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Podocytes are highly specialized kidney cells that are attached to the outer aspect of the glomerular capillaries and are damaged in more than 75% of patients with an impaired renal function. This specific cell type is characterized by a complex 3D morphology which is essential for proper filtration of the blood. Any changes of this unique morphology are directly associated with a deterioration of the size-selectivity of the filtration barrier. Since podocytes are postmitotic, there is no regenerative potential and the loss of these cells is permanent. Therefore, identification of small molecules that are able to protect podocytes is highly important. The aim of this work was to establish an in vivo high-content drug screening in zebrafish larvae. At first, we looked for a reliable podocyte injury model which is fast, reproducible and easy to induce. Since adriamycin is commonly used in rodents to damage podocytes, we administered it to the larvae and analyzed the phenotype by in vivo microscopy, (immuno-) histology and RT-(q)PCR. However, adriamycin did not result in a podocyte-specific injury in zebrafish larvae. Subsequently, we decided to use a genetic ablation model which specifically damages podocytes in zebrafish larvae. Treatment of transgenic zebrafish larvae with 80 µM metronidazole for 48 hours generated an injury resembling focal and segmental glomerulosclerosis which is characterized by podocyte foot process effacement, cell depletion and proteinuria. Following this, we established an in vivo high-content screening system by the use of a specific screening zebrafish strain. This screening strain expresses a circulating 78 kDa eGFP-labeled Vitamin D-binding fusion protein, which passes the filtration barrier only after glomerular injury. Therefore, we had an excellent readout to follow podocyte injury in vivo. We generated a custom image analysis software that measures the fluorescence intensity of podocytes and the vasculature automatically on a large scale. Furthermore, we screened a specific drug library consisting of 138 compounds for protective effects on larval podocytes using this in vivo high-content system. The analysis identified several initial hits and the subsequent validation experiments identified belinostat as a reliable and significant protective agent for podocytes. These results led to a patent request and belinostat is a promising candidate for a clinical use and will be tested in mammalian podocyte injury models.

Niemann–Pick type C1 (NPC1) is a lysosomal storage disorder, inherited as an autosomal-recessive trait. Mutations in the Npc1 gene result in malfunction of the NPC1 protein, leading to an accumulation of unesterified cholesterol and glycosphingolipids. Beside visceral symptoms like hepatosplenomegaly, severe neurological symptoms such as ataxia occur. Here, we analyzed the sphingosine-1-phosphate (S1P)/S1P receptor (S1PR) axis in different brain regions of Npc1−/− mice and evaluated specific effects of treatment with 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD) together with the iminosugar miglustat. Using high-performance thin-layer chromatography (HPTLC), mass spectrometry, quantitative real-time PCR (qRT-PCR) and western blot analyses, we Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 4502; doi:10.3390/ijms21124502 www.mdpi.com/journal/ijms Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 4502 2 of 31 studied lipid metabolism in an NPC1 mouse model and human skin fibroblasts. Lipid analyses showed disrupted S1P metabolism in Npc1−/− mice in all brain regions, together with distinct changes in S1pr3/S1PR3 and S1pr5/S1PR5 expression. Brains of Npc1−/− mice showed only weak treatment effects. However, side effects of the treatment were observed in Npc1+/+ mice. The S1P/S1PR axis seems to be involved in NPC1 pathology, showing only weak treatment effects in mouse brain. S1pr expression appears to be affected in human fibroblasts, induced pluripotent stem cells (iPSCs)-derived neural progenitor and neuronal differentiated cells. Nevertheless, treatment-induced side effects make examination of further treatment strategies indispensable

Chronic kidney disease (CKD) is a major public health burden affecting more than 500 million people worldwide. Podocytopathies are the main cause for the majority of CKD cases due to pathogenic morphological as well as molecular biological alterations of postmitotic podocytes. Podocyte de-differentiation is associated with foot process effacement subsequently leading to proteinuria. Since currently no curative drugs are available, high throughput screening methods using a small number of animals are a promising and essential tool to identify potential drugs against CKD in the near future. Our study presents the implementation of the already established mouse GlomAssay as a semi-automated high-throughput screening method—shGlomAssay—allowing the analysis of several hundreds of FDA-verified compounds in combination with downstream pathway analysis like transcriptomic and proteomic analyses from the same samples, using a small number of animals. In an initial prescreening we have identified vitamin D3 and its analog calcipotriol to be protective on podocytes. Furthermore, by using RT-qPCR, Western blot, and RNA sequencing, we found that mRNA and protein expression of nephrin, the vitamin D receptor and specific podocyte markers were significantly up-regulated due to vitamin D3- and calcipotriol-treatment. In contrast, kidney injury markers were significantly down-regulated. Additionally, we found that vitamin D3 and calcipotriol have had neither influence on the expression of the miR-21 and miR-30a nor on miR-125a/b, a miRNA described to regulate the vitamin D receptor. In summary, we advanced the established mouse GlomAssay to a semi-automated high-throughput assay and combined it with downstream analysis techniques by using only a minimum number of animals. Hereby, we identified the vitamin D signaling pathway as podocyte protective and to be counteracting their de-differentiation.

