Gefährdete Spezies in Menschenobhut zu reproduzieren und zu erhalten soll dem weltweiten Rückgang zahlreicher Papageienarten entgegenwirken. Der Erfolg solcher Zuchtprogramme wird unter anderem durch begrenzte Kenntnisse über physiologische und pathologische Vorgänge im Fortpflanzungssystem dieser Vogelordnung erschwert. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Etablierung aussagekräftiger Parameter zur Einordnung des Reproduktionsstatus von männlichen Papageienvögeln. Dabei wurde ein Probenumfang fixierter, männlicher Reproduktionsorgane acht verschiedener Gattungen mit standardisierten histologischen und immunzytochemischen Methoden untersucht. Im Vordergrund stand die morphologische Beurteilung der untersuchten Gonaden im Bezug auf Fortpflanzungsaktivität und -status. Gleichzeitig sollten die immunzytochemischen Analysen Aufschluss über die beteiligten Hormone und Enzyme geben. Für die Etablierung vogel-spezifischer Marker wurde als Vertreter der Psittaciformes der Wellensittich (Melopsittacus undulatus, n=45) als Modellspezies ausgewählt. 15 verschiedene Antikörper aus der Gruppe der Steroidrezeptoren, steroidogenen Enzyme, Relaxinpeptide und Proliferationsmarker wurden an dieser Art getestet. Anschließend erfolgte der Transfer der erarbeiteten Methodik auf sieben weitere Papageiengattungen (Nymphicus, Eolophus, Cacatua, Psittacus, Amazona, Ara, Cyanopsitta). Anhand der Histologie konnten alle untersuchten Gonaden den drei verschiedenen Reproduktionsstadien aktiv, intermediär und inaktiv zugeordnet werden. Hierbei wurden Kriterien wie die Ausdehnung von Samenkanälchen und Interstitium, Morphologie des Keimepithels, Vorhandensein von Lipofuszin in den Samenkanälchen sowie die Teilungsaktivität von Keimzellen herangezogen. Aktive Hoden zeigen ausgedehnte Tubuli und ein schmales Interstitium, ein Keimepithel mit allen Keimzellstadien, wenig Lipofuszin und eine hohe Teilungsaktivität bei den Keimzellen. Inaktive Hoden hingegen besitzen schmale Tubuli und ein breites Interstitium, ein Keimepithel bestehend aus Sertoli-Zellen und Spermatogonien, Massen an Lipofuszin im Lumen der Samenkanälchen und eine geringe Proliferationsrate der Keimzellen. 14 der 15 getesteten Marker konnten mittels Immunzytochemie erfolgreich am Wellensittich etabliert werden. Hinsichtlich der Einordnung des Reproduktionsstatus war in erster Linie ein Absinken der steroidogenen Enzymaktivität von 3β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase (HSD) und 17β-HSD-2 bei sexuell inaktiven gegenüber aktiven und intermediären Tieren zu verzeichnen. Auch der Androgenrezeptor (AR) wurde im Ruhestadium nicht mehr exprimiert. Die übrigen Steroidrezeptoren, steroidogenen Enzyme und Relaxinpeptide zeigten variable zelluläre Verteilungsmuster, die keine klare Aussage zum Fortpflanzungsstatus zuließen. Dennoch konnten anhand der Lokalisation dieser Faktoren in Keimzellen, somatischen Zellen des Hodens und Zellen des Nebenhodenepithels funktionelle Gesichtspunkte geklärt werden. Beispielsweise zeigte die Koexistenz des Östrogenrezeptors ERα und des steroidogenen Enzyms Aromatase in Hoden und Nebenhoden, dass nicht nur androgene Einflüsse in die Steuerung der Gonaden involviert sind. Auch der erstmalige Nachweis von Relaxin, Relaxin-like factor und ihren Rezeptoren in testikulären und epididymalen Zellen deutet darauf hin, dass diese die Funktion der beim Vogel nicht vorhandenen Prostata übernehmen. Zudem ist der Transfer der etablierten immunzytochemischen Methoden auf sieben weitere Papageiengattungen (Nymphicus, Eolophus, Cacatua, Psittacus, Amazona, Ara, Cyanopsitta) gelungen. Auch hier konnten 14 Marker in verschiedenen Zellen von Hoden und Nebenhoden sichtbar gemacht werden. Die teilweise heterogene Verteilung der Marker in verschiedenen Zelltypen war eindeutig spezies-abhängig. Dies hat gezeigt, dass die beim Wellensittich mittels Immunzytochemie erzielten Resultate nur eingeschränkt auf andere Papageienspezies übertragbar sind. Entscheidend für die Beurteilung des Reproduktionsstatus ist daher die individuelle Auswahl der Marker in Abhängigkeit von der untersuchten Spezies. Die Resultate dieser Studie liefern die Grundlage für weitere Forschungsansätze in der Reproduktionsdiagnostik von Papageienvögeln. Zum einen können die etablierten Marker in Analyse-Systemen zum Einsatz kommen, die nicht-invasiv gewonnene Medien (z. B. Faezes) untersuchen und vor allem in Zuchterhaltungsprogrammen bedrohter Arten hilfreich sind. Zum anderen ist die immunzytochemische Untersuchung von Hodenbioptaten pathologisch veränderter Hoden (z. B. Tumoren oder Entzündungen) als eine sinnvolle Ergänzung der Diagnostik von Infertilität bei männlichen Psittaziden anzusehen.

Die primäre Nebennierenrinden-Insuffizienz ist ein potenziell lebensbedrohliches Krankheitsbild. Die frühzeitige Diagnosestellung sowie Einleitung einer adäquaten Therapie sind ebenso essenziell wie die Klärung der Ätiologie. Bei Kindern ist die Krankheit vornehmlich genetisch bedingt, jedoch gelingt die Identifikation der genetischen Ursache in bis zu 30% der Fälle nicht. Auch bei unserer Indexpatientin konnte in den bisher mit der Nebennierenrinden-Insuffizienz assoziierten Genen keine Mutation, die die Krankheit erklärt, identifiziert werden. Infolgedessen wurden Gesamtgenomsequenzierungen der Patientinnen-DNA sowie der DNA der Eltern durchgeführt. Dabei wurde eine heterozygote de novo Stop-Mutation c.136C>T (p.Gln46*) im NXNL1-Gen identifiziert. Da oxidativer Stress als Pathomechanismus der Nebennierenrindeninsuffizienz bekannt ist und bereits gezeigt wurde, dass NXNL1 in der Retina eine Rolle in der Redoxhomöostase spielt, gerieten dieses Gen sowie die Stop-Mutation in den Fokus der Untersuchungen. Im Rahmen der Arbeit wurde das durch NXNL1 codierte gleichnamige Protein NXNL1 bezüglich Lokalisation, Funktion unter oxidativem Stress sowie Einfluss auf die Steroidbiosynthese in der Nebennierenrinde untersucht. Zeitgleich wurde evaluiert, ob die bei der Patientin detektierte Stop-Mutation die Lokalisation und Funktion des Proteins beeinflusst. Infolge fehlender Expression des Gens in herkömmlichen Zelllinien wurden mittels stabiler Transfektion von NCI-295R - sowie NCI-H295RA-Zellen mit NXNL1-WT- bzw. NXNL1-Q46*-Vektor-DNA adrenokortikale Zellmodelle generiert. Mittels Immunfluoreszenz konnte gezeigt werden, dass NXNL1 sowohl im Zytosol als auch im Zellkern der stabil transfizierten NCI-H295R- sowie NCI-H295RA-Klone lokalisiert ist. Weiterhin führte die stabile Transfektion mit NXNL1-WT-DNA zum verbesserten Überleben unter oxidativem Stress. Der Nachweis des aufgrund der Stop-Mutation verkürzten NXNL1 gelang weder im Western Blot noch mittels Immunfluoreszenz. Der Schutz des Zellüberlebens, den NXNL1 in stabil mit NXNL1-WT-DNA transfizierten Zellen unter oxidativem Stress bot, ging infolge der Stop-Mutation verloren. Interessanterweise hatte sowohl die Transfektion mit NXNL1-WT-DNA als auch mit NXNL1-Q46*-DNA Einfluss auf das Glutathionsystem der adrenokortikalen Zellklone unter oxidativem Stress. Die Abnahme der