Fakultät für Chemie und Pharmazie - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 02/06 Archiv

Altogether, we have proven that ANP mediated effects are diverse yet similar in different organs derived from endotoxemic mice and in isolated blood leukocytes. These ANP mediated interactions are proceeding at the onset of LPS-induced inflammation and sepsis. Primarily, we can clearly demonstrate that ANP preconditioning in endotoxemic mice yields TNF-alpha m-RNA reduction, determined in the spleen as well as in the liver. As investigated in whole liver tissue, ANP preconditioning mediates its beneficial effects by reducing LPS-induced transcription factor NF-kappaB activation. This reduction is caused by decreased phosphorylation of the NF-kappaB inhibitory factor IkappaBalpha, proximately leading to impaired degradation of IkappaBalpha protein. Thus, enhanced IkappaBalpha protein level in the cytosol prevent NF-kappaB translocation into the nucleus, and subsequently transcription factor activity and gene expression. These effects might be caused by or lead to the reduction in TNF-alpha gene expression, finally preventing liver failure. Secondly, besides the transcriptional regulation of TNF-aplha gene expression determined in spleen and liver tissue, we focused on ANP mediated effects in LPS stimulated murine and human blood derived leukocytes. Following LPS stimulation, we observed reduced total TNF-alpha protein levels as well as decreased TNF-alpha amounts on the cell-surface in ANP preconditioned blood leukocytes, respectively monocytes and neutrophils. These initial investigations indicate that the reduced TNF-alpha protein levels in leukocytes might either be evoked by interference of ANP in transcriptional or posttranscriptional processes. Eventually, due to its effects on key events of cell activation, such as the reduction of LPS-induced TNF-alpha expression, ANP may represent a promising beneficial autocrine substance in modulating early inflammatory signaling pathways.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden unterschiedliche Proteomstudien an Halobacterium salinarum durchgeführt, die sich generell in drei unabhängige Themenblöcke unterteilen lassen. Zunächst erfolgte die Erfassung des cytosolischen Proteoms auf standardisierten 2-D Gelen. Hierfür wurde die Auftrennung auf sogenannten Zoom-Gelen aufgrund der engen pI-Verteilung halobakterieller Proteine etabliert. Die erschöpfende Analyse der so aufgetrennten Proteine wurde mit der peptide mass fingerprinting Methode im Hochdurchsatzverfahren durchgeführt. So konnten so 40% des zugänglichen cytosolischen Proteininventars identifiziert und auf Referenz 2-D Gelen kartiert werden. Des Weiteren konnten die massenspektrometrischen Proteinidentifizierungen zur intensiven Verbesserung der in vielen Fällen nicht eindeutigen Genomannotation herangezogen werden. Durch die Korrelationsanalyse von experimentellen und theoretischen pI-Werten konnten weitere Annotationsfehler behoben werden. Das Zusammenspiel von Genomik und Proteomik erlaubte die Identifizierung eines Bereichs ehemaliger Plasmid DNA, die in das Chromosom eingewandert ist. Weiter konnte für ein Plasmid gezeigt werden, dass dieser ehemalig chromosomale DNA und somit eine Reihe wichtiger und essentieller Gene enthält und deshalb eher als zweites Chromosom angesehen werden sollte. Nach der Inventarisierung folgten Analysen zur differentiellen Expression cytosolischer Proteine in Abhängigkeit unterschiedlicher Wachstumszustände. Hierbei wurde das aerobe Wachstum unter Standardbedingungen mit Wachstum unter Mangelbedingungen wie in synthetischem Medium oder unter anaeroben phototrophen Bedingungen verglichen. Bei der Analyse dieser Zustände mittels 2-DE konnten nur wenig regulierte Proteine identifiziert werden. Generell stellte sich die 2-DE aufgrund schwankender Reproduzierbarkeit und des geringen dynamischen Bereichs der gewählten Färbemethode für diese vergleichenden Analysen als wenig geeignet heraus. Die Verwendung isotopenmarkierter Sonden erlaubte hingegen einen detaillierten Einblick in die Regulationen auf Proteomebene unter besagten Bedingungen. Mit dem methodischen Ansatz der 1D-SDS PAGE LC-MALDI-TOF/TOF Analyse