In der vorliegenden Studie wurden die in einzelnen Kasuistiken berichteten schwerwiegenden Komplikationen, wie die Perforation des Spinalkanals und dadurch hervorgerufenen Verletzungen der intraspinalen Strukturen (Heyll und Ziegenhagen 2000; Schmittinger et al. 2011) im Rahmen der neuraltherapeutischen Injektion der Tonsilla pharyngea aus morphologischer Sicht einer näheren Betrachtung unterzogen. Zu diesem Zweck wurde der mögliche Stichkanal einer Kanüle virtuell anhand computertomographischer Datensätze von insgesamt 53 adulten Schädeln von sieben unterschiedlichen Populationen verschiedener historischer und geographischer Herkunft rekonstruiert. Dabei wurde der Einfluss einer 8 cm langen und nach 4 cm um 140° nach kranial gebogenen Kanüle entsprechend den Vorgaben von Barop (2015) mit einer 8 cm langen, geraden Kanüle in Anlehnung an Dosch (1995) verglichen. Der knöcherne Treffpunkt der Kanülenspitzen im Epipharynx wurde anschließend mittels linearer Streckenmaße metrisch erfasst. Um den Einfluss der Schädelmorphologie auf die Messergebnisse beurteilen zu können, wurden zusätzlich Zusammenhänge zwischen definierten Parametern am Epipharynx und ausgewählten Schädelparametern statistisch geprüft. Alle Untersuchungen erfolgten an CT-Datensätzen mittels des Programmes Horos v3.3.5 (© 2019 Horos Project). Dazu wurden Längenmessungen und Winkelberechnungen am Schädel vorgenommen sowie Abstände zu definierten Landmarken an Schädelbasis und Epipharynx vermessen. Die Beziehungen zwischen den erhobenen Parametern wurden bei Vorliegen einer Normalverteilung mit Hilfe parametrischer Tests (u. a. einfaktorielle Varianzanalyse (ANOVA)) untersucht. Die Untersuchungsergebnisse zeigten für alle Schädel und unabhängig der Verwendung einer geraden oder abgewinkelten Kanüle stets einen knöchernen Treffpunkt im Epipharynx. Die Treffpunkte der gebogenen Kanüle lagen stets weiter anterior als jene der gerade Kanüle. Demzufolge ist hinsichtlich des Risikos, den Spinalkanal zu verletzen, die gebogene Kanüle zu favorisieren. Mögliche statistische Beziehungen zwischen den Schädelparametern mit den Abständen des knöchernen Treffpunktes der Kanülen zum Basion wurden mittels einer Korrelationsanalyse nach Pearson, einer einfachen linearen Regressionsanalyse sowie mit einer multifaktoriellen ANOVA geprüft. Die Ergebnisse dieser Studie verdeutlichen signifikante Korrelationen zwischen Epipharynx- und Gesichtslänge. Zudem ließ sich ein tendenzieller Zusammenhang zwischen der mittleren Gesichtshöhe bzw. der Epipharynxhöhe zum Abstand des knöchernen Kanülentreffpunktes und dem höchsten Punkt im Epipharynx nachweisen. Im Ergebnis der statistischen Untersuchungen zeigte sich jedoch auch, dass mögliche Populationsunterschiede keinen Einfluss auf den knöchernen Kanülentreffpunkt im Epipharynx haben. Mit der vorliegenden Arbeit wurde eine standardisierte Methode vorgestellt, die es ermöglicht, den knöchernen Treffpunkt einer Kanüle an der Schädelbasis zu analysieren und quantitativ zu bestimmen. Damit ergeben sich neue Möglichkeiten zur Untersuchung der neuraltherapeutischen Injektion an das Rachendach auch unter Berücksichtigung phylogenetischer und populationsbiologischer Aspekte. Derartige Daten sind für die Reduktion schwerwiegender Komplikationen von unmittelbarer klinischer Bedeutung.