesem häufig verwendeten Zelltyp erleichtern wird. Zusätzlich wurde die Verteilung der drei gängigen Luftkontaminanten Chlorbenzol (CB), Styrol and 1,2-Dichlorobenzol (1,2-DCB) zwischen den beiden Phasen (gas/flüssig) des Expositionsmodells gaschromatographisch bestimmt. Die Verteilung entsprach den verfügbaren Literaturdaten. Anschließend wurde das modifizierte Expositionsmodell erfolgreich eingesetzt, um styrol-vermittelte Effekte auf das Proteom der A549 Zellen zu charakterisieren (Kapitel 4). Zu Beginn erfolgte die Erfassung der Zelltoxizität der Substanz, um sicher zu stellen, daß der überwiegende Teil der späteren Expositionsexperimente mit subtoxischen Konzentrationen durchgeführt wird. Es konnte eine signifikant veränderte Expression und Phosphorylierung der löslichen Proteinfraktion der A549 Zellen als Reaktion auf die Styrolexposition festgestellt werden. Die regulierten Proteine wurden massenspektrometrisch identifiziert und ihre wichtigsten Funktionen wurden zugewiesen. Validierungsexperimente auf Protein- und auf Transkriptebene bestätigten die 2-DE Ergebnisse. Insgesamt konnte die zelluläre Reaktion durch die styrol-vermittelte Induktion zweier zentraler Mechanismen erklärt werden: oxidativer zellulärer Stress und beginnende Apoptose. Folgeexperimente wie die Messung der Menge der zellulären reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und die Induktion von redox-sensitiven Markerproteinen konnte die Hypothese eines styrol-induzierten oxidativen Milieus bestätigen. Schließlich wurden Proteinaddukte des reaktiven Styrolmetaboliten Styrol 7,8 epoxide (SO) identifiziert. Besonders die SO-Addukte, welche and den beiden aktiven Zentren der Thioredoxin Reduktase 1 gefunden wurden könnten eine wichtige Rolle bei der styrol-induzierten ROS-Bildung sowie der beginnenden Apoptose spielen. In Analogie zum Styrolexperiment wurden die Effekte der halogenierten Benzole CB und 1,2-DCB untersucht (Kapitel 5). Es konnten ebenfalls sämtliche Proteine identifiziert und die wichtigsten zellulären Funktionen zugewiesen werden. Diese Substanzen modulierten ebenfalls apoptotische Signalwege und die zelluläre Antwort auf oxidativen Streß. Der beobachtete starke pro-apoptotische Effekt konnte für beide Substanzen mit der Spaltung der Caspase 3 nachgewiesen werden. Weiterhin konnte für CB die Induktion redox-sensitiver Proteinspezies mit einem beobachteten höherem Gehalt an ROS erklärt werden. Schließlich wurden ähnliche Mechanismen der zellulären Antwort auf die Exposition mit den drei untersuchten aromatischen VOCs diskutiert (Kapitel 6). Alle getesteten VOCs verursachten eine vergleichbare differentielle Expression (p<0,05) von 4,6-6,9% aller quantifizierten Proteinspezies. Nur drei Proteinspots wurden dabei gemeinsam für alle VOCs reguliert: voltage-dependent anion-selective channel protein 2, peroxiredoxin 1 and elongation factor 2. Allerdings gehören diese drei Proteine zu wichtigen zellulären Zielstrukturen der Signalwege für Stressantwort und Zelltod.

