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Kunststoffe durchdringen nahezu jeden Bereich unseres alltäglichen Lebens. Zur Herstellung bestimmter Plastikmaterialien (Epoxidharze und Polycarbonate) werden Bisphenole als Grundbaustein benötigt, deren Grundstruktur sich aus zwei Phenolringen zusammensetzt, die über eine substituierte Kohlstoffbrücke miteinander verbunden sind. Die einzelnen Bisphenole unterscheiden sich jeweils durch verschiedene Substituenten an der Kohlenstoffbrücke oder an den aromatischen Ringsystemen. Dabei gehen die großmaßstäbliche Produktion der Bisphenole sowie unser permanenter Kontakt mit bisphenolhaltigen Materialien mit einer verstärkten Nachweisbarkeit dieser Chemikalien in Umweltproben bzw. in menschlichen Geweben und Körperflüssigkeiten einher. Gleichzeitig stehen Bisphenole im Verdacht, aufgrund ihrer Toxizität und hormonähnlichen Wirkung eine Vielzahl von Erkrankungen zu begünstigen. Vor allem die Interaktion mit dem Östrogenrezeptor alpha ist gut verstanden. Daher wurde in dieser Arbeit die bakterielle Transformation von acht verschiedenen Bisphenolen (Bisphenol A, AP, B, C, E, F, PH und Z) durch die Umweltisolate Cupriavidus basilensis SBUG 290 und Bacillus amyloliquefaciens SBUG 1837 untersucht und näher charakterisiert. Beide Bakterienstämme waren in der Lage, alle eingesetzten Bisphenole zu transformieren. Dabei war die Transformation auf die Phenolringe oder daran befindliche Substituenten beschränkt. Ein mikrobieller Angriff an der ringverbindenden Kohlenstoffbrücke wurde nicht nachgewiesen. Während B. amyloliquefaciens die Schadstoffe ungeachtet ihrer Struktur jeweils phosphorylierte, transformierte C. basilensis die Bisphenole in Abhängigkeit von ihrer Struktur zu hydroxylierten Derivaten, Ringspaltungsprodukten, Produkten mit Acetamidstruktur oder zu Dimeren. Neben der Strukturaufklärung der mikrobiell gebildeten Produkte wurden die einzelnen Transformationswege für beide Bakterienstämme näher charakterisiert. Hierfür wurden u.a. die Produkte als Transformationssubstrate eingesetzt, der Einfluss der Kultivierung und Inkubationsmedien auf die Biotransformation untersucht sowie Proteomanalysen durchgeführt. Die Bildung von hydrophileren Transformationsprodukten durch die Bakterienstämme führte zur Detoxifizierung und Reduktion der östrogenen Aktivität der hydrophoben Bisphenole.
Proteom- und Transkriptom-Analysen zur Bestimmung der Immuntoxizität ausgewählter Naturstoffe
(2017)
Der Einsatz von Tierversuchen in Forschung und Entwicklung nimmt trotz fortschreitender Optimierung von Testmethoden und –verfahren weiter zu. Zeitgleich werden fortwährend neue Substanzen isoliert oder synthetisiert, deren Wirkungen auf den humanen Organismus und speziell das Immunsystem nicht bekannt sind. In vitro Methoden stellen deshalb sowohl eine günstige und schnelle als auch eine ethisch unbedenkliche Alternative zu Tierversuchen dar. In der vorliegenden Arbeit sollten proteom- und transkriptombasierte Methoden dazu dienen, immuntoxische Eigenschaften von Naturstoffen zu identifizieren und diese Verfahren als Alternative zu Tierversuchen zu etablieren. Dazu wurden zwei humane Immunzelllinien mit Naturstoffen behandelt und das intrazelluläre Proteom sowie das Transkriptom spezifischer Biomarker-Gene analysiert. Zusätzlich dienten weitere Methoden wie Metaboliten-, Zellzyklus- und Apoptoseanalysen sowie die Identifizierung intrazellulärer reaktiver Sauerstoffspezies dazu, Ergebnisse zu verifizieren oder zusätzliche Informationen zu erhalten. Wie zu erwarten war, zeigten die Proteomanalysen, dass sowohl immuntoxische als auch nicht-immuntoxische Substanzen eine breite Wirkung auf das intrazelluläre Proteom haben. Vor allem Proteine, die in den allgemeinen Metabolismus, zelluläre Prozesse und Prozesse der Informationsverarbeitung involviert sind, wurden durch die Behandlung mit den Substanzen in ihrer relativen Menge auf den 2D-Gelen verändert. Allein durch die Zuordnung von Proteinen zu Stoffwechselwegen war eine Abgrenzung immuntoxischer und nicht immuntoxischer Substanzen nicht möglich. Dennoch gibt die Methode einen Einblick in die Wirkungsweise der Substanzen, wodurch Wirkmechanismen entschlüsselt und Reaktionen auf das Immunsystem abgeleitet werden können. Dies wird vor allem nach der Behandlung der Zellen mit Tulipalin A und Helenalin deutlich, da auch allgemeine Stoffwechselwege wie die Purinsynthese und die anaerobe Glykolyse einen Einfluss auf das Immunsystem haben. Zusätzlich zu den allgemeinen Stoffwechselwegen wurden einzelne Proteine in ihrer Abundanz verändert, die in Reaktionen des Immunsystems wie der Zytokinbildung oder der Bildung von MHC-Molekülen involviert sind. Außerdem konnten Biomarker für Immuntoxizität auf Proteomebene entwickelt werden. Mit Hilfe dieser Daten war eine Klassifizierung der Substanzen nach ihrer Immuntoxizität möglich. Anhand dieser Analysen wurden die Testsubstanzen Tulipalin A, Helenalin, Vincristin und Cannabidiol als immuntoxisch klassifiziert. Die Klassifizierung der Substanzen als immuntoxisch aufgrund der Biomarker-Proteine und Stoffwechselwege konnte durch die Anwendung von Transkriptom-Biomarkern bestätigt werden. Neben den über 2D-Gelelektrophorese-basierten Proteomanalysen getesteten Substanzen wurden auch Bisphenol A und Ergosterolperoxid aufgrund der Transkriptombiomarker als immuntoxisch klassifiziert. Agaritin und p-Tolylhydrazin sowie der Bisphenol A bis(2,3-dihydroxypropyl) ether haben keine immuntoxische Wirkung. Neben den Proteom-basierten Methoden dient der entwickelte Entscheidungsbaum basierend auf verschiedenen Methoden als Grundlage für die Immuntoxiztätsklassifizierung. Mit dem erstellten Entscheidungsbaum konnten beispielsweise Cyclosporin A, Helenalin und Tulipalin A durch die Anwendung gezielter Tests als immuntoxisch eingestuft werden, während Mannitol als nicht-immuntoxisch bestätigt wurde. Zusammenfassend war es mittels in vitro Methoden möglich, die Immuntoxizität verschiedener Naturstoffe zu identifizieren. Neben Proteom-basierten Methoden wurden auch Transkriptom- sowie funktionelle und Metabolomanalysen genutzt. Eine Validierung der Ergebnisse mit weiteren bekannten immuntoxischen und nicht-immuntoxischen Substanzen würde eine Anwendung als Alternative zu Tierversuchen für eine erstes Screening Testung neuer Substanzen ermöglichen und so sowohl Zeit und Kosten sparen als auch ethische Bedenken minimieren.