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Morphologie des knöchernen Gaumens verschiedener Feuchtnasenprimaten, Neuweltaffen und Altweltaffen untersucht und miteinander verglichen. Zudem wurde ein möglicher Zusammenhang zwischen der Morphologie des knöchernen Gaumens und dem Sinus maxillaris überprüft. Die Untersuchung erfolgte anhand von CT- und DVT-Datensätzen an insgesamt 138 verschiedenen Primatenschädeln. Das genaue Alter sowie das Geschlecht einiger Tiere waren nicht bekannt. Mit Hilfe der Software OsiriX Lite Version 10.0.2 (Osman Ratib, Antoine Rosset) wurde die Vermessung der verwendeten Datensätze anhand definierter Gaumenmaße durchgeführt. Zusätzlich ermöglichte die Software die Bestimmung des Gaumenvolumens sowie die Erstellung eines Gaumenmodells mittels 3-D Rekonstruktion. Zudem wurden verschiedene Schädelmaße sowie das Volumen des Sinus maxillaris bestimmt. Die biostatistische Auswertung der Ergebnisse umfasste neben der Untersuchung signifikanter Unterschiede der Gaumenmaße mittels U-Test und H-Test eine Korrelationsanalyse sowie eine einfache lineare Regressionsanalyse. Um den Einfluss möglicher Störvariablen zu eliminieren, wurden die Schädelbasislänge und die Obergesichtshöhe im Rahmen einer partiellen Korrelationsanalyse herausgerechnet. Insgesamt erfolgte die Auswertung sowohl innerhalb einer Primatengruppe als auch zwischen den jeweiligen Gruppen. Um die Gaumenmorphologie der Primatengruppen besser vergleichen zu können, wurden Gaumenindizes gebildet. Bei allen untersuchten Primatengruppen konnte eine Gaumenwölbung nachgewiesen werden. Dabei unterscheiden sich im koronaren Schnittbild vor allem das Ausmaß und die Form dieser Wölbung. Grundsätzlich liegt bei allen untersuchten Primaten im vorderen Abschnitt des Gaumens eine flache Wölbung vor. Diese nimmt im Bereich der Prämolaren und Molaren zu und flacht im dorsalen Abschnitt des Gaumens wieder ab. Während bei den Strepsirrhini eine geringe Wölbung des Gaumens vorliegt, ist diese bei den Catarrhini am stärksten ausgeprägt. Bezüglich der Grundform der Gaumenwölbung weist der Gaumen der Strepsirrhini im Bereich der Molaren eine trianguläre Form auf. Diese ist bei den Platyrrhini elliptisch bis halbkreisförmig. Die Grundform der Gaumenwölbung der Catarrhini variiert zwischen trapezoid bis rechteckig und einer hohen Bogenform. Die erhobenen Gaumenindizes ergaben für alle untersuchten Primatengruppen einen Gaumen, der als leptostaphylin (schmalgaumig) klassifiziert werden kann. Dabei weisen die Platyrrhini den verhältnismäßig breitesten Gaumen aller untersuchten Primatenspezies auf. Bezüglich der Gaumenhöhe ist der Gaumen der Strepsirrhini und Platyrrhini als chamaestaphylin (niedergaumig) zu bezeichnen. Der Gaumen der Catarrhini ist dagegen als orthostaphylin (mittelhochgaumig) einzustufen. Bei einigen Präparaten konnte ein Torus palatinus beobachtet