In multizellulären Organismen bilden Epithel- und Endothelzellen die äußere Begrenzung innerer und äußerer Körperoberflächen bzw. kleiden die Blutgefäße aus. So schaffen sie abgegrenzte Organkompartimente mit individuellen, der jeweiligen Funktion angepassten Bedingungen. Dazu muss die parazelluläre Diffusion von Stoffen eingeschränkt werden. Die Abdichtung des parazellulären Spalts erfolgt durch tight junctions (TJ). Claudine (Cld) bilden das strukturelle Rückgrat der TJ. Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmalig gezeigt, dass einzelne Aminosäuren der zweiten extrazellulären Schleife (2. EZS) eines Claudins für die parazelluläre Dichtigkeit essentiell sind. Da endogene TJ-Stränge fast ausschließlich aus mindestens zwei verschiedenen Claudinen aufgebaut sind, wurde die Wirkung von Aminosäuresubstitutionen in der 2. EZS von Cld5 auf die parazelluläre Dichtigkeit in einer claudinheterogenen Umgebung analysiert. Dafür wurden verschiedene Cld5-Mutanten stabil in MDCK-II-Zellen exprimiert. Die Aminosäuresubstitutionen in der 2. EZS von Cld5 führten nicht nur zum Verlust der durch Cld5wt bedingten parazellulären Abdichtung, sondern darüber hinaus zu einer geringeren parazellulären Dichtigkeit im Vergleich zur Vektorkontrolle. In einem weiteren Teil dieser Arbeit wurde mit einem Peptid, dessen Sequenz der C-terminalen Hälfte der 1. EZS von Cld1 entsprach (Cld153-81), eine reversible Öffnung der TJ von epithelialen Zelllinien erzielt. Mit dem N-terminal verkürzten Clostridium perfringens Enterotoxin-Fragment CPE194-319 wurde ebenfalls eine Reduktion der parazellulären Dichtigkeit von Epithelzellen erzielt. Insgesamt tragen die Untersuchungen dieser Arbeit zu einem besseren Verständnis der durch Claudine vermittelten Abdichtung des parazellulären Spalts bei. Darüber hinaus bieten Cld153-81 und CPE194-319 neue Perspektiven für eine gezielte therapeutische Öffnung der TJ, um beispielsweise die Wirkstoffzufuhr ins Gehirn zu verbessern. / Epithelial and endothelial cells form the external lining of outer and inner body surfaces and blood vessels of multicellular organisms. Thus, they create separate compartments each exhibiting an environment optimally adjusted to their respective function. To build up such compartments epithelial and endothelial cells have to restrict the paracellular diffusion of substances. The paracellular cleft is sealed by tight junctions (TJ). In electron microscopical images TJs appear as a network of intermembranous strands in the apical region of the lateral cell membrane of epithelial and endothelial cells. Claudins (Cld) form the structural backbone of TJs. The present study provided evidence for the first time that single amino acids of the second extracellular loop (ECL) of a claudin are essential for the paracellular tightness of epithelial cells. The effect of single amino acid substitutions of the second ECL of Cld5 were studied in cells expressing various other endogenous claudins except Cld5. Point mutants of Cld5 were stably expressed in MDCK-II cells. While the expression of Cld5wt caused increased paracellular tightness, this effect was completely abolished by the Cld5 point mutants. Furthermore, the mutants even decreased the paracellular permeation of certain substances compared with the vector control. Further findings of the present study demonstrated that a peptide corresponding to the C-terminal half of the first ECL of Cld1 is capable of opening the TJ in a reversible manner. Using an N-terminal fragment of clostridium perfringens enterotoxin (CPE194-319) a reduction of the paracellular tightness of epithelial cells was demonstrated. Taken together, the findings of the present study contribute to a better understanding of the sealing of the paracellular cleft by claudins. Furthermore, Cld153-81 und CPE194-319 open new perspectives for a targeted therapeutic opening of the TJs suited for enhancing the transport of active substances into diseased tissue.