Die hier vorgestellte Pilotstudie erfolgte in einem Zeitraum von 19 Monaten basierend auf Notarzteinsätzen im Raum Nienburg. Es wurden insgesamt 10 Patienten mit frisch aufgetretenen Schlaganfällen untersucht. Dafür wurde die Nahinfrarotspektroskopie als Methode verwendet. Das Ziel dieser Arbeit war es herauszufinden, wie sich die rSO2 bei Patienten mit akutem Schlaganfall verhält und ob es einen Zusammenhang zwischen dem arteriellen Blutdruck und der SpO2 mit der rSO2 gibt. Um die regionale zerebrale Sauerstoffsättigung zu dokumentieren, wurde das NIRS-Gerät verwendet. Zwei der untersuchten Fälle waren intrazerebrale Blutungen. Ein Fall wurde im Krankenhaus als epileptischer Anfall mit Schlaganfallsymptomatik dargestellt. Die übrigen Fälle waren akute ischämische Insulte. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass durch die NIRS-Methode möglicherweise ein Insult schon in der Prähospitalphase erkannt werden kann. Von den zehn beobachteten Fällen zeigte die rSO2 -Messung in sechs Fällen (Patienten 1, 4, 6, 7, 8 und 9) niedrigere rSO2- Werte auf der aktuell betroffenen Hemisphäre an als die nicht betroffene Hemisphäre. In allen sechs Fällen war in der Anamnese kein alter Schlaganfall bekannt. Es handelte sich jeweils um ein Erstereignis. In einem Fall konnte eine massive Hirnblutung aufgrund einer Ruptur der A. basilaris diagnostiziert werden (Patient 5). Hier verliefen die beiden rSO2 - Kurven fast parallel. In drei Fällen (Patienten 2,3 und 10) waren die rSO2-Werte auf der betroffenen Hemisphäre aktuell niedriger als auf der nicht betroffenen Hemisphäre. In diesen drei Fällen hatten die Patienten in der Anamnese einen alten Schlaganfall. Es wird daher vermutet, dass es bei diesen Fällen nach dem Erstereignis zu einer ischämischen Präkonditionierung und zu Ausbildung von Gefäßkollateralen gekommen sein könnte. Ein direkter Zusammenhang zwischen dem arteriellen Blutdruck und der rSO2 konnte nur in einem Fall (Patient 5) dokumentiert werden. Diese Patientin musste intubiert werden. Der Blutdruck sank durch die Narkose. Es reduzierten sich auf beiden Hemisphären die rSO2- Werte. In den übrigen Fällen waren die Blutdruckwerte hypertensiv. Es konnte kein direkter Zusammenhang beobachtet werden. Vermutlich ist durch den Schlaganfall die Autoregulation außer Kraft gesetzt worden. Es wird angenommen, dass die Blutdruckwerte dennoch ausreichten, um einen ausreichenden CBF zu gewährleisten. Es ist aber davon auszugehen, dass bei sinkenden Blutdrücken auch die rSO2-Werte sinken würden wie bei Zusammenfassung 66 der 5. Patientin. Um präzisere Aussagen zu treffen, sind jedoch weitere Untersuchungen notwendig. Durch den Anstieg des SpO2-Wertes durch Sauerstoffgabe sind in fast allen Fällen (Patienten 1, 2, 3, 6, 7, 8 und 9) auch die rSO2-Werte angestiegen. Hier sind ebenfalls noch weitere Untersuchungen notwendig, um die Hypothese zu untermauern, dass ein Anstieg der SpO2 durch Sauerstoffgabe die rSO2 -Werte verbessert. Die NIRS-Methode eignet sich möglicherweise in Zukunft dafür, dass einerseits ein Schlaganfall schon prähospital im Rettungsdienst erkannt werden kann und anderseits durch die rSO2-Werte die zerebrale Blutversorgung beeinflusst werden kann. Die Ungenauigkeit der Messungen durch Artefakte könnte in Zukunft durch die Hybridtechnologie verbessert werden (Vgl. Winther Schytz, H., 2015). Durch die Regulierung des Blutdruckes anhand der rSO2-Werte und der SpO2 könnte einer weiteren Hirnschädigung bei akutem Schlaganfall schon im Rettungsdienst entgegengesteuert werden.
Assoziation zwischen Thyreotropin und dem Lipidprofil bei Kindern und Jugendlichen in Deutschland
(2017)
Zielstellung:
Es gibt noch keine populationsbezogene Studie, die den Zusammenhang zwischen Thyreotropin (TSH) und den Lipidparametern Gesamtcholesterin, Low-Density-Lipoprotein-(LDL)-Cholesterin, High-Density-Lipoprotein-(HDL)-Cholesterin und Triglyzeriden bei Kindern und Jugendlichen unter-sucht hat, trotz der möglichen Auswirkungen eines erhöhten Lipidprofils auf die Entstehung von kardiovaskulären Erkrankungen.
Teilnehmer und Methoden:
Es wurden Eigenschaften und Laborparameter von insgesamt 6 622 drei- bis zehnjährigen Kindern und 6 134 elf- bis 17-jährigen Heranwachsenden der Studie zur Gesundheit von Kindern und Jugendlichen in Deutschland (KiGGS) analysiert. Primäre Expositionsvariable dieser Querschnittsstudie war der mit einer Elektroluminiszenz-Methode gemessene TSH-Spiegel im Serum. Primäre Outcomevariablen waren die Gesamtcholesterin-, LDL-Cholesterin-, HDL-Cholesterin- und Triglyzeridspiegel im Serum, die über enzymatische Farbanalysen bestimmt wurden. Die Variablen wurden mithilfe von altersspezifischen Grenzwerten kategorisiert.
Ergebnisse:
Signifikante positive Assoziationen lagen bei Kindern zwischen Serum-TSH-Spiegeln und allen Nicht-HDL-Cholesterinspiegeln (Gesamtcholesterin-, LDL-Cholesterin- und Triglyzeridspiegeln) vor (β = 0,90, 95 %-Konfidenzintervall [KI]: 0,53 – 1,27; β = 0,78, 95 %-KI: 0,44 – 1,13; und β = 0,90, 95 %-KI: 0,52 – 1,27), gleichermaßen bei Jugendlichen (β = 0,90, 95 %-KI: 0,47 – 1,32; β = 0,67, 95 %-KI: 0,29 – 1,05; und β = 0,92, 95 %-KI: 0,49 – 1,35; p < 0,05). Stratifizierte Modelle deuteten darauf hin, dass diese Zusammenhänge besonders stark bei übergewichtigen und adipösen Kindern waren. Kinder mit erhöhten TSH-Spiegeln hatten im Vergleich zu Kindern mit TSH-Spiegeln im Referenzbereich höhere Nicht-HDL-Cholesterinspiegel.
