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Die vorliegende publikationsbasierte Dissertationsschrift erörtert auf der Basis experimenteller Untersuchungen im Tiermodell die Auswirkungen von Stress auf die Zytokinproduktion und depressionsähnliches Verhalten. Außerdem wird getestet, ob die Blockade des Zytokins Tumornekrosefaktor-α (TNF‑α) eine Möglichkeit zur antidepressiven Intervention darstellt. Einleitend werden die Zusammenhänge von Stress, Zytokinen und Depression referiert sowie das hypothetische Modell erläutert, das den publizierten Untersuchungen zugrunde liegt. Es wird hypothetisiert, dass Stress zur Erhöhung der Produktion proinflammatorischer Zytokine führt und dass die vermehrte Zytokinproduktion depressive Verhaltensweisen hervorruft. Aus dieser Annahme leitet sich die Möglichkeit ab, durch Blockade der Wirkung des proinflammatorischen Zytokins TNF‑α antidepressive Effekte zu erzielen. In den beiden Arbeiten „The impact of social isolation on immunological parameters in rats“ (Archives of Toxicology) und „Stress-induced cytokine changes in rats“ (European Cytokine Network) wurde der Einfluss von sozialer Isolation, chronischem, milden und akutem Stress auf die Zytokinproduktion untersucht. In diesen Untersuchungen führten die verschiedenen Stressarten zu einer Modulation der Produktion proinflammatorischer Zytokine. Die dritte Publikation „Antidepressant effects of TNF‑α blockade in an animal model of depression“ (Journal of Psychiatric Research) berichtet von einem Experiment, in dem untersucht wurde, ob der TNF‑α-Inhibitor Etanercept antidepressive Effekte aufweist. Tatsächlich zeigte sich unter Etanercept ein Rückgang des depressionsähnlichen Verhaltens im forced swim test (FST) analog zu Verhaltensänderungen durch das in Tierversuchen als Standard-Antidepressivum geltende Imipramin. Die Autoren schlussfolgern, dass das Zytokinsystem durch Stress moduliert wird und so in die pathophysiologische Entwicklung einer Depression involviert sein könnte. Zytokininhibitoren könnten eine neue Klasse der Antidepressiva bei Therapieresistenz werden, wenn sich die Ergebnisse dieser Tierversuche in Studien an Probanden und an Patienten replizieren lassen.

A number of studies have demonstrated the pivotal role of collagen in modulating cell growth and differentiation. In bone, where the extracellular matrix is composed of approximately 85% type I collagen, cellular interaction with matrix components has been shown to be important in the regulation of the osteoblast phenotype. Preservation or enhancement of normal osteoblast function and appositional bone formation after implant placement represents a strategy that can be useful for the purpose of improving osseointegration. In order to further improve biocompatibility, we combined two known favorable compounds, namely the titanium alloy, Ti6A14V, with type I collagen. We assessed the in vitro behavior of primary osteoblasts grown on both fibrillar collagen-coated and tropocollagen-coated Ti6A14V in comparison with uncoated titanium alloy, using an improved adsorption procedure. As parameters of biocompatibility, a variety of processes, including cell attachment, spreading, cytoskeletal organization, focal contact formation, proliferation and expression of a differentiated phenotype, were investigated. Our results demonstrated for the first time that in comparison to uncoated titanium alloy, collagen-coated alloy enhanced spreading and resulted in a more rapid formation of focal adhesions and their associated stress fibers. Growing on collagen-coated Ti6A14V, osteoblasts had a higher proliferative capacity and the intracellular expression of osteopontin was upregulated compared to uncoated titanium alloy. Type I collagen-coated titanium alloy exhibits favorable effects on the initial adhesion and growth activities of osteoblasts, which is encouraging for its potential use as bone graft material. Moreover, collagen type I may serve as an excellent biocompatible carrier for osteotropic factors such as cell adhesion molecules (e.g. fibronectin) or bone-specific growth factors. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

