Die zahlreichen Adaptationsmechanismen der Meningokokken ermöglichen es dem Pathogen das nasopharyngeale Epithel monatelang zu kolonisieren. In seltenen Fällen überwindet N. meningitidis die Epithelbarriere und wird zu einem lebens-bedrohlichen Pathogen, das schwere klinische Bilder wie bakterielle Meningitis und Sepsis verursacht. Das respiratorische Epithel des Nasopharynx stellt somit die Eintrittspforte für die invasiven Meningokokken dar. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde die Interaktion von Meningokokken mit dem respiratorischen Epithel in vitro untersucht. Hierfür wurde die humane, immortalisierte Zelllinie Calu-3 ausgewählt, da sie durch eine ALI-Kultivierung am besten die in vivo Bedingungen im Nasopharynx widerspiegelt. Die Untersuchungen zur Invasion und Transmigration der Meningokokken-Isolate zeigten, dass die Krankheitsisolate deutlich invasiver waren und die Barriere effizienter überwinden konnten im Vergleich zu den Trägerisolaten. Mittels TEER-Messung und Permeabilitätsversuchen konnte festgestellt werden, dass unter der Infektion die Integrität der Epithelbarriere nicht gestört wurde. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Epithelbarriere transzellulär passiert wird. Darüber hinaus zeigten Calu-3-Zellen in diesem Zell-Kultur-Modell eine effiziente Erhöhung der Zytokinexpression unter Infektion. Die Verwendung dieses Modells ermöglichte die Untersuchung der Verteilung von Meningokokken im Mukus. Es wurde eine signifikante Präferenz der Meningokokken für den äußeren Mukus im Gegensatz zum zellassoziierten Mukus festgestellt. Nur 10% der Bakterien zeigten eine direkte Interaktion mit den Zellen. Dabei ergab sich kein Unterschied zwischen den Isolaten. Es scheint, dass der Mukus in diesem Fall ein Hindernis für die Meningokokken darstellt und ihre Invasivität reduziert. / The numerous adaptation mechanisms of meningococci permit the pathogen to colonise the nasopharyngeal epithelium for extended periods, potentially up to several months. In rare instances, N. meningitidis is able to circumvent the epithelial barrier, thereby becoming a life-threatening pathogen that can cause severe clinical manifestations such as bacterial meningitis and sepsis. The respiratory epithelium of the nasopharynx thus serves as the portal of entry for invasive meningococci. This doctoral thesis investigated the interaction of meningococci with the respiratory epithelium in vitro. The human, immortalised cell line Calu-3 was selected for this purpose, as it most closely reflects the in vivo conditions in the nasopharynx through ALI cultivation. The invasion and transmigration studies of the meningococcal isolates demonstrated that the disease isolates exhibited significantly greater invasive potential and were more efficient at crossing the barrier than the carrier isolates. The integrity of the epithelial barrier was not compromised during infection, as evidenced by the TEER measurements and permeability tests. The results suggest that the epithelial barrier is traversed transcellularly. Moreover, the Calu-3 cells in this cell culture model demonstrated an effective elevation in cytokine expression in response to infection. The utilisation of this model permitted the investigation of the distribution of meningococci within the mucus. A notable preference for the outer mucus over the cell-associated mucus was observed in the meningococci. Only 10% of the bacteria exhibited direct interaction with the cells, and this was consistent across the isolates. It can be inferred that the mucus acts as an obstacle for the meningococci, reducing their invasiveness.