Fazit:
Wie schon bei Erwachsenen bekannt, zeigt diese Studie bei Kindern und Jugendlichen einen positiven Zusammenhang zwischen den Serumspiegeln von TSH und Nicht-HDL-Lipiden. Längsschnittstudien könnten klären, ob ein erhöhter Serum-TSH-Spiegel, der von einem unvorteilhaften Lipidprofil begleitet wird, im Erwachsenenalter fortdauert.
In der Klinik und Poliklinik für Orthopädie Greifswald wurden 43 Patienten zu ihrer Zufriedenheit mit der erhaltenen Elektrothermische Denervierung (ETD) befragt. Die Intervention erhielten die Patienten bei zugrunde liegender Erkrankung an Plantarer Fasziitis eines oder beider Füße. Die Befragung wurde über einen hierfür erarbeiteten Fragebogen, Visuelle Analogskalen (VAS) und dem anerkannten AOFAS-Score für den Rückfuß postalisch durchgeführt. Gleichzeitig mit dem Anschreiben wurden freiwillige Nachuntersuchungen in der Poliklinik für Orthopädie Greifswald angeboten, welche uns unter anderem zur
Vervollständigung des AOFAS-Score dienten. Dreißig Studienteilnehmer erklärten sich für diese erweiterte Untersuchung bereit und wurden unter der Aufsicht von Oberarzt Dr. med. G. Engel nachuntersucht.
Die grundlegende Frage nach den mittel- bis langfristigen Ergebnisse der ETD, im Vergleich zu minimalinvasiven Fasziotomien und Stoßwellentherapie, bei Plantarfasziitis wurde durch die Auswertung von 49 erhobenen Datensätzen und den zusätzlich 30 AOFAS-Scores von
ETD-behandelten Füßen bearbeitet. Die durchschnittliche Zeit zwischen Intervention und Follow-up betrug 16,33 Monate, bei einer Spanne von einem bis 63 Monaten. Das arithmetische Mittel der subjektiven Wirkdauer zum Zeitpunkt der Datenerhebung entsprach 11,5 Monate. Die Spanne der Wirkdauer reichte von wenigen Tagen bis hin zu über fünf Jahren. Relativiert wird sie durch die durchschnittliche Zeit seit der Intervention von 16,33 Monaten und die anhaltende Wirkung bei Patientenfüßen, die erst kurzfristig vor der Datenerhebung mittels ETD behandelt wurden und weshalb hier deutlich kürzere Zeitspannen in die Berechnung des Mittelwertes einfließen. Als Ergebnis der Zufriedenheit zeigte sich bei 87,87 Prozent der Füße eine Besserung der Schmerzproblematik. Dieser Level an Zufriedenheit fällt in die durchschnittlichen Werte von endoskopischen Fasziotomien und Stoßwellentherapien. [34, 35] Bei Vorteilen in der Durchführung im Gegensatz zu invasiveren, operativen Heilungsansätzen, im reduzierten
Auftreten von Wundheilungsstörungen und im Zeitaufwand der otwendigen Rehabilitation. [29] Im Vergleich zur Stoßwellentherapie zeigte sich die ETD als geringfügig aufwendiger in der Durchführung und in Hinsicht auf mögliche Infektionen im Behandlungsgebiet. [1, 17]
Die durchschnittlich 16,33 Monate nach der Intervention erhobenen Schmerzintensitäten von 2,0±2,764 Skaleneinheiten auf der VAS zeigen im Vergleich zu erhobenen VAS-Werten vor der Behandlung (8,0±1,839) eine signifikante Reduktionen. Die Signifikanz der chmerzreduktion durch ETD ist als sehr hoch einzuschätzen, bei vorliegenden P-Werten
unter 0,01 Prozent (p < 0,0001 im unpaarem t-Test). Das klinische Ergebnis anhand des durchschnittlichen AOFAS-Score von 80,0±20,53 Punkten bei 30 nachuntersuchten Patienten war als gutes klinisches Outcome zu werten. [33] Hierbei zeigte sich, dass ein besseres klinisches Ergebnis auch mit einer längerfristigen Wirkdauer
der ETD vergesellschaftet ist. Erreicht wird dies über die verbesserten Parameter der Schmerzfreiheit, Mobilität und Stabilität nach wirkungsvoller Denervierung. Zusammenfassend zeigt sich die Elektrothermische Denervierung als ein wirksames Mittel in der Behandlung von chronischen Plantarfasziitis-Patienten, die sich über längeren Zeitraum gegenüber konservativen Behandlungsansätzen als therapieresistent herausgestellt haben. Eine hundertprozentige Wirksamkeit kann die Therapie mittels ETD erwartungsgemäß nicht
garantieren. Ihre Anwendung sollte jedoch als Behandlungsmöglichkeit bei vorliegender Indikation stets geprüft und dem Patienten als bestehende Therapiemöglichkeit aufgezeigt werden. Eine Fortsetzung und Erweiterung des Patienten-Follow-up wäre zur Konkretisierung der
erhaltenen Ergebnisse dieser Arbeit denkbar. Ebenfalls würde zur klareren Positionierung gegenüber den etablierten Heilungsansätzen eine prospektive Vergleichsstudie mit höherer Probandenzahl Aufschluss geben.
There is multiple evidence that emotionally arousing events are preferentially processed, and better remembered than neutral events. In the present dissertation I investigated whether those strong emotional memories are affected by acute and chronic stress. Moreover, I was interested in whether already established emotional memories can be changed by behavioral intervention. According to the modulation hypothesis, emotionally arousing events promote attention and memory processes via noradrenergic and glucocorticoid actions. Recent models suggest that stress hormones differentially impact mnemonic processing, namely encoding, (re-) consolidation and memory retrieval, depending on timing and duration of the stressor relative to the learning experience. Acute stress around the time of encoding has been found to enhance memory, whereas chronic stress has been associated with memory impairments. Furthermore, consolidated memories are not resistant to modifications. Following reactivation, memories can turn into an unstable state and undergo a process called reconsolidated in order to persist. During this vulnerable state, memories are prone to modification, for instance by pharmacological blockade or interference learning. Here, the modulation of newly formed emotional and neutral memories as well as existing emotional and neutral memories was investigated in a well-established picture viewing and recognition memory paradigm using behavioral and neurophysiological measures (event-related potential, ERPs). More elaborative processing of emotional, relative to neutral stimuli has been related to the late positive potential (LPP). During encoding of emotional and neutral pictures, enhanced LPPs (starting at about 400 ms after stimulus onset) are usually observed for emotionally arousing relative to neutral pictures, indicating preferential attention allocation and processing. During recognition, correctly recognized old items evoke larger ERP amplitudes than correctly identified new items. This difference, the ERP old/new effect, was used to measure mnemonic processing during retrieval. The ERP old/new effect over centro-parietal sensor sites (400-800 ms) has been associated with recollection processes, and is enhanced for emotional, compared to neutral materials. Three studies are presented, that investigated 1) the influence of acute stress prior to encoding on long-term memory and its neural correlates, 2) the impact of chronic stress on encoding and memory, and 3) the influence of interference on already established memories (reconsolidation), always contrasting emotionally arousing and neutral scenes. Study 1 investigated subsequent recognition memory after encoding following acute stress using a socially evaluated cold pressure test, while study 2 tested the influence of chronic stress investigating breast cancer survivors about two years after cancer treatment. In study 3, one day after encoding, reconsolidation of the reactivated picture memory was targeted with an interfering learning task. In all three studies, recognition memory was tested one week later. High-density electroencephalograms (EEGs; 257 electrodes) were recorded to measure brain potentials. The results showed, in line with previous research, that emotionally arousing scenes were preferentially processed, as indicated by larger LPPs, and were better remembered than neutral scenes, as indicated by enhanced memory performance and larger ERP old/new differences. Experiencing acute stress prior to encoding enhanced the centro-parietal ERP old/new effect for emotionally arousing pictures at recognition, corroborating that acute stress facilitates memory for emotional scenes (Study 1). In contrast, attenuated LPPs for unpleasant pictures and impaired memory performance for arousing pictures were observed in breast cancer survivors (Study 2), indicating altered attention to emotion and subsequent emotional memory storage in chronically stressed individuals. When memory reactivation was followed by an interfering learning task, recognition memory and ERP old/new differences were attenuated for emotionally arousing scenes, selectively, showing the possibility that emotional memories might be modulated by behavioral interventions (Study 3). The results of all three studies are discussed and integrated into a model of memory modulation by stress and interference. The results highlight the importance of understanding the role of emotional arousal in the processes of memory formation, retrieval and reconsolidation. Moreover, shedding light on the differential effects of acute and chronic stress, interference and their possible interactions might help to prevent and even modify impairing memories that are one of the major concerns in stress- and fear-related mental disorders.