konnten von einem beträchtlichen Teil (ca. 40%) des cytosolischen Proteoms Regulationsinformationen erhalten werden. Auch hier zeigte sich, dass unter anaeroben phototrophen Bedingungen überraschend wenige Proteine reguliert werden müssen, damit sich der Organismus auf diese Lebensbedingung einstellen kann. Wachstum unter Nährstoffmangel in synthetischem Medium induziert überwiegend Proteine der Aminosäure- und Nukleotid-Biosynthese sowie Proteine, die am Proteinschutz und der Glykolyse beteiligt sind. Unter Standardwachstum wurden Proteine als induziert identifiziert, die bei nicht ausreichendem Vorhandensein wachstumslimitierend wirken würden. Dies waren hauptsächlich Enzyme der Thiamin und Cobalamin Biosynthese sowie des Peptid-Transportes und -Abbaues. Auch die CO2-Fixierung und die nachfolgende Gluconeogenese sind induziert. Durch die Verwendung unterschiedlicher Proteomik Ansätze konnte am Ende der Großteil der cytosolischen Proteine von H. salinarum identifiziert werden. Es scheinen nahezu alle chromosomalen Proteine auch unter Standard Wachstumsbedingungen expremiert zu werden, was starke Regulationen der Proteinkonzentrationen in Abhängigkeit unterschiedlicher Lebensbedingungen nicht notwendig macht. Der Organismus kann sich so schnell ohne großen energetischen Aufwand an wechselnde Lebensbedingungen anpassen. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde das Ausmaß der Proteinphosphorylierung in H. salinarum untersucht. Hierbei konnten zunächst über radioaktive in vivo Markierung phosphattragende Proteine identifiziert werden. Ebenfalls gelang es, die ersten halobakteriellen Serin und Threonin Phosphorylierungsstellen zu identifizieren. Generell zeigte sich jedoch, dass das Ausmaß der Proteinphosphorylierung in H. salinarum eher gering ist. Bei den identifizierten Phosphorylierungen handelte es sich ausschließlich um katalytische Zwischenprodukte. Für die Existenz von regulativen Ser/Thr oder Tyr Proteinphosphorylierungen waren keine eindeutigen Hinweise zu finden. Weiter gelang es, eine Vielzahl von N-terminal acetylierten Proteinen als eine weitere Form der posttranslationalen Modifikationen zu identifizieren.

Die ersten transgenen Tiere wurden durch viralen Gentransfer erzeugt. Für die initialen Versuche wurden prototypische Retroviren, wie der murine Leukämievirus (MuLV), verwendet. Es stellte sich jedoch heraus, daß die proviralen Gene in diesen Mäusen stark methyliert waren und nicht oder nur in geringen Mengen exprimiert wurden ("gene silencing"). Ein Durchbruch für die virale Transgenese kam erst mit der Verwendung lentiviraler Vektoren. Lentiviren sind in der Lage eine Vielzahl verschiedener Zelllinien (auch terminal differenzierte Zellen) effizient zu transduzieren und ihre virale DNA stabil in das Wirts-Chromosom zu integrieren. Obwohl bereits transgene Nagetiere durch lentivirale Vektoren erzeugt werden konnten, waren initiale Versuche in höheren Säugetieren (Affen) nicht erfolgreich. Dies warf die Frage auf, ob lentiviraler Gentransfer in höheren Säugetieren anwendbar ist. Transgene Schweine und Rinder wären von großer biomedizinischer Bedeutung. Ihre potentiellen Anwendungsmöglichkeiten reichen von der Produktion pharmazeutisch relevanter Proteine über klinische Modelle zur Untersuchung humaner Erkrankungen bis hin zur Xenotransplantation. Obwohl mit der klassischen DNA-Mikroinjektion transgene Schweine und Rinder erzeugt werden können, ist das Verfahren in diesen Spezies jedoch sehr ineffizient und dementsprechend kostenintensiv. Da hohe Produktionskosten den möglichen Anwendungen entgegenstehen, wurde versucht ein effizientes Verfahren, daß auf lentiviralem Gentransfer beruht, zu entwickeln. Für die Entwicklung der lentiviralen Transgenese in Schweinen wurden Zygoten mit Lentiviren infiziert und in Empfänger transferiert. Die verwendeten Vektoren trugen einen eGFP-Reporter, um die Effizienz der Transduktion schnell und einfach beurteilen zu können. Von den 46 geborenen Ferkeln waren 32 transgen und 30 zeigten Transgen-Expression (65%). Die hohe Transgenese-Rate, die mit dem lentiviralen Gentransfer erreicht werden konnte, stellt eine 27fache Steigerung der Effizienz im Vergleich zur klassischen DNA-Mikroinjektion dar. Die