Das Harnblasenkarzinom (BCa) ist die zweithäufigste bösartige urologische Tumorerkrankung sowie die siebthäufigste tumorbedingte Todesursache bei Männern. Zur Senkung des erheblichen Rezidiv- und Progressionsrisikos oberflächlicher BCa kommen lokale Immun- oder Chemotherapeutika zum Einsatz, die jedoch starke Nebenwirkungen verursachen können bzw. ungenügende langfristige Effekte bewirken. Eine neuartige Therapieoption besteht in der gezielten Expressionshemmung von Genen, die den Tumorzellen einen Wachstumsvorteil vermitteln. Hierfür eignen sich besonders synthetische Nukleinsäuren wie Antisense-Oligodesoxynukleotide (AS-ODN) und small interfering RNAs (siRNAs). In der vorliegenden Arbeit wurde die Expressionshemmung des potenziellen Targetgens hTERT (humane Telomerase Reverse Transkriptase) mit AS-ODN und siRNAs in BCa-Zellen untersucht. Die Tumorspezifität der hTERT-mRNA-Expression konnte zunächst an tumor- und tumorfreien Gewebeproben von BCa-Patienten gezeigt werden. Die verwendeten AS-ODN reduzierten die hTERT-mRNA-Expression auf bis zu 40%, womit eine Verringerung der Telomeraseaktivität einherging. Die AS-ODN-Behandlung bewirkte des Weiteren eine konzentrationsabhängige Viabilitätsreduktion verschiedener BCa-Zelllinien sowie eine verminderte Zellkoloniebildungsrate. Diese antiproliferativen Effekte waren auf eine Apoptoseinduktion zurückzuführen. Durch eine Vorbehandlung von vier BCa-Zelllinien mit hTERT-AS-ODN konnten die zytotoxischen Effekte der für das BCa relevanten Chemotherapeutika Cisplatin, Mitomycin C und Gemcitabin signifikant verstärkt werden. Nach Untersuchung der AS-ODN-Wirkung in vitro erfolgte die Etablierung eines subkutanen Xenotransplantantmodells der Nacktmaus. Die Eignung einer intraperitonealen Applikation wurde mit fluoreszenzmarkierten AS-ODN belegt. In weiteren Zellkulturexperimenten kamen hTERT-siRNAs, als alternative Methode der Geninhibition, zum Einsatz. Die Reduktion der hTERT-mRNA-Expression auf 50% war mit der durch AS-ODN bewirkten Inhibition vergleichbar. Im Gegensatz zur AS-ODN-Behandlung induzierten siRNAs keine unmittelbare Apoptose. Eine Kombination der siRNAs mit Cisplatin und Mitomycin C bewirkte jedoch eine Verdopplung der Apoptoserate. Um die molekularen Mechanismen der Wirkung der nukleinsäurebasierten hTERT-Inhibitoren und den Einfluss targetunabhängiger Effekte zu untersuchen, wurden transkriptomweite Expressionsanalysen mittels Oligonukleotid-Microarrays durchgeführt. Hierbei zeigte sich, dass die AS-ODN-Behandlung vorwiegend zu einer gesteigerten Expression von Genen führte, die mit einer zellulären Stressantwort assoziiert sind (u.a. ATF3, EGR1, GADD45). Diese Expressionsmuster stimmten in hohem Maße mit denen überein, die durch Transfektion mit AS-ODN gegen andere Targets erhalten wurden. Diese Ergebnisse deuten auf eine, zumindest teilweise, durch off-Targeteffekte ausgelöste Wachstumshemmung hin. Die siRNA-Behandlungen gegen unterschiedliche Targets zeigten relativ geringe Übereinstimmungen in den Expressionsmustern und somit eine höhere Spezifität. Außerdem wurde erstmalig gezeigt, dass eine hTERT-Inhibition mit siRNAs zur trankriptionellen Hemmung der Onkogene EGFR und FOSL1 führt. Diese Daten sowie die Ergebnisse anderer Arbeitsgruppen deuten auf einen wechselseitigen Zusammenhang zwischen hTERT und EGFR in der Regulation der EGFR-stimulierten Proliferation von BCa-Zellen hin. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass hTERT als tumorspezifisch exprimierter und funktionell relevanter Faktor ein hervorragendes Target für eine nukleinsäurebasierte BCa-Therapieoption darstellt. Im Vergleich zu AS-ODN wirken siRNAs grundsätzlich targetspezifischer. Die therapeutische Wertigkeit der lokal applizierten Inhibitoren, insbesondere in Kombination mit herkömmlichen Chemotherapeutika, sollte in nachfolgenden Experimenten im Rahmen eines orthotopen BCa-Xenotransplantatmodells untersucht werden.