In der vorliegenden Forschungsarbeit wurde untersucht, zu welchen Veränderungen es im Proteom der pankreatischen β-Zelle durch Erzeugung von Hyperglykämie und/oder Hyperlipidämie kommt, die z.B. im Rahmen des Metabolischen Syndroms auftreten können.
Für die Experimente wurde die Zelllinie BRIN BD11 verwendet. Eine Behandlung erfolgte vergleichend mit Glucose (25 mM) und/oder Docosahexaensäure (DHA 0,1 mM) für 24 Stunden.
Das Proteom der BRIN-BD11 Zellen wurde mit Hilfe von 2D Differenzial-Fluoreszenz-Gelelektrophorese (DIGE) analysiert und die Proteine unter Verwendung der Massenspektrometrie identifiziert. Es konnten insgesamt 1101 Proteine in 1487 detektierten Spots bestimmt werden. Darunter stellten sich 90 Spots unter den oben genannten Stimulationen als signifikant reguliert dar. Aus diesen wurden 63 regulierte Proteine identifiziert, die sich verschiedenen Bereichen des Stoffwechsels zuordnen lassen, u.a. dem Glucosestoffwechsel, der Atmungskette, katabolen Prozessen oder den Reparatur- und Schutzmechanismen.
Eine Ingenuity Pathway Analyse anhand der regulierten Proteine ergab Zuordnungen zu 3 Netzwerken:
1 Nukleinsäuremetabolismus, Lipidmetabolismus und Biochemie kleiner Moleküle,
2 DNA -Replikation, -Rekombination und -Reparatur, Nukleinsäuremetabolismus und Biochemie kleiner Moleküle,
3 Kohlenhydratmetabolismus, molekularer Transport und Biochemie kleiner Moleküle.
Weiterhin konnte eine funktionelle Einteilung sowie die Verteilung der Proteine nach Zellkompartimenten dargestellt werden.
Eine Verifizierung der Ergebnisse mittels RT-qPCR erfolgte für Cathepsin D, Endoplasmic reticulum lipid raft-associated protein 2, Melanocyte proliferating gene 1, Glutamat-Cystein-Ligase sowie für die Thioredoxin-Reduktase und das Dihydropyrimidinase-related protein 2. Desweiteren wurden Western Blot Analysen zu Thioredoxin-Reduktase und das Dihydropyrimidinase-related protein 2 durchgeführt.
Die Ergebnisse weisen auf eine Regulation im Sinne einer Kompensation der Stressoren hin, die durch gesteigerte Expression/Aktivität antioxidativer Systeme wie Glutathion und Thioredoxin erklärbar wären. Zudem konnte ein Proteommuster der BRIN BD11 Zellen erstellt werden und bildet mit der massenspekrometrischen Identifizierung der Proteine eine Grundlage für weitere Untersuchungen an der Zelllinie.
Schwere und sogar tödliche Verletzungen durch Geschosse, die bei vergleichsweise geringer kinetischer Energie aus sog. Druckluftwaffen verschossen werden, sind in der traumatologischen und rechtsmedizinischen Literatur hinreichend belegt. In der Unfallchirurgie werden regelmäßig Verletzungen durch diese weit verbreiteten Schusswaffen behandelt. In der Regel werden aus Druckluftwaffen sog. Diaboloprojektile verschossen, die eine charakteristische sanduhrförmige Bauart aufweisen. Auf dem Markt sind jedoch auch Deformationsprojektile für Druckluftwaffen erhältlich, die aufgrund ihrer Bauart darauf ausgelegt sind, möglichst viel Energie an ihr Zielmedium abzugeben und so eine hohe Gewebezerstörung hervorrufen. Die Art und Schwere der Verletzungen wird dabei durch die Expansions- und Penetrationsfähigkeit dieser Projektile bestimmt. Eine systematische Untersuchung dieser Parameter, die zur Bestimmung des Gefährdungspotenzials und somit zur Beurteilung notwendiger klinischer Diagnostik- und Therapieschritte der Verletzungen zwingend notwendig sind, lag bisher nicht vor. In der vorliegenden Arbeit wurden das Deformationsverhalten sowie die Penetrationsfähigkeit verschiedener Deformationsprojektile im Kaliber 4,5 mm im Vergleich zu einem Referenzdiaboloprojektil in einem kinetischen Energiebereich von 3 bis 30 Joule systematisch untersucht. Nach der Bestimmung der ballistischen Basisparameter (Geschwindigkeit, Energie, Querschnittsbelastung) erfolgte der Beschuss von verschiedenen Simulanzmedien (Gelatine, Gelatine mit Hautsimulanz) sowie von Wasser. Die Vermessung der Projektile erfolgte vor und nach dem Beschuss mittels Messschieber und Messmikroskop. Das dynamische Verhalten der Projektile beim Durchdringen der Simulanzmedien wurde mittels Hochgeschwindigkeitsvideografie erfasst, um hieraus die Wirksamkeit der Projektile abzuleiten. Für alle Geschosstypen konnte eine energieabhängige Deformation und somit Vergrößerung der Querschnittsfläche nachgewiesen werden. Teilweise erreichten die untersuchten Geschosse schon im unteren Energiebereich relevante Verformungen. Mittels der Hochgeschwindigkeitsvideografie konnte nachgewiesen werden, dass sich für alle Geschosstypen ab einem gewissen Energieschwellenwert eine temporäre Wundhöhle ausbildet. Übertragen auf die medizinischen Fragestellungen dieser Arbeit bedeutet dies, dass durch die stärkere Verformung der Deformationsgeschosse im Vergleich zu den Referenzdiaboloprojektilen auch mit einer höheren Energieabgabe und somit schwereren Verletzungen zu rechnen ist. Die nachgewiesene Fähigkeit der untersuchten Projektile, temporäre Wundhöhlen auszubilden, bedeutet für die unfallchirurgische Behandlung und rechtsmedizinische Bewertung, dass nicht nur von direkten Verletzungen der Organstrukturen, die sich im primären Schusskanal des Geschosses befinden, auszugehen ist, sondern dass durch die indirekte Wirkung der temporären Wundhöhle auch Verletzungen von anatomischen Strukturen außerhalb des primären Schusskanals auftreten können.