Die tight junction schränken die Diffusion durch den parazellulären Raum in Epithel- und Endothelzellschichten für viele Moleküle stark ein. Dadurch behindern sie die Aufnahme von wasserlöslichen Medikamenten in das dahinterliegende Gewebe. Zwei Proteine, die am tight junction Aufbau mitwirken, sind Zonula Occludens Protein 1 (ZO-1) und Occludin. Eine Öffnung der tight junctions stellt eine Möglichkeit für die Verabreichung von Medikamenten dar. Deshalb wurden die tight junction Proteine ZO-1 und Occludin auf ihre Funktion, Struktur und Regulation untersucht. Für die Interaktion beider Proteine gab es ein Modell, welches eine Oligomerisierung der Bindungspartner als Voraussetzung ihrer Interaktion über helikale Wechselwirkungen vorhersagte. Die Annahmen aus dem Modell der Interaktion von ZO-1 und Occludin konnten experimentell bestätigt werden. Für den C-Terminus von Occludin wurde darüber hinaus eine Interaktion über Disulfidbrücken nachgewiesen. Diese Interaktion könnte in der Zelle von pathologischer Bedeutung bei Schlaganfall und Ischchämie sein. Beide Erkrankungen verursachen eine Öffnung der tight junction im Zusammenhang mit oxidativem Stress. ZO-1 bindet über PDZ Domänen eine Vielzahl von tight junction Proteinen, die an der Abdichtung des parazellulären Raums beteiligt sind. Deshalb wurde die Interaktion und Regulation der PDZ-Domänen aus ZO-1 untersucht. Eine Phosphorylierung der PDZ durch die Proteinkinase C alpha sowie eine Interaktion mit den Phosphatasen 2A und 4 konnte nachgewiesen werden. In vitro konnte gezeigt werden, dass die Phosphorylierung der PDZ-Domänen die Bindung an Membranproteine der tight junction beeinflusst. Diese Arbeit leistet einen Beitrag, die Mechanismen, die zum Verschluss des parazellulären Spaltes führen, aufzuklären. Damit zeigt sie Ansatzpunkte für eine pharmakologische Beeinflussung der Permeabilität der tight junction auf. / Tight junctions restrict diffusion through the paracellular gap in endothelia and epithelia. Thereby they constrain the uptake of water soluble drugs to the tissue. Zonula occludens protein 1 (ZO-1) and occludin are some of proteins involved in tight junction assembly. The opening of tight junctions is a possibility to apply drugs. Therefore the structure, function and regulation of ZO-1 and occludin is characterised. In previous studies, a model predicted the interaction of occludin and ZO-1 through helices. It was proposed that the interaction is mediated by oligomers of ZO-1 and Occludin. This author´s experimental research supports these hypotheses. Furthermore, occludin is shown to self assemble via disulfide bridges. This interaction could be of importance during stroke and ischemia. Both diseases cause the opening of tight junctions in combination with oxidative stress. In addition, this author investigated the interaction and regulation of the PDZ domains of ZO-1. It was shown that the PDZ domains are phosphorylated by protein kinase C alpha and interact with protein phosphatases 2A and 4. Phosphorylation led to a reduction in affinity of PDZ to membrane proteins in vitro. This thesis contributes to the understanding of the mechanisms which are involved in the sealing of the paracellular gap.