werden, wobei die Ausprägung und Häufigkeit dieser Exostose zwischen den Primatengruppen variierte. Während ein Torus palatinus bei den Catarrhini in 49,4 % der Fälle gefunden wurde, konnte dieser bei den Strepsirrhini bei 28 % der Präparate festgestellt werden. Hervorzuheben ist, dass bei keinem der untersuchten Neuweltaffen ein Torus palatinus gefunden wurde. Die Korrelationsanalyse ergab für alle untersuchten Primatengruppen eine insgesamt hohe signifikante Korrelation zwischen den erhobenen Gaumenmaßen und verschiedenen Längen-, Breiten- und Höhenmaßen des Gesichtsschädels. Bei allen Primatenspezies, die einen Sinus maxillaris ausgebildet haben, konnten wir einen signifikanten Zusammenhang zwischen dem Gaumenvolumen und dem Volumen des Sinus maxillaris feststellen. Im Rahmen einer partiellen Korrelationsanalyse konnte jedoch gezeigt werden, dass diese Korrelation maßgeblich durch die Schädelgröße determiniert wird. Lediglich bei den Catarrhini konnten wir nach partieller Korrelationsanalyse eine signifikante Korrelation zwischen der Gaumenhöhe und dem Sinus maxillaris feststellen. Inwiefern das Vorhandensein des Sinus maxillaris einen Einfluss auf die Gaumenmorphologie hat, wurde im Sinne eines natürlichen Experiments durch einen Speziesvergleich innerhalb der Cercopithecoidea überprüft. Dazu wurde die Gaumenmorphologie von Colobus guereza, einem Primaten ohne Sinus maxillaris, und Macaca fuscata, einem Primaten mit Sinus maxillaris, verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass die Ausbildung des Sinus maxillaris keinen signifikanten Einfluss auf die Morphologie des knöchernen Gaumens hat. Für beide Strukturen kann folglich ein eigenes Wachstumspotenzial angenommen werden. Bei Primaten, welche einen Sinus maxillaris ausgebildet haben, weisen die Ergebnisse dieser Studie auf einen Zusammenhang zwischen der Gaumenhöhe und dem Volumen des Sinus maxillaris hin. Dabei wird der Zusammenhang beider Maße vor allem durch die Schädelgröße determiniert, obgleich der Einfluss der Schädelgröße bei den Platyrrhini und Strepsirrhini größer zu sein scheint als bei den Catarrhini. Insgesamt besteht der Zusammenhang zwischen Sinus maxillaris und Palatum durum unserer Auffassung nach vor allem aufgrund der engen topografischen Beziehung beider Strukturen zueinander, sodass ein gut ausgebildeter Processus alveolaris einen großen Sinus maxillaris begünstigt. Diese Arbeit bietet eine Übersicht über die unterschiedliche Gaumenmorphologie einzelner Primatenspezies innerhalb der Ordnung der Primaten und leistet so aus vergleichend-anatomischer Sicht einen Beitrag zum Verständnis einiger Einflussfaktoren auf die Gaumenmorphologie. Die Ergebnisse dieser Studie tragen Modellcharakter und lassen aufgrund der engen stammesgeschichtlichen Verwandtschaft zwischen nichtmenschlichen Primaten und dem Menschen Rückschlüsse auf den Zusammenhang beim Menschen zu. In Bezug auf den Sinus maxillaris verdeutlicht diese Studie, dass die Pneumatisationsverhältnisse bei der Beurteilung der Maxilla und des knöchernen Gaumens künftig stärker berücksichtigt werden sollten.