Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2007

Ulm, Univ., Diss., 2008.

Diss. phil. I Zürcih, 2008 (Austausch beschränkt). / In libr.: Milano : Mimesis Edizioni.

Humboldt-Universiẗat, Diss., 2002--Berlin.

University, Diss., 2004--Bonn.

Die Schwangerschaft ist ein komplexes Phänomen, bei dem es zu einer Interaktion zwischen dem mütterlichen Immunsystem und dem Fetus kommt. An der feto-maternalen Grenze kommt es zur Auslösung einer inflammatorischen Reaktion, die für eine normale Implantation und Schwangerschaft notwendig ist. Allerdings kann eine exzessive Entzündungsreaktion zu Schwangerschaftskomplikationen wie dem immunologisch vermittelten Sponatanabort füh-ren. Das zytoprotektive Enzym Hämoxygenase-1 (HO-1) spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Kontrolle inflammatorischer Reaktionen. Inwiefern HO-1 für das Gelingen und Bestehen einer Schwangerschaft unabdingbar ist, wurde bisher nicht untersucht. Unsere Hypothese ist, dass HO-1 eine bedeutsame Rolle während der Schwangerschaft spielt. Die Beantwortung dieser wichtigen Frage ist deshalb Hauptziel dieser Dissertation. Es konnte gezeigt werden, dass eine spezifische Hochregulation des HO-1 Moleküls mittels Gentherapie in einem Mausmodell für Spontanabort zur signifikanten Reduktion der Abortra-te führte. Dieser protektive Effekt war mit einer erhöhten Th2/Th1 Zytokinen-Ratio und mit verminderter Apoptose assoziiert. Ein weiteres Teilziel dieser Arbeit bestand darin, die Rolle des HO-1 Moleküls während der Plazentation zu untersuchen. Dafür wurde eine Trophoblastenstammzelllinie benutzt, die in der Lage ist, zu Riesenzellen zu differenzieren. Die mittels Zinkprotoporphyrin (ZnPPIX) induzierte Expressionssuppression von HO-1 führte zur Verminderung der Überlebensrate von Trophoblastenstammzellen und zur Hemmung von deren Ausdifferenzierung in Trophoblastenriesenzellen. Um die Rolle des HO-1 Moleküls in anderen Schwangerschaftsprozessen zu untersuchen, wurden Hämoxygenase-1 defiziente (Hmox1-/-) Mäuse benutzt. Da die Verpaarung von Hmox1-/- Mäuse zu keinem erfolgreichen Abkömmling führt, war ein weiteres Teilziel dieser Arbeit gewesen, den zu Grunde liegenden Mechanismus aufzuklären. Es zeigte sich, dass Hmox1-/- Weibchen im Vergleich zu den Hmox1+/+ Weibchen weniger Oozyten produzieren. Auch konnten die Hmox1-/- Oozyten weniger erfolgreich als die Hmox1+/+ Oozyten fertili-ziert werden. Verschiedene Verpaarungsexperimente mit Hmox1+/+, Hmox1+/- und Hmox1-/- Mäusen ergaben einen indirekt proportionalen Zusammenhang zwischen HO-1 Expression und Aborthäufigkeit. Die hier gewonnenen Daten deuten daraufhin, dass HO-1 eine entscheidene Rolle in der Schwangerschaft spielt. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen zum Verständnis der Pathologie des immunologisch vermittelten Spontaborts bei und können darüber hinaus helfen neue Be-handlungsstrategien gegen diese gefürchtete Schwangerschaftskomplikation zu entwickeln. / Mammalian pregnancy is a parabiotic union of two genetically different individuals, the fetus and the mother. At the feto-maternal interface, inflammatory processes can occur due to an immune reaction against alloantigens. It is known that some degree of systemic or uterine inflammation is necessary for both normal implantation and pregnancy. However, if this in-flammation becomes too excessive it can cause pregnancy complications such as abortion. Heme oxygenase-1 (HO-1), the enzyme responsible for the degradation of free heme, plays a key role in inflammatory processes. Viewing pregnancy mainly as an inflammatory process had led us to the idea that HO-1 may play an important role in pregnancy. Therefore, the main aim of this work was to analyze the role of HO-1 in the different processes related to preg-nancy by means of functional studies employing in vivo as well as in vitro models. First, we could show that a specific up-regulation of HO-1 in abortion-prone animals by means of an adenoviral vector is able to reduce the abortion rate. This HO-1 up-regulation improved pregnancy outcome by up-regulating the Th2/Th1 cytokines ratio and protecting tissues from apoptosis, suggesting an important role of HO-1 in pregnancy. In a second part of the work, we aimed to analyze the role of HO-1 in placentation. For that, a trophoblast stem cell line capable of differentiate into trophoblast giant cells was used. Inter-estingly, a down-regulation of HO-1 by means of ZnPPIX led to diminished survival of the trophoblast stem cells. Furthermore, these cells were unable to differentiate into trophoblast giant cells in the absence of HO-1, strongly suggesting a crucial role of HO-1 in placentation. Finally, a closer look into the role of HO-1 in pregnancy was performed by using heme oxy-genase-1 deficient mice (Hmox1-/- mice). Interestingly, Hmox1-/- females produce much less oocytes than wild type females. Analyses of the ovaries of both types of females showed dif-ferences in follicle development. Furthermore, when fertilized in vitro, a significant diminu-tion in the fertilization rate of Hmox1-/- oocytes when compared to Hmox1+/+ oocytes was found. Since the mating of Hmox1-/- mice does not yield progeny, we also aimed to clarify whether this is due to problems in the female, in the male or in both. For this, different mating combinations of mice partially or totally deficient in Hmox1 were performed. The analysis of the pregnancy outcome showed that, the less HO-1 in the combination, the higher the fetal rejection. In summary, a central role of HO-1 in different processes of reproduction could be demon-strated in this work which helps understanding the mechanisms behind pregnancy success.