Chiral amines represent high-value fine chemicals serving as key intermediate products in pharmaceutical, chemical and agrochemical industries. In the past decades, application of amine transaminases (ATAs) for stereoselective amination of prochiral ketones emerged to an environmentally benign and economically attractive alternative to transition metal-catalyzed asymmetric synthesis to afford optically pure amines at industrial scale. However, the restricted substrate scope of wild-type transaminases prohibited the conversion of particularly sterically demanding substrates, making protein engineering indispensable. The following thesis covers elaboration of a novel assay for transaminases (Article I) and identification and development of transaminase variants in order to achieve biocatalytic preparation of a set of pharmaceutically relevant model amines, ideally in optically pure form for both stereoisomers, preferentially using asymmetric synthesis and most preferably using isopropylamine as cost-efficient amine donor co-substrate (Article II-IV). The aforementioned target amines and the corresponding precursor ketones (see Scheme 4.1) were conceived and provided by the company F. Hoffmann-La Roche to attain suitable biocatalysts for a variety of potential intermediates for active pharmaceutical ingredients. Protein engineering of the transaminase scaffolds investigated in this thesis comprised: Initial screening for suitable starting enzyme scaffolds, structure-guided rational design of these scaffolds to enable bulky planar substrate acceptance, elaboration of a sequence motif, verification of the motif and preparative-scale asymmetric synthesis reactions (Article II). For non-planar and structurally different target substrates, namely spatially bulky or bi-cyclic bridged substrates, the transaminase variants were specifically refined and a different evolutionary route had to be pursued (Article III and Article IV). These results (Article II) represent not only the first successful endeavor to engineer a PLP-fold type I amine transaminase (commonly denoted as (S)-selective) for the conversion of highly sterically demanding substrates, but also generally expanded the scope of available fold type I amine transaminases by enzymes having a novel and exceptionally broad substrate spectrum. Aside from structure-guided rational protein engineering, as well non-rational methods, such as site-specific saturation mutagenesis or directed evolution, were applied for protein-engineering. In order to do so for all of the target compounds, a novel high-throughput solid phase activity assay for transaminases that was actually developed during the master thesis, was refined and published (Article I). In the context of this thesis, the same assay principle was as well adapted for quantification of specific activities in liquid phase (Article III). A comparison of different methodologies for developing agar plate assays and a detailed step by step protocol of our transaminase assay are illustrated in a book chapter.
Abstract
In this series of two papers we present results about the E-H transition of an inductively coupled oxygen discharge driven at radio frequency (13.56 MHz) for different total gas pressures. The mode transition from the low density E-mode to the high density H-mode is studied using comprehensive plasma diagnostics. The measured electron density can be used to distinguish between the different operation modes. This paper focuses on the determination of the negative atomic ion density and the electronegativity by two experimental methods and global rate equation calculation. As a result, the electronegativity significantly decreases over two orders of magnitude from about 25 in the E-mode to about 0.1 in the H-mode. The temporal behavior of the electronegativity in pulsed ICP shows that the negative atomic ion density reaches a steady state after 10 ms. Negative atomic ions are mainly produced by the dissociative attachment with the molecular ground state. The ion–ion recombination with the positive molecular ions and the collisional detachment with the singlet molecular metastables contribute significantly to the loss of the negative atomic ions.
Abstract
In this series of two papers, the E-H transition in a planar inductively coupled radio frequency discharge (13.56 MHz) in pure oxygen is studied using comprehensive plasma diagnostic methods. The electron density serves as the main plasma parameter to distinguish between the operation modes. The (effective) electron temperature, which is calculated from the electron energy distribution function and the difference between the floating and plasma potential, halves during the E-H transition. Furthermore, the pressure dependency of the RF sheath extension in the E-mode implies a collisional RF sheath for the considered total gas pressures. The gas temperature increases with the electron density during the E-H transition and doubles in the H-mode compared to the E-mode, whereas the molecular ground state density halves at the given total gas pressure. Moreover, the singlet molecular metastable density reaches 2% in the E-mode and 4% in the H-mode of the molecular ground state density. These measured plasma parameters can be used as input parameters for global rate equation calculations to analyze several elementary processes. Here, the ionization rate for the molecular oxygen ions is exemplarily determined and reveals, together with the optical excitation rate patterns, a change in electronegativity during the mode transition.
Trotz der medizinischen Fortschritte der letzten Dekaden sind die Inzidenz und die Letalität der schweren Sepsis und des septischen Schocks weiterhin sehr hoch. Dies stellt Mediziner vor die Herausforderung neue Therapiestrategien unter der Berücksichtigung aktueller Forschungsaspekte zu entwickeln. Hierbei könnten Betablocker eine entscheidende Rolle spielen. Sie senken die Herzfrequenz und könnten damit unter anderem der sepsis-assoziierten myokardialen Dysfunktion entgegenwirken. Unklar ist bislang wie sich insbesondere eine Neuansetzung und auch eine Absetzung einer bestehenden Betablocker-Therapie während der Sepsis auswirken. Ziel dieser Dissertation ist es daher, den Einfluss einer Betablocker-Gabe auf die 90-Tage-Letalität als primären Studienendpunkt zu untersuchen. Dabei findet erstmals eine differenzierte Betrachtung des Einnahmezeitraumes statt, wonach die Patienten in vier Gruppen eingeteilt werden. Die vorliegende retrospektive Beobachtungsstudie analysiert die Daten von 606 Patienten, die sich in der Zeit von Januar 2010 bis Dezember 2013 in der Universitätsmedizin Greifswald in intensivstationärer Behandlung befanden. Die Patienten erfüllten die Kriterien der schweren Sepsis und des septischen Schocks, gemäß der Kriterien der ACCP/SCCM-Konsensuskonferenz.
Das Absetzen einer bestehenden chronischen Betablocker-Therapie geht im Gegensatz zu einer medikamentösen Fortführung mit einer signifikanten Erhöhung der 90-Tage-Letalität (p=0,046) einher. Gleichzeitig hat eine Neuansetzung keinen negativen Einfluss auf das Überleben. Die Applikation eines Betablockers ist nicht mit einem erhöhten Bedarf an Vasopressoren und inotropen Medikamenten assoziiert. Die vorliegende Studie legt daher nahe, dass eine bestehende Therapie mit Betablockern nicht abgebrochen werden sollte, da diese mit einer erhöhten Letalität einhergeht. Um eine endgültige Aussage zu treffen, ist die Durchführung prospektiver, randomisierter und placebokontrollierter Multicenterstudien notwendig.