Untersuchung der transgenen Ferkel zeigte Transgen-Expression in allen Organe und keinen sichtbaren Mosaicismus der F0-Tiere. Des weiteren konnte eine nahezu lineare Korrelation zwischen der Anzahl der integrierten Proviren und der Höhe der Transgen-Expression gezeigt werden. Die Expression der lentiviralen Transgene war stabil und wurde nicht nach der Geburt der Tiere abgeschaltet. Durch die Wahl geeigneter Promotoren war es möglich sowohl ubiquitäre, als auch Gewebe-spezifische Expression (in der Haut) zu erreichen. Die integrierten Proviren wurden über die Keimbahn an die nächste Generation weitergegeben und in der F1-Generation unverändert stark exprimiert. Die Weitergabe der integrierten Proviren an die nächste Generation ist die Basis für Erzeugung transgener Linien. Zur Erzeugung transgener Rinder wurden initial ebenfalls Zygoten infiziert. Diese wurden in vitro bis zum Blastozysten-Stadium (Tag 7) kultiviert. Überraschenderweise zeigten die Blastozysten nur sehr geringe Transgen-Expression. Nachdem durch Transfer solcher Blastozysten keine transgenen Nachkommen erzeugt werden konnten, wurde zur Infektion von Oozyten (vor der Befruchtung) gewechselt. In den aus Oozyten-Infektion stammenden Blastozysten war die Gentransfer-Rate wesentlich höher (insgesamt 83% eGFP+ Blastozysten) und die eGFP-Fluoreszenz um ein Vielfaches intensiver. Acht eGFP-positive Blastozysten wurden in vier Empfänger transferiert, was zur Geburt von vier transgenen Rindern führte. Alle erzeugten transgenen Rinder zeigten stabile Expression des Transgens in allen untersuchten Organen. Als eine weitere Methode zur Erzeugung lentiviral transgener Rinder wurde der Kerntransfer (NT) untersucht. Hierzu wurden Haut-Fibroblasten vom Rind lentiviral transduziert und als Donor-Zellen verwendet. Dieser Ansatz war zwar wesentlich ineffizienter als die direkte Infektion von Oozyten, trotzdem konnte ein transgenes Rind erzeugt werden, das starke Transgen-Expression zeigte. Da die Expression lentiviraler Integranten offenbar durch das klassische Klonen nicht abgeschaltet wird, eröffnet diese Methode viele Möglichkeiten für die Produktion transgener Tiere. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde die epigenetische Regulation lentiviraler Vektoren untersucht. Dazu wurden transgene Founder-Schweine verpaart, um Tiere mit einzelnen lentiviralen Integranten (F1-Generation) zu erzeugen. Die Expressions-Analyse dieser Schweine zeigte, daß etwa 1/3 der Proviren nur schwach bzw. gar nicht exprimierten. Durch Southern Blot Analysen mit Methylierungs-sensitiven Restriktions-Enzymen wurde der Grad der proviralen Methylierung bestimmt. Dieser korrelierte negativ mit der Transgen-Expression. Zur genaueren Analyse der Methylierungs-Dichte wurden die verschiedenen Proviren mittels Bisulfit-Sequenzierung untersucht. Es stellte sich heraus, daß in den schwach bzw. nicht-exprimierenden Integranten nahezu alle CpG-Dinukleotide innerhalb der untersuchten Sequenzen methyliert waren. Um den Einfluß der Methylierung auf die Expression zu untersuchen, wurde von einem nicht-exprimierenden Schwein Haut-Fibroblasten isoliert und mit dem Methylase-Inhibitor 5-AzaC inkubiert. Dadurch konnte die abgeschaltete eGFP-Expression wieder reaktiviert werden. Dagegen hatte der Histon-Deacetylase Inhibitor TSA keinen starken Einfluß auf die Transgen-Expression. Chromatin-Modifikationen durch TSA-abhängige HDACs scheinen also bei der epigenetischen Regulation lentiviraler Vektoren in Schweinen keine entscheidende Rolle zu spielen. Abschließend konnte durch einen Methylierungs-sensitiven Southern Blot gezeigt werden, daß der Grad der DNA-Methylierung durch Hemmung zellulärer Methylasen (mit 5-AzaC) signifikant reduziert wurde. Lentiviraler Gentransfer stellte sich als eine sehr effiziente Methode zur Erzeugung transgener Schweine und Rinder heraus. Das Verfahren zeichnet sich insbesondere durch hohe Transgenese-Raten und hohe Transgen-Expression aus. Außerdem werden die lentiviralen Integranten über die Keimbahn an die nächste Generation weitergegeben. Obwohl die Transkription einiger Proviren epigenetisch reguliert wurde, ist die Häufigkeit des aufgetretenen Silencings deutlich geringer als bei prototypischen Retroviren.