Background: Increased numbers of intestinal E. coli are observed in inflammatory bowel disease, but the reasons for this proliferation and it exact role in intestinal inflammation are unknown. Aim of this PhD-project was to identify E. coli proteins involved in E. coli’s adaptation to the inflammatory conditions in the gut and to investigate whether these factors affect the host. Furthermore, the molecular basis for strain-specific differences between probiotic and harmful E. coli in their response to intestinal inflammation was investigated. Methods: Using mice monoassociated either with the adherent-invasive E. coli (AIEC) strain UNC or the probiotic E. coli Nissle, two different mouse models of intestinal inflammation were analysed: On the one hand, severe inflammation was induced by treating mice with 3.5% dextran sodium sulphate (DSS). On the other hand, a very mild intestinal inflammation was generated by associating interleukin 10-deficient (IL-10-/-) mice with E. coli. Differentially expressed proteins in the E. coli strains collected from caecal contents of these mice were identified by two-dimensional fluorescence difference gel electrophoresis. Results DSS-experiment: All DSS-treated mice revealed signs of a moderate caecal and a severe colonic inflammation. However, mice monoassociated with E. coli Nissle were less affected. In both E. coli strains, acute inflammation led to a downregulation of pathways involved in carbohydrate breakdown and energy generation. Accordingly, DSS-treated mice had lower caecal concentrations of bacterial fermentation products than the control mice. Differentially expressed proteins also included the Fe-S cluster repair protein NfuA, the tryptophanase TnaA, and the uncharacterised protein YggE. NfuA was upregulated nearly 3-fold in both E. coli strains after DSS administration. Reactive oxygen species produced during intestinal inflammation damage Fe-S clusters and thereby lead to an inactivation of Fe-S proteins. In vitro data indicated that the repair of Fe-S proteins by NfuA is a central mechanism in E. coli to survive oxidative stress. Expression of YggE, which has been reported to reduce the intracellular level of reactive oxygen species, was 4- to 8-fold higher in E. coli Nissle than in E. coli UNC under control and inflammatory conditions. In vitro growth experiments confirmed these results, indicating that E. coli Nissle is better equipped to cope with oxidative stress than E. coli UNC. Additionally, E. coli Nissle isolated from DSS-treated and control mice had TnaA levels 4- to 7-fold higher than E. coli UNC. In turn, caecal indole concentrations resulting from cleavage of tryptophan by TnaA were higher in E. coli Nissle- associated control mice than in the respective mice associated with E. coli UNC. Because of its anti-inflammatory effect, indole is hypothesised to be involved in the extension of the remission phase in ulcerative colitis described for E. coli Nissle. Results IL-10-/--experiment: Only IL-10-/- mice monoassociated with E. coli UNC for 8 weeks exhibited signs of a very mild caecal inflammation. In agreement with this weak inflammation, the variations in the bacterial proteome were small. Similar to the DSS-experiment, proteins downregulated by inflammation belong mainly to the central energy metabolism. In contrast to the DSS-experiment, no upregulation of chaperone proteins and NfuA were observed, indicating that these are strategies to overcome adverse effects of strong intestinal inflammation. The inhibitor of vertebrate C-type lysozyme, Ivy, was 2- to 3-fold upregulated on mRNA and protein level in E. coli Nissle in comparison to E. coli UNC isolated from IL-10-/- mice. By overexpressing ivy, it was demonstrated in vitro that Ivy contributes to a higher lysozyme resistance observed for E. coli Nissle, supporting the role of Ivy as a potential fitness factor in this E. coli strain. Conclusions: The results of this PhD-study demonstrate that intestinal bacteria sense even minimal changes in the health status of the host. While some bacterial adaptations to the inflammatory conditions are equal in response to strong and