Das primäre Ziel dieser Studie war der wissenschaftliche Qualitätsnachweis von Gefäßverschlüssen mit einem 5mm-Klammernahtgerät mit neuartigen D-Form-Klammern.
Die Messung des Berstungsdrücke stellt eine wissenschaftlich etablierte Methode zum Qualitätsnachweis von chirurgischen Verschlüssen und Anastomosen unabhängig von der Methode (Ligatur, Hochenergie-Versiegelung, Clip-Ligatur oder Klammernaht) dar. Hierzu findet sich in der medizinischen Literatur eine Vielzahl an experimentellen Versuchsaufbauten, denen allen ein ausgeprägter Untersucher-abhängiger Bias inhärent ist, da der Druck von einem Untersucher visuell erfasst wurde. Neben diesem Bias wurde bis anhin der Berstungsdruck als komplettes Aufreißen der Verschlußstelle definiert wurde, was nicht auf die chirurgische Praxis anwendbar ist.
Aus diesem Grund haben wir einen experimentellen Aufbau entwickelt, der es erlaubt, den Berstungsdruck vollautomatisch und Untersucher-unabhängig zu erfassen. Zudem wurde der Berstungsdruck nicht als komplettes Bersten der Klammernaht sondern als erstes Auftreten einer interventionspflichtigen Leckage definiert. Die so gemessenen Berstungsdrücke sind somit auf die chirurgische Praxis anwendbar.
Mit diesem in dieser Studie validierten Versuchsaufbau wurde in der Phase 2 die Berstungsdrücke von konventionelle 12mm Klammernahtgeräten mit denen von neu entwickelten 5mm Klammernahtgeräten an bovinen und porcinen Karotiden sowie an porcinen Jugularisvenen verglichen.
In Phase 1 wurden der Versuchsaufbau und die vollautomatische Erfassung des Berstungsdruckes validiert. Nach Durchtrennung von 15 Gefäßsegmenten mit insgesamt 30 Messpunkten wurde der Berstungsdruck sowohl automatisch durch das System wie auch durch 2 unabhängige Versucher visuell ermittelt. Die Analyse statistisch relevante Korrelation zwischen den automatisch ermittelten und den Untersucher-ermittelten Berstungsdrücken.
Da dieses System vollständig Computer-basiert ist, lässt sich ein individueller Untersucher-abhängiger Bias vollständig ausschließen.
In Phase 2 erfolgte die vergleichende Berstungsdruckmessung zwischen einem 5 mm-Klammernahtgerät mit neuartigen D-Form-Klammern und einem herkömmlichen 12mm messendem Klammernahtgerät mit bekannten D-Form-Klammern. Die Messung wurde an je 15 porcinen Karotiden, 15 bovinen Karotiden sowie an 15 porcinen Jugularvenen durchgeführt. Dies ergab insgesamt 90-Messpunkte pro Klammernahtgerät.
Der Vergleich der Ergebnisse der Berstungsdruckmessungen zeigt, dass kein statistisch signifikanter Unterschied der Berstungsdrücke zwischen D-Form- und B-Form-Klammernahtgeräten besteht.
Schließlich konnte in Phase 3 gezeigt werden, dass weder der bestehende intravaskuläre Druck noch eine zusätzliche Spannung einen Einfluss auf die Ergebnisse der Berstungsdruckmessungen haben.
Basierend auf diesen Ergebnissen konnte gezeigt werden, dass die neuartigen, 5mm D-Form-Klammernahtgeräte eine sichere und effektive Methode zur Gefäßdurchtrennung bieten.
Dadurch tun sich hier große Möglichkeiten zur weiteren Miniaturisierung der Zugänge in der endoskopischen Chirurgie auf.
Insbesondere in minimal-invasiven Thoraxchirurgie, bei der die Operationszugänge in den Intercostalräumen angelegt werden, kann diese Miniaturisierung zu einer weiteren Verminderung des operativen Traumas und der postoperativen Schmerzen führen.
Background: Although 20-30% of all strokes occur in the posterior circulation, few studies have explored the characteristics of patients with strokes in the posterior compared to the anterior circulation so far. Especially data on young patients is missing. Methods: In this secondary analysis of data of the prospective multi-centre European sifap1 study that investigated stroke and transient ischemic attack (TIA) patients aged 18-55 years, we compared vascular risk factors, stroke aetiology, presence of white matter hyperintensities (WMH) and cerebral microbleeds (CMB) between patients with ischaemic posterior circulation stroke (PCS) and those having suffered from anterior circulation stroke (ACS) based on cerebral MRI. Results: We diagnosed PCS in 612 patients (29.1%, 407 men, 205 women) and ACS in 1,489 patients (70.9%). Their age (median 46 vs. 47 years, p = 0.205) and stroke severity (modified Rankin Scale: both 2, p = 0.375, Barthel Index 90 vs. 85, p = 0.412) were similar. PCS was found to be more frequent among the male gender (66.5 vs. 60.1% with ACS, p = 0.003). Vertebral artery (VA) dissection was more often the cause of PCS (16.8%) than was carotid artery dissection of ACS (7.9%, p < 0.001). Likewise, small vessel disease (Trial of Org 10172 in Acute Stroke Treatment [TOAST] = 3, PCS: 14.7%, ACS: 11.8%) and stroke of other determined aetiology (TOAST = 4, PCS: 24.5%, ACS: 16.0%) were more frequent in those with PCS. Furthermore, patent foramen ovale (PFO; PCS: 31.1%, ACS: 25.4%, p = 0.029) was more often detected in patients with PCS. In contrast, large-artery atherosclerosis (TOAST = 1, PCS: 15.4%, ACS: 22.2%) and cardio-embolic stroke (TOAST = 2, PCS: 15.6%, ACS: 18.0%) were less frequent in those with PCS (p < 0.001) as were preceding cerebrovascular events (10.1 vs. 14.1%, p = 0.014), TIA (4.8 vs. 7.7%, p = 0.016) and smoking (53.2 vs. 61.0%, p = 0.001). The presence, extent, and location of WMH and CMB did not differ between the 2 groups. Conclusions: Our data suggested a different pattern of aetiology and risk factors in young patients with PCS compared to those with ACS. These findings especially call for a higher awareness of VA dissection and potentially for more weight of a PFO as a risk factor in young patients with PCS. Clinical trial registration-URL: http://www.clinicaltrials.gov; NCT00414583.
Da unentdeckte MRSA-Träger ein erhöhtes Transmissionsrisiko bedeuten, ist eine frühzeitige und zuverlässige Erkennung entscheidend für die Prävention nosokomialer MRSA-Infektionen als auch für die Einleitung von schnellen und damit kostensparenden Hygienemaßnahmen. Hierbei übernimmt das Aufnahmescreening eine wichtige Funktion. Der Umfang und die Ausübung dieses Screenings obliegen dabei einer Risikobewertung durch die ausführende Einrichtung.