GSH/GSSG-Ratio sowie Zunahme der GSSG-Konzentration waren unter oxidativem Stress bei den untersuchten Klonen signifikant geringer als bei den Vergleichszellen. Auf die Steroidbiosynthese der adrenokortikalen Zellen hatte weder die Transfektion mit NXNL1-WT- noch mit NXNL1-Q46*-DNA nachweislichen Einfluss, sodass die vorliegende Arbeit Hinweise dafür liefert, dass NXNL1 in der Nebennierenrinde das Zellüberleben unter oxidativem Stress schützen kann, jedoch keine spezifische Funktion im Hormonstoffwechsel hat. Es ist denkbar, dass die Stop-Mutation im NXNL1 infolge des fehlenden Schutzes des Zellüberlebens unter oxidativem Stress bei der Indexpatientin zur Nebennierenrinden-Insuffizienz beigetragen haben kann. Bei einer vornehmlich autosomal rezessiv vererbten Krankheit wie der Nebennierenrinden-Insuffizienz ist es dennoch unwahrscheinlich, dass die heterozygote Stop-Mutation allein zur Krankheit führte. Dass ein ebenfalls in der Gesamtgenomsequenzierung detektierter Polymorphismus im Exon 2 des NXNL1 c.461A>T (p.Glu154Val) zusammen mit der Stop-Mutation in Exon 1 zu einem compound heterozygoten Vererbungsmuster geführt haben könnte, wurde ausgeschlossen. Um zu überprüfen, ob weitere Mutationen die Nebennierenrinden-Insuffizienz bei der Patientin bedingen, wurden zusätzlich eine Trio Analyse sowie optische Genomkartierung durchgeführt. Dabei wurden Mutationen in mehreren Genen detektiert, darunter SRCAP und INPP5B, deren Einfluss auf die Nebennierenrinden-Insuffizienz nicht genauer untersucht wurde und fraglich bleibt. Ein modulierender Einfluss ist denkbar. Trotz der weitreichenden Untersuchungen konnte nicht abschließend geklärt werden, inwiefern die Stop Mutation im NXNL1 zur Nebennierenrinden-Insuffizienz bei der Patientin beigetragen hat. Es wurde deutlich, dass die ätiologische Klärung insbesondere genetischer Krankheiten komplex und die Klärung der Krankheitsursache auch nach eingehender Untersuchung nicht immer möglich ist. Dennoch wird mit der Untersuchung neuer genetischer Varianten im Zusammen-hang mit seltenen Krankheiten ein wichtiger Beitrag geleistet, um den mensch¬lichen Organismus auf molekularer Ebene zu verstehen. / Primary adrenal insufficiency (PAI) is a potential life-threatening disease. Early diagnosis and initiation of an adequate therapy are just as essential as clarifying the etiology. In children, the disease is mainly genetically caused. However, the causing mutation remains unclear in up to 30% of cases. In our index case no disease-causing mutation in genes that are known to cause PAI was found either. Whole genome sequencing of the patients‘ and her parents‘ DNA revealed that the patient carries a heterozygous de novo stop mutation in NXNL1 (c.136C>T, p.Gln46*). Since oxidative stress is a known pathomechanism in PAI and NXNL1 plays a role in redox homeostasis, it was assumed that the mutation found in the index patient might contribute to PAI. In these studies, NXNL1 and its coded protein were investigated regarding localisation, function under oxidative stress conditions and influence on steroidogenesis in the human adrenal gland. Furthermore, it was evaluated, if the stop mutation found in our patient, influences the regular localization and function of NXNL1. Since NXNL1 was not expressed by conventional cell lines, cell models were generated via stable transfection. Adrenocortical NCI-H295R and NCI-H295RA cells were transfected either with NXNL1-wild type (WT) or NXNL1-Q46* vector DNA. It was shown that WT-NXNL1 is located in the cytoplasm, as