mild intestinal inflammation, other reactions are unique to a specific disease state. In addition, probiotic and colitogenic E. coli differ in their response to the intestinal inflammation and thereby may influence the host in different ways. / Hintergrund: Chronisch entzündliche Darmerkrankungen zeichnen sich unter anderem durch eine starke Proliferation intestinaler E. coli aus. Unbekannt ist jedoch, ob diese Vermehrung eine Ursache oder eine Folge der Erkrankung darstellt. Ziel der vorliegenden Doktorarbeit war es daher, E. coli-Proteine zu identifizieren, welche der Anpassung an die entzündlichen Bedingungen im Darmtrakt dienen und unter Umständen einen Effekt auf den Gesundheitszustand des Wirtes haben. Weiterhin sollten die molekularen Ursachen für stammesspezifische Unterschiede zwischen probiotischen und gesundheitsschädlichen E. coli näher untersucht werden. Methoden: In den tierexperimentellen Analysen wurden keimfreie Mäuse entweder mit dem probiotischen E. coli Nissle oder dem adhärent-invasiven E. coli UNC monoassoziiert und in zwei verschiedenen Entzündungsmodellen näher untersucht. Einerseits wurde eine starke Darmentzündung durch die Gabe von 3,5% Natrium-Dextransulfat (DSS) ausgelöst. Andererseits wurde in Interleukin 10-defizienten (IL-10-/-) Mäusen eine sehr milde Form der Entzündung durch Besiedlung mit E. coli induziert. Die E. coli Bakterien wurden am Ende der Versuche aus den Caecuminhalten der Mäuse isoliert und die bakterielle Proteinexpression wurde mittels zwei-dimensionaler Gelelektrophorese analysiert. Ergebnisse des DSS-Versuchs: Alle Tiere des DSS-Versuchs entwickelten unabhängig vom E. coli Stamm, mit dem sie besiedelt waren, eine moderate Entzündung im Caecum und eine starke im Colon, wobei die Entzündungsreaktion durch die Monoassoziation mit E. coli Nissle leicht abgeschwächt wurde. In beiden E. coli Stämmen führte die Darmentzündung zu einer verringerten Expression von Enzymen des Kohlenhydratabbaus und der Energiegewinnung. In Folge dessen waren die intestinalen Konzentrationen bakterieller Fermentationsprodukte in den entzündeten Tieren geringer als in den gesunden Kontrolltieren. Weitere differentiell exprimierte Proteine umfassen das Fe-S- Cluster Reparaturprotein NfuA, die Tryptophanase TnaA und das uncharakterisierte Protein YggE. In beiden E. coli Stämmen, welche aus den DSS-Tieren isoliert wurden, war das NfuA Protein dreifach höher exprimiert. Eine Darmentzündung führt zu einer vermehrten Bildung reaktiver Sauerstoffspezies, welche die Fe-S-Cluster in Eisen-Schwefel-Proteinen zerstören und damit zu einer Inaktivierung dieser Proteine führen. In vitro Untersuchungen bestätigten, dass die Reparatur der Eisen-Schwefel-Proteine durch NfuA ein wichtiger Mechanismus ist um oxidativem Stress entgegenzuwirken. Das YggE Protein, welches laut Literaturangaben einen hemmenden Einfluss auf die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies hat, war in E. coli Nissle 4- bis 8-fach erhöht (verglichen mit E. coli UNC unter Kontroll- und Entzündungsbedingungen). In vitro Versuche bestätigten diese Daten und zeigten, dass E. coli Nissle im Vergleich zu E. coli UNC eine erhöhte Resistenz gegenüber oxidativem Stress aufweist. Außerdem wurde im Vergleich E. coli Nissle vs. E. coli UNC (unter Entzündungs- und Kontrollbedingungen) ein 4- bis 7-fach erhöhter TnaA-Gehalt nachgewiesen. Indol, das Produkt der TnaA-katalysierten Tryptophanspaltung wurde in erhöhten Mengen im Intestinaltrakt E. coli Nissle-assoziierter Kontrolltiere detektiert. Seit längerem werden entzündungshemmende Eigenschaften für Indol postuliert, die aufgrund der Ergebnisse dieser Doktorarbeit nun auch mit den gesundheitsfördenden Eigenschaften von E. coli Nissle in Zusammenhang gebracht werden können. Ergebnisse des IL-10-/-- Versuchs: Nach einer 8-wöchigen Assoziationsdauer wurde nur in den mit E. coli UNC besiedelten IL-10-/- Tieren eine schwache Entzündungsreaktion nachgewiesen. Bedingt durch diese sehr schwach ausgeprägte Entzündungsantwort waren auch die Veränderungen im bakteriellen Proteom von E. coli UNC nur gering. Wie im DSS-Versuch waren Proteine des bakteriellen Energiestoffwechsels reprimiert, allerdings wurde keine Induktion von NfuA beobachtet. Daher scheint die Induktion von NfuA nur der Anpassung an eine starke Entzündung zu dienen. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass E. coli Nissle aus IL-10-/- Tieren den Hemmer für das vertebrate C-Typ Lysozym (Ivy) sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene stärker exprimiert als E. coli UNC. Überexpression von Ivy unter in vitro Bedingungen zeigte, dass es an der erhöhten Lysozymresistenz von E. coli Nissle beteiligt ist und somit eine Rolle als möglicher Fitnessfaktor von E. coli Nissle spielt. Schlussfolgerungen: In dieser Doktorarbeit wurde gezeigt, dass Darmentzündungen die Proteinexpression eines im Darm lebenden Bakteriums beeinflussen. Einige der aufgedeckten bakteriellen Anpassungsreaktionen werden sowohl bei einer starken als auch bei einer schwachen Entzündung ausgelöst; andere wiederum sind spezifisch für nur einen dieser Entzündungszustände. Weiterhin wurde deutlich, dass sich E. coli-Stämme hinsichtlich ihrer Reaktion auf eine Darmentzündung unterscheiden und damit möglicherweise den Wirt beeinflussen. 

No description available.

Diet is a major force influencing the intestinal microbiota. This is obvious from drastic changes in microbiota composition after a dietary alteration. Due to the complexity of the commensal microbiota and the high inter-individual variability, little is known about the bacterial response at the cellular level. The objective of this work was to identify mechanisms that enable gut bacteria to adapt to dietary factors. For this purpose, germ-free mice monoassociated with the commensal Escherichia coli K-12 strain MG1655 were fed three different diets over three weeks: a diet rich in starch, a diet rich in non-digestible lactose and a diet rich in casein. Two dimensional gel electrophoresis and electrospray tandem mass spectrometry were applied to identify differentially expressed proteins of E. coli recovered from small intestine and caecum of mice fed the lactose or casein diets in comparison with those of mice fed the starch diet. Selected differentially expressed bacterial proteins were characterised in vitro for their possible roles in bacterial adaptation to the various diets. Proteins belonging to the oxidative stress regulon oxyR such as alkyl hydroperoxide reductase subunit F (AhpF), DNA protection during starvation protein (Dps) and ferric uptake regulatory protein (Fur), which are required for E. coli’s oxidative stress response, were upregulated in E. coli of mice fed the lactose-rich diet. Reporter gene analysis revealed that not only oxidative stress but also carbohydrate-induced osmotic stress led to the OxyR-dependent expression of ahpCF and dps. Moreover, the growth of E. coli mutants lacking the ahpCF or oxyR genes was impaired in the presence of non-digestible sucrose. This indicates that some OxyR-dependent proteins are crucial for the adaptation of E. coli to osmotic stress conditions. In addition, the function of two so far poorly characterised E. coli proteins was analysed: 2 deoxy-D gluconate 3 dehydrogenase (KduD) was upregulated in intestinal E. coli of mice fed the lactose-rich diet and this enzyme and 5 keto 4 deoxyuronate isomerase (KduI) were downregulated on the casein-rich diet. Reporter gene analysis identified galacturonate and glucuronate as inducers of the kduD and kduI gene expression. Moreover, KduI was shown to facilitate the breakdown of these hexuronates, which are normally degraded by uronate isomerase (UxaC), altronate oxidoreductase (UxaB), altronate dehydratase (UxaA), mannonate oxidoreductase (UxuB) and mannonate dehydratase (UxuA), whose expression was repressed by osmotic stress. The growth of kduID-deficient E. coli on galacturonate or glucuronate was impaired in the presence of osmotic stress, suggesting KduI and KduD to compensate for the function of the regular hexuronate degrading enzymes under such conditions. This indicates a novel function of KduI and KduD in E. coli’s hexuronate metabolism. Promotion of the intracellular formation of hexuronates by lactose connects these in vitro