Die Epithelien vielzelliger Organismen bilden eine funktionelle Grenzschicht, die für die Homöostase innerhalb und für den spezifischen Stoffaustausch zwischen den Kompartimenten verantwortlich ist. Der interzelluläre Spalt zwischen Epithelzellen wird durch tight junctions verschlossen, die eine selektive Permeabilitätsbarriere bilden. Da viele Krankheiten auf eine Dysfunktion der Barriere zurückzuführen sind, ist eine genaue Kenntnis der molekularen Zusammensetzung der tight junctions aus pharmakologischer Sicht von großem Interesse. In dieser Arbeit wurden Anreicherungsstrategien entwickelt, die eine Proteomanalyse der tight junction-Proteine erlauben. Der Fokus wurde dabei auf die Claudine und Tricellulin gelegt, die als transmembranale Proteine das molekulare Rückgrat der tight junctions bilden. Durch Affinitätsreinigung gelang erstmals eine Anreicherung verschiedener Claudine, die durch Massenspektrometrie identifiziert wurden. Die metabolische Markierung der Proteine mit stabilen Isotopen (SILAC) erlaubte die quantitative Diskriminierung von Proteinen, die unspezifisch an das Matrixmaterial banden. Von den potentiellen Interaktionspartnern der Claudine wurden Integrin-a3, SUMO-1 und Sphingosinkinase 2 ausgewählt, um deren Interaktion mit Claudinen weiter zu verifizieren. Es wurden keine Hinweise auf Wechselwirkungen zwischen Claudinen und Integrin-a3 sowie SUMO-1 gefunden, während die Interaktion von Claudinen mit Sphingosinkinase 2 weder bestätigt noch ausgeschlossen werden konnte. Ferner wurde eine Affinitätsreinigung durchgeführt, um Interaktionspartner von Tricellulin anzureichern. Durch die quantitative massenspektrometrische Analyse wurde ausschließlich Claudin-4 nicht aber Claudin-3 und 7 als potentieller, spezifischer Interaktionspartner von Tricellulin identifiziert. Es wurde aber gezeigt, dass die Kombination aus Affinitätsreinigung und quantitativer Massenspektrometrie einen wertvollen Beitrag zur Entschlüsselung von Protein-Komplexen leisten kann. / Epithelia function as specialized barriers that separate different compartments within multicellular organisms and regulate the specific exchange of substances between them. The intercellular space between adjacent epithelial cells is sealed by tight junctions forming a permeability barrier. Dysregulation of the barrier occurs in a variety of diseases. Hence, a deeper knowledge is required of the molecular composition of tight junctions, in particular with respect to pharmacological applications. In the present study, new enrichment strategies have been established that allow the proteomic analysis of tight junction proteins. Special emphasis was placed on claudins and tricellulin as these transmembrane proteins constitute the molecular backbone of the tight junctions. For the first time, using an affinity purification, the enrichment of several claudins was accomplished that were identified by mass spectrometry. The metabolic labeling of proteins with stable isotopes (SILAC) allowed the quantitative discrimination of proteins that bound unspecifically to the matrix. Integrin-a3, SUMO 1 and sphingosin kinase 2 were chosen for further verifications from the proteins considered to potentially interact with claudins. While there was no evidence for an association of claudins with integrin-a3 and SUMO-1, an interaction of claudins with sphingosin kinase 2 could be neither confirmed nor disproved. Furthermore, an affinity purification was performed in order to enrich interaction partners of tricellulin. Claudin-4 was identified as a specific, potential interaction partner of tricellulin by quantitative mass spectrometric analysis whereas claudin 3 and -7 were determined to be enriched unspecifically. The present study demonstrates that a combination of affinity purification and quantitative mass spectrometry can substantially contribute to the elucidation of protein complexes.