well as in the nucleus of the adrenocortical cell clones. Furthermore, stable transfection with NXNL1-WT-DNA led to better survival under oxidative stress conditions. It was impossible to detect the mutated NXNL1 using Western blot and immunofluorescence. Furthermore, with NXNL1-Q46*-DNA transfected cells were not able to increase cell viability under oxidative stress. Interestingly, transfection with NXNL1-WT-DNA as well as transfection with NXNL1-Q46*-DNA influenced the glutathione system of the adrenocortical cells under oxidative stress conditions. The decrease of GSH/GSSG ratio and increase of GSSG concentration were significantly lower in transfected cells than in control cells under oxidative stress conditions. Neither transfection with NXNL1-WT-, nor with NXNL1-Q46*-DNA had proven influence on steroidogenesis of adrenocortical cells. Thus, the present work indicates that NXNL1 can protect cell survival under oxidative stress in adrenocortical cells but has no specific function in the adrenal hormone metabolism. Therefore, it is possible, that the mutation detected in NXNL1 could have contributed to patients PAI not directly through disrupting steroidogenesis but due to the lack of protection of cell survival under oxidative stress conditions. Since PAI is usually inherited in an autosomal recessive manner it is suspected that the heterozygous mutation in NXNL1 did not contribute to PAI alone. It was excluded that a polymorphism detected in Exon 2 of NXNL1 (c.461A>T, p.Glu154Val) was inherited compound heterozygous, together with the stop mutation. In order to investigate whether further mutations could have contributed to PAI in the patient, trio analysis and optical genome mapping were performed. With these methods mutations in various genes such as SRCAP and INPP5B were detected, which were not examined in detail. Even if the influence of these variants remains unclear, modulating effects are possible. Despite the extensive investigations, it could not be clarified to what extent the stop mutation in NXNL1 contributed to PAI in the patient. This shows once more, how complex it is to answer the question of etiology, especially in genetically caused diseases. Nevertheless, investigating new genetic variants related to rare diseases contributes to better understanding of the human organism on a molecular level.

Gefährdete Spezies in Menschenobhut zu reproduzieren und zu erhalten soll dem weltweiten Rückgang zahlreicher Papageienarten entgegenwirken. Der Erfolg solcher Zuchtprogramme wird unter anderem durch begrenzte Kenntnisse über physiologische und pathologische Vorgänge im Fortpflanzungssystem dieser Vogelordnung erschwert. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Etablierung aussagekräftiger Parameter zur Einordnung des Reproduktionsstatus von männlichen Papageienvögeln. Dabei wurde ein Probenumfang fixierter, männlicher Reproduktionsorgane acht verschiedener Gattungen mit standardisierten histologischen und immunzytochemischen Methoden untersucht. Im Vordergrund stand die morphologische Beurteilung der untersuchten Gonaden im Bezug auf Fortpflanzungsaktivität und -status. Gleichzeitig sollten die immunzytochemischen Analysen Aufschluss über die beteiligten Hormone und Enzyme geben. Für die Etablierung vogel-spezifischer Marker wurde als Vertreter der Psittaciformes der Wellensittich (Melopsittacus undulatus, n=45) als Modellspezies ausgewählt. 