A number of studies have demonstrated the pivotal role of collagen in modulating cell growth and differentiation. In bone, where the extracellular matrix is composed of approximately 85% type I collagen, cellular interaction with matrix components has been shown to be important in the regulation of the osteoblast phenotype. Preservation or enhancement of normal osteoblast function and appositional bone formation after implant placement represents a strategy that can be useful for the purpose of improving osseointegration. In order to further improve biocompatibility, we combined two known favorable compounds, namely the titanium alloy, Ti6A14V, with type I collagen. We assessed the in vitro behavior of primary osteoblasts grown on both fibrillar collagen-coated and tropocollagen-coated Ti6A14V in comparison with uncoated titanium alloy, using an improved adsorption procedure. As parameters of biocompatibility, a variety of processes, including cell attachment, spreading, cytoskeletal organization, focal contact formation, proliferation and expression of a differentiated phenotype, were investigated. Our results demonstrated for the first time that in comparison to uncoated titanium alloy, collagen-coated alloy enhanced spreading and resulted in a more rapid formation of focal adhesions and their associated stress fibers. Growing on collagen-coated Ti6A14V, osteoblasts had a higher proliferative capacity and the intracellular expression of osteopontin was upregulated compared to uncoated titanium alloy. Type I collagen-coated titanium alloy exhibits favorable effects on the initial adhesion and growth activities of osteoblasts, which is encouraging for its potential use as bone graft material. Moreover, collagen type I may serve as an excellent biocompatible carrier for osteotropic factors such as cell adhesion molecules (e.g. fibronectin) or bone-specific growth factors. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Spectral karyotyping (SKY) is a widely used methodology to identify genetic aberrations. Multicolor fluorescence in situ hybridization using chromosome painting probes in individual colors for all metaphase chromosomes at once is combined with a unique spectral measurement and analysis system to automatically classify normal and aberrant chromosomes. Based on countless studies and investigations in many laboratories worldwide, numerous new chromosome translocations and other aberrations have been identified in clinical and tumor cytogenetics. Thus, gene identification studies have been facilitated resulting in the dissection of tumor development and progression. For example, different translocation partners of the TEL/ETV6 transcription factor that is specially required for hematopoiesis within the bone marrow were identified. Also, the correct classification of complex karyotypes of solid tumors supports the prognostication of cancer patients. Important accomplishments for patients with genetic diseases, leukemias and lymphomas, mesenchymal tumors and solid cancers are summarized and exemplified. Furthermore, studies of disease mechanisms such as centromeric DNA breakage, DNA double strand break repair, telomere shortening and radiation-induced neoplastic transformation have been accompanied by SKY analyses. Besides the hybridization of human chromosomes, mouse karyotyping has also contributed to the comprehensive characterization of mouse models of human disease and for gene therapy studies. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Die neonatale Hypoxie, als Schwangerschafts- und Geburtskomplikation, ist der wichtigste prädisponierende Umweltfaktor in der Pathophysiologie der Schizophrenie. Sie führt zu einer Schädigung des Gehirns und einer Störung der Hirnentwicklung. Insgesamt sind die neurobiologischen Auswirkungen, insbesondere auf die Zellproliferation, unklar. Im Tiermodell konnten bereits Verhaltensauffälligkeiten ähnlich der Schizophrenie, infolge chronischer neonataler Hypoxie, festgestellt werden. Störungen in der Zellentwicklung könnten hierfür die Ursache sein. Die Hypothese, dass der Beginn der abnormalen Hirnentwicklung perinatal liegt, während erste klinische Symptome im frühen Erwachsenenalter manifest werden, unterstützt diese Ergebnisse. Die Hirnentwicklung der Ratte ist in der frühen postnatalen Periode vergleichbar mit der eines menschlichen Fötus im dritten Trimenon der Schwangerschaft und eignet sich daher pathologische Prozesse im zentralen Nervensystem des Menschen zu reflektieren. In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe postnataler Hypoxie die neuronale Zellproliferation in 20 männlichen Wistar-Ratten zu unterschiedlichen Zeitpunkten (postnataler Tag 13 und 39) untersucht. Die Hypoxietiere wurden vom postnatalen Tag vier bis acht einer Hypoxie, bestehend aus 11% O2 und 89% N2, ausgesetzt. Mit Hilfe der Bromodeoxyuridin-Peroxidasefärbung wurde die Zellproliferation in Hypoxie-vulnerablen Hirnregionen untersucht. Hierzu gehören der Gyrus cinguli, das Striatum, der Gyrus dentatus und die subventrikuläre Zone. Als Vergleich diente eine unbehandelte Kontrollgruppe. Durch ein Mikroskop mit Schrittmotorsystem und Stereo Investigator Software (MicroBrightField, UK) und der Optical Fractionator-Methode konnte erstmals festgestellt werden, dass Hypoxie-behandelte Tiere eine um 20% erhöhte Zellproliferation im Gyrus cinguli am postnatalen Tag 13 aufwiesen. Des Weiteren zeigte sich bei den Hypoxie-behandelten Tieren ein um 16% reduziertes Volumen im Striatum am postnatalen Tag 13. Am postnatalen Tag 39 zeigten sich keine signifikanten Unterschiede mehr. Diese Ergebnisse zeigen, dass ein vorübergehender Einfluss chronischer Hypoxie auf die Zellproliferation und das Volumen angenommen werden kann und das das Gehirn innerhalb gewisser Grenzen während der neuronalen Entwicklung tolerant gegenüber exogenen Noxen wie Hypoxie zu sein scheint. Die Ergebnisse bestätigen auch, dass nur ein kleiner Teil der Hypoxie-assoziierten Geburtskomplikationen zu einer Schizophrenie führt und der Erkrankung eine multifaktorielle Gen-Umwelt-Interaktion zugrunde liegt. Zukünftig könnte es, mit der besseren Kenntnis neurobiologischer Auswirkungen von Umweltfaktoren und genetischen Faktoren im Gehirn, möglich werden die Schizophrenie frühzeitiger zu erkennen und zu behandeln sowie behindernde Symptome zu reduzieren.

HINTERGRUND: Im Zustand der Herzinsuffizienz sind die Plasmaspiegel des atrialen natriuretischen Peptids (ANP) erhöht. ANP wird durch Herzmuskelzellen bei atrialer (und dadurch kardiomyozytärer) Dehnung freigesetzt. Eine Reihe von Plasmafaktoren, welche bei der Herzinsuffizienz aktiviert sind, bewirken ebenfalls eine ANP-Freisetzung durch die Interaktion mit G(alpha-q)-gekoppelten Rezeptoren und der daraus resultierenden Aktivierung der Proteinkinase C (PKC). Ziel der vorliegenden Studie war es, im Vergleich von normalen und insuffizienten Rattenherzen die dehnungsinduzierte ANP-Sekretion sowie die Rolle der PKC bei der basalen ANP-Freisetzung zu analysieren. METHODIK: Durch Anlegen eines infrarenalen aortokavalen Shunts (4 Wochen) wurde eine volumeninduzierte Herzinsuffizienz in Wistar Ratten erzeugt. Die ANP-Freisetzung wurde am isoliert, retrograd perfundierten Herzmodell analysiert. Durch Umstellen auf anterograde Perfusion (Perfusionsdruck: 10mmHg) wurde eine atriale De! hnung induziert. Die Aktivierung der PKC fand durch Zugabe von PMA (Phorbol-12-Myristat-13-Azetat) zum Perfusat im Vergleich zu Vehikel statt. Alle Versuchsreihen wurden mit Herzen von shunt- sowie scheinoperierten Tieren durchgeführt. ERGEBNISSE UND DISKUSSION: Nach Shuntoperation war die ANP-Basalfreisetzung deutlich gesteigert und könnte die erhöhten ANP-Plasmaspiegel bei Patienten mit Herzinsuffizienz erklären. Dagegen wurde durch atriale Dehnung (als adäquaten Freisetzungsreiz am gesunden Herzen) keine weitere Steigerung der ANP-Freisetzung in der Shuntgruppe bewirkt. Die ANP-Freisetzung am insuffizienten Herzen ist im Vergleich zur normalen Herzfunktion somit verändert. Unter PKC-Stimulation sank die Freisetzung von ANP