Auf der dermatologischen Station des Universitätsklinikums Greifswald, mit einem hohen Anteil an akuten und chronischen Wunden, konnten hohe Prävalenz-, Inzidenz- und MRSA-Raten nachgewiesen werden. Dies hat im Mai/ Juni 2006 zu einem MRSA-Ausbruch geführt von dem 43% aller Patienten betroffen waren. Interventionsmaßnahmen, wie die Einführung eines generellen Aufnahmescreening im Zusammenspiel mit der Greifswalder 2-Filter-Strategie und den zugehörigen Infektionskontrollmaßnahmen zeigten sich sehr wirkungsvoll, sodass es zu keiner weiteren nosokomialen MRSA Transmissionen kam und die MRSA-Prävalenz gesenkt werden konnte. Die während der folgenden 4 ½ jährigen Interventionsperiode erhobenen Daten (z. B. MRSA-Prävalenz-, Inzidenz-, nosokomiale Inzidenz- und MRSA-Rate) wurden retrospektiv ausgewertet.
Zur Sensitivitätssteigerung des Abstrichverfahrens wurde der lokalisationsspezifische Nachweis von MRSA-Positivität, der Zeitpunkt des ersten kulturellen Nachweises sowie der zeitliche Mehrwert einer PCR-basierten Testung untersucht und ausgewertet. Es konnte gezeigt werden, dass die höchste MRSA-Detektionsrate mit dem Abstreichen von Nasen, Wunden und Hautläsionen erreicht werden konnte (100,0%) und dass eine genaue PCR (hohe Sensitivität und Spezifizität) dazu beitragen kann, die Isolations- und Sanierungstage von Verdachtspatienten zu verringern. Aus wirtschaftlichen Gründen und mit Ausnahme von Patienten mit kurzer Krankenhausverweildauer ist eine PCR-Diagnostik auf dermatologischen Stationen als Bestandteil des Aufnahmescreenings für Patienten mit Wunden, anderen akuten und chronischen Hautläsionen und in Ausbruchssituationen zu empfehlen.
Da ein generelles Screening aller Patienten unwirtschaftlich erscheint, wurde zur Analyse der Screening-Effizienz untersucht, welche Risikofaktoren (RF) sich als zielführend erweisen, um die Sensitivität eines selektiven Screenings gegenüber einem generellem Screening nicht substantiell zu beeinträchtigen. Hierzu wurden Patientendemographien, die Haupt- und Nebendiagnosen und das Vorhandensein von „klassischen“ RF (Robert Koch Institut) untersucht. In vorliegender Untersuchung wären insgesamt 35% der MR¬SA-positiven Patienten im Screening-Prozess, welcher nur „klassische“ RF nach den nationalen Empfehlungen verwendet, nicht erkannt worden. Daher wurden zur Ermittlung der Effektivität klassischer und potentiell neuer RF die MRSA-Ergebnisse sowohl mit den klassischen RF als auch mit sonstigen dermatologisch relevanten Diagnosen korreliert.
Es konnten, neben dem bereits bekannten klinischen RF Ulkus, noch zwei weitere neue RF ermittelt werden: Diabetes Typ II und atopische Dermatitis, die signifikant mit einer MRSA-Kolonisation verbunden waren. Durch Hinzufügen dieser beiden neuen Risikofaktoren würde sich die Detektionsrate um 18,3% erhöhen.
Es ist zu behaupten, dass das Screening von Patienten mit Wunden nicht zu einer erhöhten Screening-Sensitivität führt, sofern atopische Dermatitis oder Diabetes mellitus Typ II oder ein anderer klassischer Risikofaktor nicht auch vorhanden ist. Dementsprechend lässt sich ein Aufnahmescreening empfehlen unter Berücksichtigung aller klassischen RF, allerdings ohne Wunde, aber mit Diabetes mellitus Typ II und atopischer Dermatitis.
Allerdings sollte dies so lange nicht als verbindliche Empfehlung ausgesprochen werden bis weitere Studien mit größeren Untersuchungsgrößen durchgeführt wurden.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Veränderungen der Wurzelkanaloberfläche, des -volumens und des Kanalverlaufs sowie des Dentinabtrags durch Instrumentierung von Wurzelkanälen an extrahierten Zähnen mit drei verschiedenen Nickel-Titan-Systemen zu bestimmen. Die Auswertung wurde anhand von Micro-CT Bildern vor und nach der Präparation im apikalen, mittleren und koronalen Wurzelkanalanteil durchgeführt. Die Blindstudie umfasste 18 Unterkiefermolaren mit jeweils zwei mesialen und einem distalen Wurzelkanal. Diese wurden zufällig in drei Gruppen eingeteilt und mit den vollrotierenden Feilensystemen ProTaper Next™ (Dentsply Sirona, York, USA) und F6 SkyTaper (Komet, Brasseler GmbH, Lemgo, Deutschland) sowie dem reziproken System WaveOne™ (Dentsply Sirona, York, USA) bis ISO 25 (mesiale Kanäle) bzw. ISO 40 (distale Kanäle) präpariert und anschließend anhand von Überlagerungen der Micro-CT Bilder vor und nach der Aufbereitung analysiert. Der Anstieg des Volumens sowie der Oberfläche des gesamten Wurzelkanalsystems nach der Aufbereitung ergab keine signifikanten Unterschiede zwischen den drei Gruppen. Kein Feilensystem war in der Lage, die Oberfläche des Wurzelkanalsystems vollständig zu instrumentieren. Die Analyse der drei Feilensysteme ProTaper Next™, F6 SkyTaper und WaveOne™ zeigte in allen Wurzelkanälen unbearbeitete Flächen. Das WaveOneTM-System mit einer Konizität von 8% trug im Vergleich zu den jeweils 6% konischen ProTaper Next™ und F6 SkyTaper nur im mittleren Drittel der mesialen Kanäle signifikant mehr Dentin ab. Für die distalen Kanäle konnten keine Unterschiede in Bezug auf den Dentinabtrag zwischen den drei Feilensystemen festgestellt werden. Die Auswertung der Ergebnisse zur Kanalbegradigung zeigte bei allen drei Nickel-Titan-Systemen leichte, für den klinischen Gebrauch jedoch vernachlässigbare, Begradigungen im Wurzelkanalverlauf, ohne signifikante Unterschiede zwischen den untersuchten Instrumentengruppen. Die unterschiedlichen Bewegungsmuster (vollrotierender und reziproker Modus) hatten keine Auswirkungen auf die Ergebnisse in dieser Studie. Auch die M-Wire® Behandlung (spezielles Wärmebehandlungsverfahren) der ProTaper Next™ und WaveOne™ Instrumente zeigte in dieser Studie keinen Einfluss auf die untersuchten Parameter. Die Prüfung der drei Feilensysteme ergab, dass unter den Studienbedingungen alle Systeme geeignet sind, eine angemessene und sichere Präparation des Wurzelkanalsystems ohne Komplikationen wie z.B. Instrumentenfraktur oder Via falsa durchzuführen.