observations with the induction of KduD on the lactose-rich diet. Taken together, this study demonstrates the crucial influence of osmotic stress on the gene expression of E. coli enzymes involved in stress response and metabolic processes. Therefore, the adaptation to diet-induced osmotic stress is a possible key factor for bacterial colonisation of the intestinal environment. / Sowohl Humanstudien als auch Untersuchungen an Tiermodellen haben gezeigt, dass die Ernährung einen entscheidenden Einfluss auf die Zusammensetzung der Darmmikrobiota hat. Aufgrund der Komplexität der Mikrobiota und der inter individuellen Unterschiede sind die zellulären Mechanismen, die dieser Beobachtung zugrunde liegen, jedoch weitgehend unbekannt. Das Ziel dieser Arbeit war deshalb, Anpassungsmechanismen von kommensalen Darmbakterien auf unterschiedliche Ernährungsfaktoren mittels eines simplifizierten Modells zu untersuchen. Dazu wurden keimfreie Mäuse mit Escherichia coli MG1655 besiedelt und drei Wochen mit einer stärkehaltigen, einer laktosehaltigen oder einer kaseinhaltigen Diät gefüttert. Mittels zwei dimensionaler Gelelektrophorese und Elektrospray Ionenfallen-Massenspektrometrie wurde das Proteom der intestinalen E. coli analysiert und differentiell exprimierte bakterielle Proteine in Abhängigkeit der gefütterten Diät identifiziert. Die Funktion einiger ausgewählter Proteine bei der Anpassung von E. coli auf die jeweilige Diät wurde im Folgenden in vitro untersucht. E. coli Proteine wie z.B. die Alkylhydroperoxid Reduktase Untereinheit F (AhpF), das DNA Bindeprotein Dps und der eisenabhängige Regulator Fur, deren Expression unter der Kontrolle des Transkriptionsregulators OxyR steht, wurden stärker exprimiert, wenn die Mäuse mit der laktosehaltigen Diät gefüttert wurden. Reportergenanalysen zeigten, dass nicht nur oxidativer Stress, sondern auch durch Kohlenhydrate ausgelöster osmotischer Stress zu einer OxyR abhängigen Expression der Gene ahpCF and dps führte. Weiterhin wiesen E. coli Mutanten mit einer Deletion der ahpCF oder oxyR Gene ein vermindertes Wachstum in Gegenwart von nicht fermentierbarer Saccharose auf. Das spricht dafür, dass OxyR abhängige Proteine eine wichtige Rolle bei der Anpassung von E. coli an osmotischen Stress spielen. Weiterhin wurde die Funktion von zwei bisher wenig charakterisierten E. coli Proteinen untersucht: die 2 Deoxy D Glukonate 3 Dehydrogenase (KduD) wurde im Darm von Mäusen, die mit der laktosehaltigen Diät gefüttert wurden, induziert, während dieses Protein und die 5 Keto 4 Deoxyuronate Isomerase (KduI) nach Fütterung der kaseinhaltigen Diät herunterreguliert wurden. Mittels Reportergenanalysen wurde gezeigt, dass Galakturonat und Glukuronat die kduD und kduI Expression induzierten. KduI begünstigte die Umsetzung dieser Hexuronate. In E. coli wird die Umsetzung von Galakturonat und Glukuronat typischerweise von den Enzymen Uronate Isomerase (UxaC), Altronate Oxidoreduktase (UxaB), Altronate Dehydratase (UxaA), Mannonate Oxidoreduktase (UxuB) und Mannonate Dehydratase (UxuA) katalysiert. Weitere Experimente verdeutlichten, dass osmotischer Stress die Expression der Gene uxaCA, uxaB und uxuAB verminderte. Darüber hinaus zeigten kduID defiziente E. coli Mutanten in Gegenwart von Galakturonat oder Glukuronat und durch Saccharose ausgelösten osmotischen Stress eine Verlangsamung des Wachstums. Das deutet darauf hin, dass KduI und KduD die durch osmotischen Stress bedingten Funktionseinschränkungen der regulären hexuronatabbauenden Enzyme kompensieren. Die beobachtete Bildung von intrazellulären Hexuronaten während des Laktosekatabolismus in vitro stellt eine Verbindung zu dem ursprünglichen Tierexperiment her und deutet darauf hin, dass der Ernährungsfaktor Laktose die Verfügbarkeit von Hexuronat für intestinale E. coli beeinflusst. Diese Studie weist somit den Einfluss von osmotischem Stress auf die Expression von OxyR abhängigen Genen, die für Stressantwortproteine sowie für metabolische Enzymen kodieren, in E. coli nach. Durch Nahrungsfaktoren entstandener osmotischer Stress stellt demnach einen entscheidenden Faktor für die bakterielle Kolonisation des Darmes dar.