Die vorliegende Arbeit behandelt die Embryonalentwicklung des Rankenfußkrebses Elminius modestus (Thecostraca: Cirripedia). Der Entwicklungsprozess wurde mithilfe unterschiedlicher Methoden wie 4D Mikroskopie, in vivo Einzelzellmarkierungen, Fluoreszenzhistochemie und konfokaler Laserscanningmikroskopie in Verbindung mit 3D Rekonstruktionen untersucht. Die Furchung von E. modestus ist total, inequal in Bezug auf die Dotterzelle und asynchron mit einem anterior-posterioren Gradienten. Der gesamte Prozess folgt einem strengen Teilungsmuster mit nur sehr geringer Variabilität. Eine davon stellt das Auftreten spiegelbildlicher Embryonen ab dem 4-Zell. Die Keimblattdifferenzierung wurde vor allem mittels in vivo Zellmarkierungen untersucht. Die Trennung der endodermalen und endomesodemalen Keimblätter erfolgt nach der vierten Furchungsteilung, die Trennung des Ectomesoderm nach der sechsten Teilung. Die Urkeimzellen sind aller Wahrscheinlichkeit nach ein Produkt der siebten Furchungsteilung der Dotterzellen (3Da und 3Dp). Im Zuge der Untersuchung konnte die Zelllinie jedes Keimblattes rekonstruiert werden, die Zellschicksale der Abkömmlinge der Quadranten wurde bis zum 16-Zell Stadium beschrieben. Das Ectoderm entspringt allen vier Quadranten, ebenso das Ectomesoderm (die letzten identifizierten Mesectoblasten sind 3A, 3B, 3C, 1drp und 1dlp). Endoderm und Endomesoderm entwickeln sich aus einzelnen Vorläuferzellen im 16-Zell Stadium (2D bzw. 2d). Das Auftreten nur eines einzelnen Endoblasten stellt eine mögliche Apomorphie aller Ecdysozoa dar. Das Vorhandensein eines einzelnen Mesendoblasten wird als mögliches Merkmal des Grundmusters aller Protostomia in Betracht gezogen. / The present work is devoted to the embryonic development of the thoracican barnacle Elminius modestus (Thecostraca: Cirripedia). The developmental process was investigated by means of different techniques like 4D microscopy, in vivo labelling, fluorescent histochemistry, and confocal laser scanning microscopy combined with 3D reconstructions. The cleavage of E. modestus is total, unequal with regards to the yolky cell, and asynchronous with an anterior-posterior gradient. The entire process appears to follow a strict pattern of divisions with very little variability, one of which includes the occurrence of mirror image embryos from the 4-cell stage on. The germ layer differentiation was mainly studied by means of in vivo labelling. The segregation of the endodermal and the endomesodemal germ layers are shown to happen after the fourth division, whereas the ectomesoderm segregates after the sixth division. The primordial germ cells are suggested to be a product of the seventh cleavage division of the yolky cells (3Da and 3Dp). During the research the cell lineage of each germ layer was established, the fates of the quadrant descendants are described up to the 16-cell stage. The ectoderm originates from four quadrants, as does the ectomesoderm (the last identified mesectoblasts are 3A, 3B, 3C, 1drp, and 1dlp). The endoderm and the endomesoderm develop from single precursors at the 16-cell stage (2D and 2d, respectively). The presence of only a single endoblastic cell, might represent an apomorphy for the entire group of Ecdysozoa. A singular mesendoblast is suggested to be a possible feature in the developmental ground pattern of all Protostomia.

Malkostrake Krebse zeigen im postnauplialen Keimstreif ein invariantes Zellteilungsmuster und eine Zelllinie. Embryonen eines Isopoden (Porcellio scaber) und eines Amphipoden (Orchestia cavimana) wurden bezüglich ihrer Zelllinie vergleichend Untersucht. Mittels immunhistochemischer Färbungen wurde das Expressionsmuster der Gene engrailed und Distal-less in Hinblick auf die Zelllinie und die Morphogenese der Segmente und der Beinentwicklung analysiert. Die Zelllinie wurde bei Porcellio scaber mit der Methode der 4D-Mikroskopie untersucht. Mit Zellablationsexperimenten wurden Abhängigkeiten der Zellen untereinander aufgezeigt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen: I. Die Genexpression von