Leukocyte telomere length (TL) has been suggested as a marker of biological age in healthy
individuals, but can also reflect inherited and acquired hematopoietic dysfunctions or indicate an
increased turnover of the hematopoietic stem and progenitor cell compartment. In addition, TL is able
to predict the response rate of tyrosine kinase inhibitor therapy in chronic myeloid leukemia (CML),
indicates clinical outcomes in chronic lymphocytic leukemia (CLL), and can be used as screening tool
for genetic sequencing of selected genes in patients with inherited bone marrow failure syndromes
(BMFS). In tumor cells and clonal hematopoietic disorders, telomeres are continuously stabilized by
reactivation of telomerase, which can selectively be targeted by telomerase-specific therapy. The use of
the telomerase inhibitor Imetelstat in patients with essential thrombocythmia or myelofibrosis as well
as the use of dendritic cell-based telomerase vaccination in AML patients with complete remissions are
promising examples for anti-telomerase targeted strategies in hematologic malignancies. In contrast,
the elevation in telomerase levels through treatment with androgens has become an exciting clinical
intervention for patients with BMFS. Here, we review recent developments, which highlight the
impact of telomeres and telomerase targeted therapies in hematologic dysfunctions.
Geistige Behinderung ist eine der häufigsten Formen von erblich bedingten kognitiven Beeinträchtigungen. Definiert wird sie durch einen Intelligenzquotienten unter 70 und obwohl ihre genetischen Ursachen sehr heterogen sein können, gibt es unter ihnen eine beachtliche Menge Gene, die am Aufbau der Glycocalyx beteiligt sind [1, 2]. Die Glycocalyx besteht aus Zuckerbausteinen, die Teil von Lipiden und Proteinen der Zelloberfläche oder der extrazellulären Matrix sind. Vor kurzem konnten wir belegen, dass Mutationen im ST3GAL3-Gen, welches für die Golgi-lokalisierte β-Galactosid-α2,3-sialyltransferase-III codiert, zu verschiedenen klinischen Befunden führt. Zwei unabhängige Mutationen (p.Ala13Asp and p.Asp370Tyr), gefunden in iranischen Familien, konnten mit relativ milden Formen nicht-syndromaler geistiger Behinderung (NSARID) in Verbindung gebracht werden [5]. Eine dritte Punktmutation (p.Ala320Pro), gefunden in einer palästinensischen Familie, verursachte hingegen eine schwere, altersabhängige epileptische Enzephalopathie, das West-Syndrom. Dieses Syndrom ist mit einem Arrest der geistigen Entwicklung oder sogar, wie in unserem Fall, einer Regression assoziiert [3, 4]. ST3GAL3 bildet im Menschen unter anderem das Sialyl Lewis-a (sLea)-Epitop auf Proteinen. Exogene Expression der Volllängen-c-MYC-Fusionsproteine, der Mutationsvarianten in LMTK—Zellen, zeigte, dass alle Varianten eine gestörte subzellulare Lokalisierung zeigen und zwei von ihnen (p.Ala13ASp und p.ALA320Pro) kaum mehr messbare Aktivität besitzen [5]. Um die molekularen und zellulären Mechanismen näher zu beleuchten, die dem ST3GAL3-bedingten West-Syndrom zugrunde liegen, haben wir erfolgreich ein patientenspezifisches, induzertes pluripotentes Stammzellmodell etabliert. Hierfür wurden Fibroblasten der Patientin, die eine Mutation im Exon 12 (c.958G>C, p.Ala320Pro) des ST3GAL3-Gens trägt, und einer gesunden Schwester mittels eines lentiviralen Vektorsystems reprogrammiert. Da ST3GAL3 die höchsten Expressionswerte im frontalen Kortex zeigte, und dies auch in Übereinstimmung mit dem vorgeschlagenen Ursprung epileptischer Anfälle steht, wurde ein Differenzierungsprotokoll für kortikale Neuronen etabliert und erfolgreich für beide Zelllinien durch geführt. Einer der größten Vorteile dieses Protokolls ist, dass hier die Neurogenese in vitro nach demselben temporalen Muster abläuft wie die Neurogenese in vivo. Die iPSC und die daraus differenzierten Neuronen wurden anschließend mittels Lectinblot, mRNA-Sequenzierung, Adhärenzassays und FACS untersucht. Während keine Unterschiede zwischen den iPSC und den Fibroblasten festgestellt wurden, konnten für die kortikalen Neuronen der Patientin eine zusätzliche Bande im Lektinblot (70 kDa), ein verändertes Adhärenzverhalten auf poly-L-Orinithin/Laminin-beschichteter Oberfläche und eine deutlich reduzierte Menge T-box-transcription factor-brain-1-exprimierende Neuronen festgestellt werden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die ST3GAL3-Aktivität wichtig für die normale Entwicklung und Funktion des Gehirns ist.
The G protein-coupled receptor proteinase-activated receptor 2 (PAR2) has been implicated
in various aspects of cellular physiology including inflammation, obesity and cancer. In cancer,
it usually acts as a driver of cancer progression in various tumor types by promoting invasion and
metastasis in response to activation by serine proteinases. Recently, we discovered another mode
through which PAR2 may enhance tumorigenesis: crosstalk with transforming growth factor-β
(TGF-β) signaling to promote TGF-β1-induced cell migration/invasion and invasion-associated gene
expression in ductal pancreatic adenocarcinoma (PDAC) cells. In this chapter, we review what is
known about the cellular TGF-β responses and signaling pathways affected by PAR2 expression,
the signaling activities of PAR2 required for promoting TGF-β signaling, and the potential molecular
mechanism(s) that underlie(s) the TGF-β signaling–promoting effect. Since PAR2 is activated through
various serine proteinases and biased agonists, it may couple TGF-β signaling to a diverse range of
other physiological processes that may or may not predispose cells to cancer development such as
local inflammation, systemic coagulation and pathogen infection.
Background: Recently, the expression of proteinase-activated receptor 2 (PAR2) has been
shown to be essential for activin receptor-like kinase 5 (ALK5)/SMAD-mediated signaling and cell
migration by transforming growth factor (TGF)-β1. However, it is not known whether activation
of non-SMAD TGF-β signaling (e.g., RAS–RAF–MEK–extracellular signal-regulated kinase (ERK)
signaling) is required for cell migration and whether it is also dependent on PAR2. Methods: RNA
interference was used to deplete cells of PAR2, followed by xCELLigence technology to measure
cell migration, phospho-immunoblotting to assess ERK1/2 activation, and co-immunoprecipitation
to detect a PAR2–ALK5 physical interaction. Results: Inhibition of ERK signaling with the MEK
inhibitor U0126 blunted the ability of TGF-β1 to induce migration in pancreatic cancer Panc1 cells.
ERK activation in response to PAR2 agonistic peptide (PAR2–AP) was strong and rapid, while it was
moderate and delayed in response to TGF-β1. Basal and TGF-β1-dependent ERK, but not SMAD
activation, was blocked by U0126 in Panc1 and other cell types indicating that ERK activation is
downstream or independent of SMAD signaling. Moreover, cellular depletion of PAR2 in HaCaT
cells strongly inhibited TGF-β1-induced ERK activation, while the biased PAR2 agonist GB88 at 10
and 100 µM potentiated TGF-β1-dependent ERK activation and cell migration. Finally, we provide
evidence for a physical interaction between PAR2 and ALK5. Our data show that both PAR2–APand TGF-β1-induced cell migration depend on ERK activation, that PAR2 expression is crucial for
TGF-β1-induced ERK activation, and that the functional cooperation of PAR2 and TGF-β1 involves a
physical interaction between PAR2 and ALK5