Chronisch entzündliche Darmerkrankungen stellen eine Gruppe von chronischen, häufig in Schüben verlaufenden Erkrankungen mit rezidivierenden Entzündungen des Gastrointestinaltraktes dar. Es konnte gezeigt werden, dass eine gestörte Barrierefunktion einen wichtigen Schritt für die Pathogenese darstellt und dass das Zytokin Tumornekrosefaktor alpha (TNF) eine entscheidende Rolle dabei spielt. Die Rolle der kleinen GTPase RhoA bei der TNF-induzierten Barrieredysfunktion ist aufgrund der Komplexität der Signalwege nicht vollständig verstanden. Daher sollte der Einfluss von RhoA und der RhoA Effektorkinase PKN auf diese Prozesse in vitro mit Hilfe eines induzierbaren Expressionssystems untersucht werden, welches die kontrollierte Expression einer konstitutiv aktiven (KA) RhoA- und PKN-Mutante sowie einer dominant negativen (DN) PKN-Mutante ermöglichte. Die Induktion der KA RhoA Expression führte zu einer Störung der epithelialen Barriere. Eine simultane Interferon-gamma und TNF-Behandlung resultierte ebenfalls in einer gestörten Barrierefunktion, welche in KA RhoA Zellen weniger stark ausgeprägt war. Die TNF-Behandlung führte zu einer Aktivierung von PKN, weshalb dieses Protein ein Kandidat für die Vermittlung dieser Effekte darstellte. Inhibition von PKN mit Inhibitoren oder der Expression der DN Mutante führten zu einer Aggravierung der TNF-induzierten Barrieredysfunktion, welche durch eine Verringerung des transepithelialen elektrischen Widerstandes und eine erhöhte Ionenpermeabilität charakterisiert war. Diese Veränderungen wurden von einer Erhöhung des Myosin Leichtketten und NF-kappaB p65-Phosphorylierungsniveaus sowie von morphologischen Veränderungen begleitet. Im Gegensatz dazu konnten diese Veränderungen durch die Expression der KA PKN Variante abgeschwächt bzw. verhindert werden. Diese Ergebnisse liefern Hinweise auf eine potenzielle Rolle der RhoA Effektorkinase PKN bei der Modulation der TNF-induzierten Barrieredysfunktion in intestinalen Epithelzellen. / Inflammatory bowel diseases are relapsing systemic inflammatory diseases of the gastrointestinal tract associated with high morbidity and costs. A plethora of studies demonstrated that impaired intestinal barrier function is a key step in the pathogenesis of inflammatory bowel diseases and that the cytokine tumor necrosis factor alphpa (TNF) is of pivotal importance for this effect. Although the small GTPase RhoA has been implicated in the control of tight junction function, its role in TNF induced barrier dysfunction is not entirely understood due to the complexity of its downstream signaling pathways. Therefore, the contribution of RhoA and its effector kinase PKN on TNF induced barrier dysfunction was investigated in vitro. An inducible expression system that allowed the doxycyline controlled expression of a constitutively active (CA) RhoA and PKN mutant as well as a dominant negative (DN) PKN mutant was generated. Induction of CA RhoA expression led to an impaired epithelial barrier. Simultaneous Interferon-gamma and TNF treatment also resulted in barrier perturbation, but this defect was attenuated when CA RhoA was expressed. As treatment with TNF resulted in activation of the RhoA effector kinase PKN, this protein constitutes a candidate molecule for the mediation of these effects. Inhibition of PKN by inhibitory compounds as well as expression of a dominant negative PKN mutant aggravated TNF-induced barrier dysfunction, characterized by a decline in transepithelial electrical resistance and increased ion permeability. These alterations were accompanied by an increase in myosin light-chain and NF-kappaB p65 subunit phosphorylation level as well as morphological changes of the tight junctions. Conversely, expression of a CA PKN mutant attenuated or prevented these changes. These results provide support for a potential role of the RhoA effector kinase PKN in modulating the barrier disrupting effects of TNF in the intestinal epithelium.

One of the most central concepts in condensed matter physics is the electronic band structure. Although band theory was established more than 80 years ago, recent developments have led to new insights that are formulated in the framework of topological band theory. In this thesis a subset of topological band theory is presented, with particular focus on topological supercon- ductors and accompanying Majorana fermions. While simple models are used to introduce basic concepts, a physically more realistic model is also studied intensely in the papers. Through self- consistent tight-binding calculations it is confirmed that Majorana fermions appear in vortex cores and at wire end points when the superconductor is in the topologically non-trivial phase. Many other properties such as the topological invariant, experimental signatures in the local density of states and spectral function, unconventional and odd-frequency pairing, the precense of spin-polarized currents and spin-polarization of the Majorana fermions, and a local π-phase shift in the order parameter at magnetic impurities are also investigated.