Hohenheim, Univ., Diss., 2006.

München, Techn. Univ., Diss., 2004.

Proteomics is the large-scale study of proteins, particularly their structures and functions. Proteomics has been utilized in medicine for investigation of disease mechanisms and biomarker discovery. Instrumental methods cover sample preparation, protein and peptide separation and mass spectrometry. At present, there is no proteomic method that can be used as universal for every sample. Analytical methods need to be adapted and optimized for certain samples. The aim of this work was to create methodic procedures and to interpret results of experimental and clinical research. The first part of the thesis includes experiments utilizing proteomics to study changes in the plasma proteome clinically relevant porcine model of sepsis-induced peritonitis. Proteomic analyzes were also starting methodological strategies in experiments aimed at kidney physiology and pathophysiology of acute kidney injury during sepsis. Renal biopsies were analyzed in order to study the time course of proteome changes caused by sepsis and surgery. The second part of the thesis contains experiments studying biocompatibility. A method for elution of proteins interacting with adsorbents used in extracorporeal liver support system and with hemodialyzer capillaries was prepared. Analysis of proteins adsorbed to polysulfone...

Es gliomes sont des tumeurs cérébrales associées à une mortalité élevée. Le glioblastome multiforme (GBM) est la forme la plus fréquente des tumeurs cérébrales primaires. Malgré une prise en charge thérapeutique optimale constituée d'une chirurgie, d'une radiochimiothérapie concomitante et d'une chimiothérapie adjuvante, la survie médiane est de 15 mois. Ceci s'explique surtout par le potentiel infiltratif de ces tumeurs. Il est donc difficile de réaliser une exérèse chirurgicale totale, ce qui entraine une récidive quasi-systématique avec l'apparition de chimiorésistance. Ces phénomènes de résistances associés à une importante toxicité des molécules cytotoxiques mettent en évidence l'importance de rechercher de nouvelles stratégies thérapeutiques. Parmi ces dernières, les anticorps monoclonaux thérapeutiques sont très prometteurs, leurs actions ciblées limitent la toxicité au niveau du tissu sain. Cependant ces nouvelles thérapies manquent cruellement de suivi. L'apparition d'effets secondaires graves remet en cause leur intérêt. C'est pourquoi ces nouvelles thérapies, bien qu'efficaces, doivent être contrôlées par l'intermédiaire de biomarqueurs compagnons ce qui permettrait une meilleure efficience de la molécule. Le bevacizumab en est un bon exemple, de par une pharmacocinétique interindividuelle variable (de 11 à 50 jours) et une absence d'adaptation de la posologie on constate l'apparition d'effets secondaires (phlébite, hémorragie) qui entrainent l'arrêt du traitement. Or, ces effets secondaires pourraient être limités par un simple suivi de la concentration sérique de bevacizumab. De plus, dans le cas particulier des GBM, la présence de la barrière hémato-encéphalique (BHE) nécessite de développer de nouvelles stratégies pour favoriser une meilleure biodistrubution de molécules au niveau de la tumeur cérébrale. De ce fait, nous avons étudié l'efficacité d'un contournement de la BHE mécanique par une administration localisée directement dans la tumeur. Et dans cette étude préclinique, une amélioration significative de la médiane de survie des animaux ayant eu un traitement par CED (Convection Enhanced Delivery) par rapport à une administration intrapéritonéale. Enfin, dans le but de proposer une technique innovante de criblage de biomarqueurs compagnons, nous avons mis en place une stratégie innovante de marquage