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Zugl.: Duisburg, Essen, Universiẗat, Diss., 2008.

Eine langdauernde Vorinkubation des GPI bzw. des MVD mit Morphin-haltiger Nährlösung (unter in vitro-Bedingungen wird anstelle von Morphin häufig Normorphin verwendet) führte zur Entwicklung von Toleranz und im Falle des GPI zu einer zusätzlichen Abhängigkeits-ähnlichen Reaktion. Die Toleranz manifestierte sich als verminderte Ansprechbarkeit gegenüber dem in Anwesenheit des Morphins akut applizierten Normorphin, während die Gewebeabhängigkeit sich als starke Naloxon-induzierte Kontraktion bemerkbar machte. Diese Kontraktion beruhte auf einer massiven Ausschüttung von Acetylcholin aus den postganglionär parasympathischen Nervenendigungen. Als Erklärung wurde hinzugezogen, dass Naloxon das Morphin von seinen Rezeptoren verdrängt und eine entzugsähnliche Reaktion auslöst. Da nicht nur eine in vitro-Vorinkubation mit Morphin in den beiden Präparaten zur Empfindlichkeitsabnahme gegenüber Morphin/Normorphin führte sondern auch die mehrtägige, subkutane Implantation eines Morphin-Pellets oder einer Opioid-Lösung enthaltenden osmotischen Minipumpe, haben wir über den letzteren Weg selektive Toleranz gegenüber μ- (Morphin, Fentanyl), δ- (DADLE) und κ-Agonisten (Ethylketocyclazocin, MR 2034, MRZ) hervorgerufen. Nach in vivo-Behandlung mit den genannten Substanzen wurde das GPI präpariert, in einer Nährlösung, die den jeweiligen Agonisten in der ungefähr 80-fachen Toleranz-induzierenden Kon-zentration enthielt, aufgehängt und mit Feldelektroden elektrisch stimuliert. Die Reizparameter wurden so gewählt (supramaximale Spannung, 0.5 ms Reizbreite, 0.1 Hz Frequenz), dass ausschließlich das neuronale Gewebe stimuliert wurde, nicht aber der Glattmuskel. In vorhergehenden Experimenten konnte die Rezeptorausstattung des GPI nicht eindeutig identifiziert werden. Mit der Erzeugung der selektiven Toleranz an µ-Rezeptoren wurde die akute Wirkung von sowohl μ- als auch δ-Rezeptor-Agonisten wesentlich vermindert. Demgegenüber, übten κ-Rezeptor-Agonisten ihre Wirkung in unveränderter Intensität aus. Die vollständige Kreuz-Toleranz zwischen Morphin und DADLE schloss das Vorhandensein eines δ-Rezeptors aus, während die fehlende Kreuz-Toleranz zwischen Normorphin/DADLE einerseits und Ethylketocyclazocin andererseits das Vorhandensein eines κ-Rezeptors belegte. Es bedarf einer Erklärung, weshalb die in vivo-Behandlung mit Fentanyl nur geringe Toleranz gegenüber Normorphin auslöste und vice versa (wenig Kreuz-Toleranz), obwohl sich eine hochgradige Toleranz gegenüber derselben Substanz entwickelte. Es wurde geschlussfolgert, dass es verschiedene Subtypen von μ-Rezeptoren gibt, eines mit Empfindlichkeit gegenüber Morphin/Normorphin und ein anderes gegenüber Fentanyl.:Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis…………………………………………………………………………… 2 Wissenschaftlicher Anteil der Promovendin an der Publikation……………………….. 3 Bibliographische Beschreibung……………………………………………………………. 4 I. Einleitung………………………………………………………………………………… 5 Grundlegende Erklärungen……………………………………………………………. 5 Multiple Opioidrezeptoren……………………………………………………………… 5 II. Wissenschaftlicher Hintergrund………………………………………………………..8 Eigene Publikationen…………………………………………………………………… 8 Fragestellungen der Dissertation………………………………………………………8 III. Zusammenfassung der Arbeit…………………………………………………………. 9 IV. Originalmitteilungen…………………………………………………………………... 3 V. Derzeitiger Stand der Opioidforschung……………………………………………31 Opioidrezeptortypen…………………………………………………………………… 31 Transduktionsmechanismen der Opioidrezeptoren; Toleranz und Abhängigkeit…………….. 32 Zentrale und periphere Opioidanalgesie…………………………………………….. 38 Schlussfolgerungen……………………………………………………………………. 39 VI. Literaturverzeichnis……………………………………………………………………. 40 Eigenständigkeitserklärung……………………………………………………………….. 44 Lebenslauf und Publikationsverzeichnis…………………………………………… 45 Danksagung………………………………………………………………………………… 49

Mouse strains are frequently used to model human disease states, to test the efficiency of drugs and therapeutic principles. However, the direct translation of murine experimental data to human pathological events often fails due to sufficient differences in the organization of the immune system of both species. Here we give a short overview of the principle differences between mice and humans in defense strategies against pathogens and mechanisms involved in response to pathogenic microorganisms and other activators of the immune system. While in human blood mechanisms of immune resistance are highly prevailed, tolerance mechanisms dominate for the defense against pathogenic microorganisms in mouse blood. Further on, species-related differences of immune cells mainly involved in innate immune response as well as differences to maintain oxidative homeostasis are also considered. A number of disease scenarios in mice are critically reflected for their suitability to serve as a model for human pathologies. Due to setbacks in these studies, novel mouse models were created to bridge the immune system of both species: humanized mice. Accordingly, a special section of this review is devoted to new results applying humanized mouse models taking limitations and prospects into account.