Doctor of Philosophy / Department of Anatomy and Physiology / Bruce Schultz / Transforming growth factor β1 (TGF-β1) is a cytokine that reportedly affects the severity of cystic fibrosis lung disease. The goal of this project was to define the effect of TGF-β1 on vas deferens, an organ that is universally affected in male cystic fibrosis patients. In the first study, experiments were conducted using freshly isolated porcine vas deferens epithelial cells. Primary porcine vas deferens epithelial cells exposed to TGF-β1 exhibited a significantly reduced basal transepithelial electrical resistance (Rte). TGF-β1-induced reduction in Rte was prevented by SB431542, a TGF-β receptor I inhibitor, indicating that the effect of TGF-β1 requires the activation of TGF-β receptor I. Western blot and immunohistochemistry results showed the expression of TGF-β receptor I in native vas deferens epithelia, indicating that the impaired barrier function and anion secretion that were observed in cultured vas deferens cells can likely be observed in the native context. Immunohistochemical outcomes showed that TGF-β1 exposure led to loss of organization of tight junction proteins occludin and claudin-7. These outcomes suggest that TGF-β1 impairs the barrier integrity of epithelial cells lining the vas deferens. In a parallel study that employed PVD9902 cells that are derived from porcine vas deferens, TGF-β1 exposure significantly reduced anion secretion stimulated by forskolin, forskolin/IBMX, and 8-pCPT-cAMP, suggesting that TGF-β1 affects downstream targets of the cAMP signaling pathway. Real-time RT-PCR and western blot analysis showed that TGF-β1 exposure reduced both the mRNA and the protein abundance of cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR). Pharmacological studies showed that the inhibitory effect of TGF-β1 on forskolin-stimulated anion secretion was abrogated by SB431542 and attenuated by SB203580, a p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) inhibitor. These outcomes suggest that TGF-β1, via the activation of TGF-β receptor I and p38 MAPK signaling, reduces CFTR expression, and thus impairs CFTR-mediated anion secretion. Outcomes from these studies suggest that, in epithelial cells lining the vas deferens, TGF-β1 exposure leads to an impaired physical barrier and/or reduced anion secretion, which is expected to modify the composition and the maintenance of the luminal environment and thus, is expected to reduce male fertility.

The technological interest in a material depends very much on its electrical, magnetic, optical and/or mechanical properties. In carbon nanotubes the atoms form a cylindrical structure with a diameter of the order 1 nm, but the nanotubes can be up to several hundred micrometers in length. This makes carbon nanotubes a remarkable model for one-dimensional systems. A lot of efforts have been dedicated to manufacturing carbon nanotubes, which is expected to be the material for the next generation of devices. Despite all the attention that carbon nanotubes have received from the scientific community, only rather limited progress has been made in the theoretical understanding of their physical properties. In this work, we attempt to provide an understanding of the electron-phonon and electron-defect interactions in semiconducting zigzag carbon nanotubes using a tight-binding approach. The electronic energy dispersion relations are calculated by applying the zone-folding technique to the dispersion relations of graphene. A fourth-nearest-neighbour force constant model has been applied to study the vibrational modes in the carbon nanotubes. Both the electron-phonon interaction and the electron-defect interaction are formulated within the tight-binding approximation, and analyzed in terms of their quantum mechanical scattering rates. Apart from the scattering rates, their components in terms of phonon absorption, phonon emission, backscattering and forward scattering have been determined and analyzed. The scattering rates for (5,0), (7,0), (10,0), (13,0) and (25,0) carbon nanotubes at room temperature and at 10K are presented and discussed. The phonon scattering rate is dependent on the lattice temperature in the interval 0-0.17 eV. We find that backscattering and phonon emission are dominant over forward scattering and phonon absorption in most of the energy interval. However, forward scattering and phonon absorption can be comparable to backscattering and phonon emission in limited energy intervals. The phonon modes associated with each peak in the electron-phonon scattering rates have been identified, and the similarities in the phonon scattering rates between different nanotubes are discussed. The dependence of the defect scattering rate on the tube diameter is similar to that of the phonon scattering rate. Both the phonon and the defect scattering rates show strong dependence on the tube diameter (i.e., the scattering rate decreases as a function of the index of the nanotube). It is observed that the backscattering and forward scattering for electrons interacting with defects occur with same frequency at all energies, in sharp contrast to the situation for phonon scattering. It is demonstrated that the differences in the scattering rate between different tubes are mainly due to the differences in their band structures.