15 verschiedene Antikörper aus der Gruppe der Steroidrezeptoren, steroidogenen Enzyme, Relaxinpeptide und Proliferationsmarker wurden an dieser Art getestet. Anschließend erfolgte der Transfer der erarbeiteten Methodik auf sieben weitere Papageiengattungen (Nymphicus, Eolophus, Cacatua, Psittacus, Amazona, Ara, Cyanopsitta). Anhand der Histologie konnten alle untersuchten Gonaden den drei verschiedenen Reproduktionsstadien aktiv, intermediär und inaktiv zugeordnet werden. Hierbei wurden Kriterien wie die Ausdehnung von Samenkanälchen und Interstitium, Morphologie des Keimepithels, Vorhandensein von Lipofuszin in den Samenkanälchen sowie die Teilungsaktivität von Keimzellen herangezogen. Aktive Hoden zeigen ausgedehnte Tubuli und ein schmales Interstitium, ein Keimepithel mit allen Keimzellstadien, wenig Lipofuszin und eine hohe Teilungsaktivität bei den Keimzellen. Inaktive Hoden hingegen besitzen schmale Tubuli und ein breites Interstitium, ein Keimepithel bestehend aus Sertoli-Zellen und Spermatogonien, Massen an Lipofuszin im Lumen der Samenkanälchen und eine geringe Proliferationsrate der Keimzellen. 14 der 15 getesteten Marker konnten mittels Immunzytochemie erfolgreich am Wellensittich etabliert werden. Hinsichtlich der Einordnung des Reproduktionsstatus war in erster Linie ein Absinken der steroidogenen Enzymaktivität von 3β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase (HSD) und 17β-HSD-2 bei sexuell inaktiven gegenüber aktiven und intermediären Tieren zu verzeichnen. Auch der Androgenrezeptor (AR) wurde im Ruhestadium nicht mehr exprimiert. Die übrigen Steroidrezeptoren, steroidogenen Enzyme und Relaxinpeptide zeigten variable zelluläre Verteilungsmuster, die keine klare Aussage zum Fortpflanzungsstatus zuließen. Dennoch konnten anhand der Lokalisation dieser Faktoren in Keimzellen, somatischen Zellen des Hodens und Zellen des Nebenhodenepithels funktionelle Gesichtspunkte geklärt werden. Beispielsweise zeigte die Koexistenz des Östrogenrezeptors ERα und des steroidogenen Enzyms Aromatase in Hoden und Nebenhoden, dass nicht nur androgene Einflüsse in die Steuerung der Gonaden involviert sind. Auch der erstmalige Nachweis von Relaxin, Relaxin-like factor und ihren Rezeptoren in testikulären und epididymalen Zellen deutet darauf hin, dass diese die Funktion der beim Vogel nicht vorhandenen Prostata übernehmen. Zudem ist der Transfer der etablierten immunzytochemischen Methoden auf sieben weitere Papageiengattungen (Nymphicus, Eolophus, Cacatua, Psittacus, Amazona, Ara, Cyanopsitta) gelungen. Auch hier konnten 14 Marker in verschiedenen Zellen von Hoden und Nebenhoden sichtbar gemacht werden. Die teilweise heterogene Verteilung der Marker in verschiedenen Zelltypen war eindeutig spezies-abhängig. Dies hat gezeigt, dass die beim Wellensittich mittels Immunzytochemie erzielten Resultate nur eingeschränkt auf andere Papageienspezies übertragbar sind. Entscheidend für die Beurteilung des Reproduktionsstatus ist daher die individuelle Auswahl der Marker in Abhängigkeit von der untersuchten Spezies. Die Resultate dieser Studie liefern die Grundlage für weitere Forschungsansätze in der Reproduktionsdiagnostik von Papageienvögeln. Zum einen können die etablierten Marker in Analyse-Systemen zum Einsatz kommen, die nicht-invasiv gewonnene Medien (z. B. Faezes) untersuchen und vor allem in Zuchterhaltungsprogrammen bedrohter Arten hilfreich sind. Zum anderen ist die immunzytochemische Untersuchung von Hodenbioptaten pathologisch veränderter Hoden (z. B. Tumoren oder Entzündungen) als eine sinnvolle Ergänzung der Diagnostik von Infertilität bei männlichen Psittaziden anzusehen.