Distal-less und engrailed wird unabhängig von der Zelllinie reguliert. II. Die Bildung der konvergenten einästigen Beine im Thoraxbereich beider Krebse erfolgt durch unterschiedliche Regulation des Gens Distal-less - bei Orchestia cavimana wird die Expression des Gens in den lateralen Zellen abgeschaltet, während diese Zellen bei Porcellio scaber erst gar nicht Distal-less exprimieren. III. Die Anwendung des Systems der 4D-Mikroskopie zeigte unter anderem, dass in den vorderen Reihen nichtektoteloblastischen Ursprungs bei Porcellio scaber die Zelllinie variabel ist und eine Zellsortierung und Zellimmigration stattfindet. IV. Die Ähnlichkeit der Bildung dieser Reihen bei Porcellio scaber mit der der Tanaidaceen lässt auf ein Schwestergruppenverhältnis der Taxa Isopoda und Tanaidacea schliessen. Die Dissertation enthält fünf Videoaufnahmen als separate AVI-Dateien. / Malacostracan crustaceans show in their postnaupliar germ-band an invariant cleavage pattern and a cell-lineage. A comparative analysis of this cell-lineage in an Isopod (Porcellio scaber) and an amphipod (Orchestia cavimana) was done in this thesis. Immunohistochemical stainings of the gene products Distal-less and Engrailed were used, to show the relation of these genes to the morphogenesis of segments and legs. Further, the cell-lineage of Porcellio scaber was analyzed with a 4D-microscope system. Cell-ablation experiments were used to show regulational networks in the development of the germ-band. The results of this work show: I. The regulation of the genes Distal-less and engrailed is independent of the cell-lineage. II. The morphogenesis of the convergent monoramous limbs in the thorax is reflected by different expression patterns of the gene Distal-less - in Orchestia cavimana the expression of Distal-less is switched off in the lateral cells, in Porcellio scaber these cells do not start the Distal-less expression. III. The 4D-microscopy analysis show, that the cell-lineage in the cellrows wich have a non-ectoteloblastic origin is not invariant. In these rows of cells show cell sorting. IV. The formation of these rows in the isopod Porcellio scaber shows similarity to the formation in tanaidaceans. A sister group relationship of Tanaidacea and Isopoda is strongly supported. This dissertation contains five video recordings as separate AVI files.

Das Harnblasenkarzinom (BCa) ist die zweithäufigste bösartige urologische Tumorerkrankung sowie die siebthäufigste tumorbedingte Todesursache bei Männern. Zur Senkung des erheblichen Rezidiv- und Progressionsrisikos oberflächlicher BCa kommen lokale Immun- oder Chemotherapeutika zum Einsatz, die jedoch starke Nebenwirkungen verursachen können bzw. ungenügende langfristige Effekte bewirken. Eine neuartige Therapieoption besteht in der gezielten Expressionshemmung von Genen, die den Tumorzellen einen Wachstumsvorteil vermitteln. Hierfür eignen sich besonders synthetische Nukleinsäuren wie Antisense-Oligodesoxynukleotide (AS-ODN) und small interfering RNAs (siRNAs). In der vorliegenden Arbeit wurde die Expressionshemmung des potenziellen Targetgens hTERT (humane Telomerase Reverse Transkriptase) mit AS-ODN und siRNAs in BCa-Zellen untersucht. Die Tumorspezifität der hTERT-mRNA-Expression konnte zunächst an tumor- und tumorfreien Gewebeproben von BCa-Patienten gezeigt werden. Die verwendeten AS-ODN reduzierten die hTERT-mRNA-Expression auf bis zu 40%, womit eine Verringerung der Telomeraseaktivität einherging. Die AS-ODN-Behandlung bewirkte des Weiteren eine konzentrationsabhängige Viabilitätsreduktion verschiedener BCa-Zelllinien sowie eine verminderte Zellkoloniebildungsrate. Diese antiproliferativen Effekte waren auf eine Apoptoseinduktion zurückzuführen. Durch eine Vorbehandlung von vier BCa-Zelllinien mit hTERT-AS-ODN konnten die zytotoxischen Effekte der für das BCa relevanten Chemotherapeutika Cisplatin, Mitomycin C und Gemcitabin signifikant verstärkt werden. Nach Untersuchung der AS-ODN-Wirkung in vitro erfolgte die Etablierung eines subkutanen Xenotransplantantmodells der Nacktmaus. Die Eignung einer