isotopique in vivo afin d'étudier la dynamique du protéome tumoral en réponse au traitement. Cette stratégie, déjà validée, est en cours de transfert chez l'homme dans l'étude du métabolisme des GBM. / Gliomas are brain tumors associated with important mortality. Glioblastoma multiforme (GBM) is the most frequent of primary brain tumors. Despite an optimal therapeutic management consists that includes surgery, radiotherapy plus concomitant and adjuvant chemotherapy, the median survival is 15 months. This, is mainly due to the presence of infiltrative tumor cells that hamper total surgical excision, and leads to relapse with the emergence of drug resistance. This highlights the importance of seeking new therapeutic strategies.Of these, therapeutic monoclonal antibodies are very promising. Their targeted actions limit the toxicity to healthy tissue. However, these new therapies are desperately short of monitoring. The appearance of serious side effects is a present challenge to their use. In consequences, these targeted therapies, even effective, have to be controlled via companion’s biomarkers that would provide better monitoring of the molecule. Bevacizumab is a good illustration for the existence of interindividual pharmacokinetic variability (11 to 50 days). In addition to its effect on the therapy efficiency, this inte variability must be also considered for side effects (phlebitis, hemorrhage) that lead to failure of treatment. However, these side effects could be limited by a simple monitoring of serum concentration of bevacizumab.Moreover, in the specific case of GBM, the action to the blood-brain barrier (BBB) requires the development of new strategies to promote a better bio-distribution of molecules in the brain tumor. Therefore, we investigated the effectiveness of a mechanical bypass of BBB in experimental brain tumors by a localized administration directly in the tumor. In this preclinical study, a significant improvement in median survival of animals treated with convection-enhanced delivery (CED) versus intraperitoneal administration was demonstrated.Finally, in order to offer an innovative technique of companion’s biomarkers screening, we have implemented an isotope labeling in vivo in order to study the dynamics of the proteome in tumor response to treatment. This strategy has already been released and is being transferred in humans in the study of the metabolism of GBM.

SKIP and BIR/Survivin are evolutionarily conserved proteins. SKIP is a known transcription and splicing cofactor while BIR-1/Survivin regulates cell division, gene expression and development. Loss of function of C. elegans SKIP (SKP-1) and BIR-1 induces overlapping developmental phenotypes. In order to uncover the possible interactions of SKP-1 and BIR-1 on the protein level, we screened the complete C. elegans mRNA library using the yeast two-hybrid system. These experiments identified partially overlapping categories of proteins as SKP-1 and BIR-1 interactors. The interacting proteins included ribosomal proteins, transcription factors, translation factors and cytoskeletal and motor proteins suggesting involvement of the two studied proteins in multiple protein complexes. To visualize the effect of BIR-1 on the proteome of C. elegans we induced a short time pulse BIR-1 overexpression in synchronized L1 larvae. This led to a dramatic alteration of the whole proteome pattern indicating that BIR-1 alone has the capacity to alter the chromatographic profile of many target proteins including proteins found to be interactors in yeast two hybrid screens. The results were validated for ribosomal proteins RPS-3, RPL-5, non-muscle myosin and TAC-1, a transcription cofactor and a centrosome associated...