in der Shuntgruppe erheblich ab, wogegen es in der Kontrollgruppe zu keiner signifikanten Änderung der ANP-Sekretion kam. Damit wurde der Verdacht erhärtet, dass die Proteinkinase C in die abweichende Regulation der ANP-Freisetzung bei Herzinsuffizie! nz involviert ist. / BJECTIVE: Plasma levels of atrial natriuretic peptide (ANP) are markedly increased in congestive heart failure. ANP has been shown to be released by cardiomyocytes during atrial (and thereby cardiomyocytical) stretch. Several factors that are activated in heart failure as well enhance ANP release through the interaction with G(alpha-q)-coupled receptors and the consequent activation of proteinkinase C (PKC). The goal of this study was to analyse stretch induced ANP secretion and to investigate the involvement of PKC in the regulation of ANP release in heart failure compared to normal hearts. METHODS: Volume overload induced heart failure was produced by an infrarenal aortocaval shunt (4 weeks) in Wistar rats. ANP release was analysed in an isolated retrogradly perfused heart preparation. Atrial stretch was induced by switching to anterograd perfusion (perfusion pressure: 10mmHg). For PKC activation PMA (phorbol 12 myristate 13 acetate) was added to the perfusate and compar! ed to vehicle treatment. All experiments were performed with shunt and sham operated rats. RESULTS AND CONCLUSIONS: After shunt operation ANP baseline release was considerably augmented and could thus explain elevated ANP plasma levels in heart failure patients. In contrast, atrial stretch as an adequate secretion stimulus in control hearts did not further enhance ANP release in hearts of shunt operated animals. The ANP secretion in heart failure therefore seems to differ from the ANP secretion in the healthy state. Stimulation of PKC markedly decreased ANP release in the shunt group, whereas it did not have any significant effect on ANP release in the control group. In conclusion, the role of the proteinkinase C in ANP release differs between normal and failing hearts and seems to be involved in the deviating regulation of ANP release in states of heart failure.

Die Expression von Haupthistokompatibilitätsantigenen auf der Zelloberfläche kernhaltiger Zellen ist die Hauptursache für die Detektion durch das Immunsystem und die Rejektion allogener Transplantate. Eine vielversprechende Strategie, die MHC-I-Expression auf der Zelloberfläche zu senken, ist der Einsatz intrazellulär lokalisierter Antikörpern, sogenannter Intrabodies. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals versucht, eine die Expression an MHC-I-Molekülen auf der Zelloberfläche durch den Einsatz von anti-MHC-I-Intrabodies zu verhindern. Ein Hauptproblem in der Transplantation ist der Mangel an geeignetem Spendermaterial. Um diesem Zustand entgegenzuwirken, wird versucht, adäquaten Organersatz durch Tissue Engineering bereitzustellen. Die in vitro-Züchtung autologer epithelialer Zellen zur Generierung transplantierbarer Hautstücke spielt heute bereits eine große Rolle bei der Transplantation artifizieller Gewebe. Ferner werden diverse vollsynthetische Materialien für diesen Zweck hergestellt. Eine Verbesserung in diesen Bereich würde die Generierung von nicht-immunogenen allogenen Keratinozyten darstellen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden primäre Rattenkeratinozyten mit anti-MHC-I-Intrabodies transfiziert. Diese Zellen zeigten einen MHC-I-"knock-out"-Phänotyp - eine starke Expression der Intrabodies war jedoch essentiell für die vollständige Zurückhaltung aller MHC-I-Moleküle in der Zelle. Neben der Applikation von Intrabodies in Rattenkeratinozyten konnte die MHC-I-Expression auf der Zelloberfläche von 293-Zellen und primären humanen Keratinozyten ebenfalls durch die Expression von anti-MHC-I-Intrabodies vermindert werden. Im Vergleich mit dem ebenfalls MHC-I-bindenden adenoviralen Protein p19 bewirkten die eingesetzten anti-MHC-I-Intrabodies bei gleich starker Expression eine wesentlich stärkere "Downregulation" der MHC-I-Oberflächenexpression von 293-Zellen. Intrabody-exprimierende