intraperitonealen Applikation wurde mit fluoreszenzmarkierten AS-ODN belegt. In weiteren Zellkulturexperimenten kamen hTERT-siRNAs, als alternative Methode der Geninhibition, zum Einsatz. Die Reduktion der hTERT-mRNA-Expression auf 50% war mit der durch AS-ODN bewirkten Inhibition vergleichbar. Im Gegensatz zur AS-ODN-Behandlung induzierten siRNAs keine unmittelbare Apoptose. Eine Kombination der siRNAs mit Cisplatin und Mitomycin C bewirkte jedoch eine Verdopplung der Apoptoserate. Um die molekularen Mechanismen der Wirkung der nukleinsäurebasierten hTERT-Inhibitoren und den Einfluss targetunabhängiger Effekte zu untersuchen, wurden transkriptomweite Expressionsanalysen mittels Oligonukleotid-Microarrays durchgeführt. Hierbei zeigte sich, dass die AS-ODN-Behandlung vorwiegend zu einer gesteigerten Expression von Genen führte, die mit einer zellulären Stressantwort assoziiert sind (u.a. ATF3, EGR1, GADD45). Diese Expressionsmuster stimmten in hohem Maße mit denen überein, die durch Transfektion mit AS-ODN gegen andere Targets erhalten wurden. Diese Ergebnisse deuten auf eine, zumindest teilweise, durch off-Targeteffekte ausgelöste Wachstumshemmung hin. Die siRNA-Behandlungen gegen unterschiedliche Targets zeigten relativ geringe Übereinstimmungen in den Expressionsmustern und somit eine höhere Spezifität. Außerdem wurde erstmalig gezeigt, dass eine hTERT-Inhibition mit siRNAs zur trankriptionellen Hemmung der Onkogene EGFR und FOSL1 führt. Diese Daten sowie die Ergebnisse anderer Arbeitsgruppen deuten auf einen wechselseitigen Zusammenhang zwischen hTERT und EGFR in der Regulation der EGFR-stimulierten Proliferation von BCa-Zellen hin. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass hTERT als tumorspezifisch exprimierter und funktionell relevanter Faktor ein hervorragendes Target für eine nukleinsäurebasierte BCa-Therapieoption darstellt. Im Vergleich zu AS-ODN wirken siRNAs grundsätzlich targetspezifischer. Die therapeutische Wertigkeit der lokal applizierten Inhibitoren, insbesondere in Kombination mit herkömmlichen Chemotherapeutika, sollte in nachfolgenden Experimenten im Rahmen eines orthotopen BCa-Xenotransplantatmodells untersucht werden.

Die rheumatoide Arthritis ist eine chronisch-entzündliche Bindegewebserkrankung mit symmetrischem Befall der Gelenke. Die genaue Ätiologie ist bisher unbekannt. Aktivierte synoviale Fibroblasten sollen durch gesteigerte Adhäsion und Produktion von proinflammatorischen Zytokinen und Matrix-lysierenden Proteasen maßgeblich an der Gelenkdestruktion beteiligt sein. Ziel dieser Arbeit war es, ein neues in-vivo-Knorpeldestruktions-Modell zu etablieren, in welchem unter immunkompetenten Bedingungen, die Invasion und Destruktion von Gelenkknorpel durch die Fibroblasten-Zelllinie LS48 über einen längeren Zeitraum simuliert werden kann. Die am Institut für klinische Immunologie der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig etablierte Zelllinie LS48 wurde in die ipsilateralen Kniegelenke von BALB/c-Mäusen injiziert. Die dadurch induzierte Gewebsdestruktion wurde über zehn Wochen in zweiwöchigem Abstand histopathologisch beurteilt und klassifiziert. Als vergleichende Fibroblasten-Zelllinie wurden nicht-invasive NIH/3T3-Zellen eingesetzt. An Hand der Score-Parameter Zellinvasion, Pannusformation und Knorpeldestruktion wurde eine mäßige bis schwer-wiegende Gewebsdestruktion durch die LS48-Zellen bereits ab der zweiten Untersuchungswoche lichtmikroskopisch nachgewiesen, ohne dass dabei pathologische Effekte in den kontralateralen Kniegelenken aufgetreten sind. Polarisationsmikroskopisch wurden für den Parameter Knorpeldestruktion vergleichbare Ergebnisse erzielt. Damit wurde gezeigt, dass das Modell BALB/c LS48 ein erfolgversprechendes Instrument darstellt, das zur Testung neuer therapeutischer Strategien gegen die Gelenkdestruktion verwendet werden kann. Inwieweit die Auseinandersetzung der LS48-Zellen mit dem spezifischen Immunsystem der BALB/c-Maus Auswirkungen auf den Verlauf der Gewebsdestruktion hat, sollte in weiterführenden Experimenten untersucht werden.