Impaired function of the human intestinal epithelial barrier (IEB) might allow for permeability of harmful substances, such as obesogens, which induce obesity and further implications. Tight junction (TJ) proteins are the key component for normal functions of the barrier. In this master thesis, the correlation between increased TJ permeability of the IEB and absorption of obesogens was studied. The effect of obesogens on TJ expression was also investigated. Permeability tests performed on Caco-2 cell monolayers exposed to obesogens showed altered permeability, indicating that obesogens might have an effect on TJ protein expression. Furthermore, impaired monolayers showed increased permeability, which implies that impaired functions of IEB lead to increased absorption of obesogens.

To obtain accurate adsorption energies of molecules on surfaces is a challenging task as the methods with sufficient accuracy are too computationally demanding to be applied to the systems of interest. Embedding theories provide a natural remedy: focus the computation on a small region and incorporate the effects of the environment. In this thesis, embedding schemes and the response of many-electron systems to an adsorbed impurity are investigated. To this end, two approaches are used: tight-binding and ab initio. In the tight-binding method, the Green's function formalism is studied and explicit expressions for Green's functions of various one- and two-dimensional models are obtained. Using this formalism, we study qualitatively the local density of states and adsorption energies. In the second part of this thesis, state-of-the-art ab initio methods are employed to study convergence of the subtractive embedding scheme for adsorption energies of small closed-shell systems on two-dimensional graphene and hexagonal boron nitride. The efficiency and applicability of the scheme are assessed for neon and hydrogen fluoride as adsorbates. We found that the studied embedding method works better for neon compared to hydrogen fluoride, which may be explained by the use of a two-body dispersion correction.

Die Integrität der Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist bei vielen Erkrankungen des humanen zentralen Nervensystems (ZNS) beeinträchtigt. Unter verschiedenen neuroinflammatorischen Bedingungen, wie bei zerebralen Ischämien, Traumata, Hirntumoren oder der Multiplen Sklerose (MS), kommt es zum Verlust der protektiven Schrankenfunktion. Zu den ersten Anzeichen des BHS-Zusammenbruchs zählt der Verlust der Zell-Zell-Adhäsion: der Adhärens- und Occludenskontakte. Therapeutische Maßnahmen dieser Krankheiten beinhalten Behandlungen mit Glukokortikoiden (GCs), wobei der Mechanismus und die Wirkungsweise dieser Substanzen bis heute nicht vollkommen aufgeklärt sind. In der zerebralen Hirnendothelzelllinie cEND [Forster C, Silwedel C, Golenhofen N, Burek M, Kietz S, Mankertz J & Drenckhahn D. (2005). Occludin as direct target for glucocorticoid-induced improvement of blood-brain barrier properties in a murine in vitro system. J Physiol 565, 475-486] wurde eine Funktionsverbesserung der Endothelbarriere durch die Expressionerhöhung von Occludin nach GC-Behandlung bereits analysiert. Daraufhin wurden andere Kandidaten des apikalen Junktionssystems gesucht, die positiv auf GC-Gabe ansprechen. Der erste Teil der Arbeit präsentiert den positiven Einfluss der Dexamethason-Behandlung auf die Expression des Adhärenskontakt-Proteins VE- (Vascular-Endothelial) Cadherin in cEND-Zellen. Dabei wurde eine Reorganisation des Zytoskeletts, eine verstärkte Verankerung des VE-Cadherins an das Zytoskelett, sowie eine einhergehende Morphologieänderung der behandelten Zellen beobachtet. Untersuchungen der Transkriptionsaktivierung des VE-Cadherin-Promoters nach Dexamethason-Behandlung, wiesen auf einen indirekten Steroid-Effekt hin, der zu einer Erhöhung der VE-Cadherin-Proteinsynthese führte. Somit sind GCs wichtig für die Proteinsynthese und -organisation beider Kontaktproteinarten: der Adhärens- und Occludenskontakte in