Zellen zeigten keine signifikanten morphologischen oder physiologischen Veränderungen gegenüber untransfizierten Zellen: Wachstum, die Expression anderer Oberflächenmoleküle und morphologische Erscheinung waren unverändert. Es konnte lediglich eine verstärkte intrazelluläre Akkumulation von MHC-I-Molekülen detektiert werden. Die funktionelle Bedeutung der MHC-I-"Downregulation" durch Intrabodies konnte durch die stark verminderte zytolytische Aktivität zytotoxischer T-Zellen gegenüber Intrabody-exprimierender Rattenkeratinozyten im Vergleich zu unmodifizierten Zellen gezeigt werden. In der vorliegenden Arbeit ist es erstmals gelungen, Zellen mit einem vollständigen MHC-I-"knock-out"-Phänotyp zu erzeugen - bisherige Modifikationen der MHC-I-Oberflächenexpression durch die Generierung _2-Mikroglobulin- oder TAP-defizienter Mäuse führte zu keinem restlosen Verlust der Klasse-I-Moleküle auf der Zelloberfläche. MHC-I-"downregulierte" Keratinozyten könnten in der Hauttransplantation anstelle der limitiert zur Verfügung stehenden autologen Zellen eingesetzt werden oder in Kombination mit synthetischen Materialien verwendet werden, wo sie durch die Sekretion von heilungsfördernden Faktoren eine Verbesserung des Wundheilungsprozesses bewirken würden. / The expression of major histocompatibility antigens on the surface of eucaryotic cells is the predominant reason for immunologic detection and the rejection of allogeneic transplants. A promising strategy to lower the MHC I expression on the cell surface is the use of intracellular localized antibodies, termed intrabodies. In this work it has been tried for the first time to prevent the expression of MHC class I molecules on the cell surface by intrabody expression. A major problem in transplantation is the shortage of suitable donor material. To overcome this situation tissue engineering has and will continue to enlarge the scope of organ grafting. Today, the in vitro culture of autologous epithelial cells to generate transplantable skin sheets plays an important role in the transplantation of artificial tissues. Furthermore various fully synthetic materials are produced for transplantation. An improvement in this field could be the generation of non-immunogeneic allogeneic keratinocytes. Within this work primary rat keratinocytes have been transfected with anti-MHC-I-Intrabodies. These cells show a MHC I "knockout" phenotype - yet a strong intrabody expression was essential for the complete retention of all MHC I molecules inside the cell. Besides the application of intrabodies in keratinocytes the MHC I expression on the surface of 293 cells and human primary keratinocytes could be reduced by anti-MHC I intrabodies as well. In comparison with the also employed adenoviral protein p19 the applied intrabodies generated at the same expression level a much stronger down-regulation of the MHC I surface expression of 293 cells. Intrabody expressing cells did not show any significant morphologic or physiologic alterations compared to untransfected cells: growth, the expression of other surface molecules and the morphological appearance were unaltered. Merely an enhanced intracellular accumulation of MHC I molecules could be detected. The functional relevance of the MHC I down-regulation by intrabodies could be shown by the strong diminished cytolytic activity of cytotoxic T cells to intrabody expressing rat keratinocytes in comparison to unmodified cells. In this work cells with a completely MHC I knock-out phenotype has been successfully generated for the first time - modifications of the MHC I surface expression by generation of _2-microglobulin or TAP deficient mice did not lead to a complete loss of all MHC I molecules on the cell surface so far. MHC I down-regulated keratinocytes could be employed in skin transplantation instead of the limited available autologous cells or utilized in combination with synthetic materials where they would induce an improvement of the healing process by the secretion of cytokines.

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