mikrovaskulären Hirnendothelzellen. Die Beeinträchtigung der BHS-Integrität mit Veränderungen der Occludenskontaktexpression zählt zu den frühen Ereignissen bei der Entstehung einer Inflammation des ZNS, wie beispielsweise bei der MS. Im zweiten Teil der Dissertation wurde die Herunterregulation von Occludenskontaktproteinen in der cEND-Zelllinie untersucht. Dabei wurden cEND-Zellen mit Seren von Patienten, die sich in zwei verschiedenen Stadien der MS befanden, behandelt: in der akuten Exazerbationsphase oder der Remissionsphase, und auf die Protein- und Genexpression mit und ohne Dexamethasons-Behandlung untersucht. Es konnte ein negativer Effekt auf den Barrierewiderstand und die Occludenskontaktexpression, sowie eine erhöhte MMP-9-Genexpression nach Krankheitssereninkubation gezeigt werden. Die Dexamethason-Behandlung ergab eine geringe, aber keine vollständige Rekonstitution der Barrierefunktion. Anhand dieser Studie konnte jedoch erstmals eine Erniedrigung der Protein- und mRNA-Synthese von Claudin-5 und Occludin in Remissionspatientenseren inkubierten cEND-Zellen demonstriert werden. Somit könnten diese Erkenntnisse zur Prädiagnose einer bevorstehenden Exazerbationsphase der MS eingesetzt werden. Eine Langzeit-GC-Behandlung führt zu zahlreichen Nebenwirkungen, u. a. zum Bluthochdruck, welcher aufgrund einer eingeschränkten Produktion des vasodilatativen Faktors Stickstoffmonoxid, NO, im myokardialen Endothel hervorgerufen wird. Veränderungen in der NO-Produktion, wie auch anderer Faktoren der NO-Signalkaskade in der myokardialen Endothelzelllinie MyEND unter Einfluss von Dexamethason standen im Zentrum des dritten Teils dieser Arbeit. Während keine Veränderungen in der Expression der endothelialen NO-Synthase, eNOS, nach GC-Behandlung gezeigt werden konnten, wurden repressive Einflüsse von Dexamethason auf die Enzymaktivität der eNOS in MyEND-Zellen untersucht. GC-Gabe führte zur einer herabgesetzten Synthese des essenziellen Co-Faktors der eNOS, des Tetrahydrobiopterins, BH4, sowie zu einer Herunterregulation der GTP-Cyclohydrolase-1 (GTPCH-1), des geschwindigkeitsbestimmenden Enzyms der BH4-Produktion. Im Gegensatz zu bisherigen Ergebnissen anderer Arbeitsgruppen, konnte in der vorliegenden Studie belegt werden, dass die Herunterregulation der GTPCH-1 mRNA-Level auf den Liganden-abhängigen proteasomalen Abbau des Glukokortikoid-Rezeptors (GR) zurückzuführen ist. Das 26S-Proteasom moduliert die GR-abhängige Genexpression durch Kontrolle des Umsatzes und des Recyclings des Rezeptors selbst, wodurch eine regulierte Hormonresponsivität gewährleistet wird. Die Aufhebung des Liganden-abhängigen Abbaus des GR-Proteins durch gezielte Proteasominhibition, sowie durch eine Überexpression des ubiquitinylierungsdefekten GR-Konstruktes, K426A-GR, in Dexamethason-behandelten MyEND-Zellen resultierte in einer Erhöhung der GTPCH-1-Expression, sowie einer gesteigerten eNOS-Aktivität. Die hier beschriebenen Ergebnisse erlauben einen innovativen Einblick in die Erkenntnisse zur GC-vemittelten Hypertonie. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass GC-Behandlungen von mikrovaskulären Hirnendothelzellen zu einer Stabilisierung der Endothelbarriere führen. Unter pathologischen Bedingungen, wie der MS, wird der protektive GC-Effekt durch andere Faktoren beeinträchtigt / The integrity of the blood-brain barrier (BBB) is compromised in many disorders of the human central nervous system. A breakdown of the blood-brain barrier under conditions of neuroinflammation and cerebral ischemia, but also traumas, brain tumours and multiple Sclerosis (MS), leads to loss of the protective function of the barrier. In its breakdown one of the first observable changes is the loss of intercellular adhesion and concomitant an increase of permeability. Although therapeutic strategies for diseases with impaired BBB function include the treatment with glucocorticoids (GCs) but the mechanism explaining GC action still remains unclear. Recent studies showed the influence of GCs on the expression of the tight junction protein occludin in the brain capillary endothelial cell line cEND, contributing to improvement in endothelial barrier functions. In this study, we investigated GC effects on the expression of the adherens junction proteins VE- (vascular-endothelial) cadherin. It was possible to show a positive influence of dexamethasone administration on VE-cadherin protein levels as well as a rearrangement and the anchorage of VE-cadherin protein to the cytoskeleton. Investigation of transcriptional activation of the VE-cadherin promoter by dexamethasone, however, did not point to direct glucocorticoid-mediated VE-cadherin gene induction. But it rather suggested indirect steroid effects leading to increased VE-cadherin protein synthesis. We thus propose that glucocorticoid effects on VE-cadherin protein synthesis and organization are important for the formation of both adherens and tight junctions, and for improved barrier properties in microvascular brain endothelial cells. Abnormalities in the expression profile of tight junctions in cerebral endothelium constituting barrier functions occur early during neuroinflammation, as Multiple Sclerosis (MS). In the second part of this study, the disruption of tight junction proteins in the cEND cell line was analysed. cEND cells were incubated with sera from patients, which were in two different states of MS: in the acute exacerbation or the remission phase of the disease, and protein levels and gene expression of claudin-5, occludin and VE-cadherin with and without dexamethasone treatment were investigated. There arised a downregulation of claudin-5 and occludin on protein and mRNA levels and an accompanying upregulation of MMP-9 activity revealed. A minor reconstitution of barrier functions related to dexamethasone treatment could be shown. However, no reconstitution could be detected to the control level. Especially, observations in downregulation of claudin-5 and occludin in cEND cells incubated with sera from patients in remission phase of MS could not be demonstrated before. Thus, this finding is proposed to be a new useful prediagnostic tool for an early detection of upcoming exacerbation phase. One of the numerous side effects of GC therapy is hypertension arising from reduced release of the endothelium-derived vasodilator nitric oxide, NO, being in the centre of the third part of this study. While effects of dexamethasone on endothelial NO synthase, eNOS, expression itself could not be demonstrated, repressive effects of dexamethasone on eNOS enzyme activity were shown in the myocardial endothelial cell line MyEND. Following GC-treatment we observed decreased levels of the essential cofactor of eNOS, tetrahydrobiopterin, BH4. We also determined a downregulation of GTP cyclohydrolase-1, GTPCH-1, the key enzyme of BH4 synthesis. In contrast to recent data from other groups, we postulate that this downregulation of GTPCH-1 mRNA levels is not a direct downregulation effect of GC action. But it is rather a consequence of the ligand-dependent proteasomal degradation of the GC receptor, GR. The 26S-proteasome modulates GR-dependent gene transcription by regulation of its turnover and the recycling of receptor/transcriptional DNA complexes, thereby ensuring continued regulation of hormone responsivity. In this work, the inhibition of proteasome-mediated proteolysis of GR by using inhibitors of the 26S-proteasome, or overexpression of a point-mutated, ubiquitination-defective GR construct, K426A-GR, which attenuates endothelial GC responsivity, was demonstrated. The abrogation of ligand-dependent degradation of GR protein resulted in increased levels of GTPCH-1 hence expression, leading to an increased eNOS-activity. These results provide a new insight into the research of GC-induced hypertension. Taken together, these data demonstrate, that GC treatment in microvascular brain endothelial cells leads to barrier stabilisation, but under conditions of MS there are many other factors like cytokines and chemokines, which abrogate this positive action.