Prion diseases are a group of rare, fatal neurodegenerative diseases, also known as transmissible spongiform encephalopathies (TSEs), that affect both animals and humans and include bovine spongiform encephalopathy (BSE) in cattle, scrapie in sheep, chronic wasting disease in deer and elk and Creutzfeldt-Jakob disease (CJD) in humans. TSEs are usually rapidly progressive and clinical symptoms comprise dementia and loss of movement coordination. A common hallmark of TSEs is the accumulation of an abnormal isoform (PrPSc) of the host-encoded prion protein (PrPc) in the brains of affected animals and humans. PrPc is a highly conserved cell surface sialoglycoprotein that is expressed in several cell types, mainly neuronal cells, but its normal physiological function is still not known. However, PrPc is elementary for the acquisition and the replication of prion diseases. Several inhibitors of the PrPSc formation have been reported, but none of them showed great potency in an in vivo application. Thus, the identification of the 37kDa/67kDa laminin receptor (LRP/LR) as the cell surface receptor for prions opened a new direction for the development of a TSE therapy. Currently, no treatment to slow down or stop the disease process in humans with any form of CJD is established. However, several strategies have been investigated to find an anti-prion treatment including development of a vaccination therapy and screening for potent chemical compounds. In scrapie-infected neuronal cells, which represent a widely used and well characterized in vitro model for transmissible spongiform encephalopathies, the accumulation of PrPSc has been prevented by transfection of (i) antisense LRP RNA, (ii) small interfering RNAs targeting the LRP mRNA and (iii) incubation with the polyclonal anti-LRP antibody W3. Furthermore, the knock down of surface LRP/LR resulted in a reduction of the cellular PrP levels, suggesting an interference with the PrP internalization process. Thus, LRP/LR is required for the PrPSc propagation in vitro and involved in the PrPc metabolism.Due to the existence of several LR genes, a major step to investigate the role of the 37kDa/67kDa laminin receptor in scrapie pathogenesis in vivo is the generation of transgenic mice exhibiting a lower level of LRP/LR. Hemizygous transgenic mice that express LRP/LR antisense RNA under the control of the neuron-specific enolase (NSE) promoter were generated and showed a reduced LRP/LR protein level in the cerebellum and the hippocampus. Intracerebral inoculation of these transgenic mice with the scrapie agent will show, whether the accumulation of pathogenic PrPSc in the brain is delayed or prevented due to a reduced LRP/LR level. A further therapeutic anti-prion approach is given by LRP/LR deletion mutants that can be secreted to the cell culture medium and might act as decoys. Previously, it has been demonstrated that a transmembrane deletion mutant is able to prevent PrPc binding and internalization. In vitro studies using an N-terminally truncated LRP mutant, representing the extracellular domain of LRP/LR (LRP102-295::FLAG), revealed a reduced binding of (i) recombinant cellular PrP to mouse neuroblastoma cells, (ii) infectious moPrP 27-30 to BHK21 cells and (iii) interfered with the PrPSc propagation in chronically scrapie-infected mouse neuroblastoma cells. Furthermore, a cell free binding assay demonstrated the direct binding of the LRP102-295::FLAG mutant to both PrPc and PrPSc. These results together with the finding that that endogenous LRP levels remain unaffected by the expression of the mutant indicate that the secreted LRP102-295::FLAG mutant may act in a trans-dominant negative manner as a decoy by trapping PrP molecules. To investigate the therapeutic potential of the LRP102-295::FLAG decoy mutant in vivo transgenic mice were generated ectopically expressing LRP102-295::FLAG in the brain. Animals showed no phenotype and transgene expression was detected in cortical and cerebellar brain regions. An intracerebral prion inoculation of these mice will prove whether the expression of the LRP102-295::FLAG mutant can impair the PrPSc accumulation in the brain and can thus, act as a alternative therapeutic tool in prion diseases. The recent finding that experimental introduction of RNA can be used to interfere with the function of an endogenous gene (RNA interference) provided another tool for the development of gene-specific therapeutics. In order to evaluate a gene transfer therapeutic TSE strategy, human immunodeficiency virus (HIV)-derived vectors that express short hairpin RNA (shRNA) directed against the LRP mRNA were used. Following integration of LRP-shRNA-expressing lentiviral vectors into the genome of neuronal cells efficient LRP/LR downregulation was observed. In scrapie infected neuronal cells, downregulation of the LRP gene expression resulted in a diminishment of PrPSc propagation, providing a further therapeutic strategy in the development of a TSE treatment.

Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer neuen Methode zur organischen Funktionalisierung mesoporöser Silicate. Zu diesem Zweck werden metallorganische Verbindungen eingesetzt. Die Arbeit gliedert sich in die Bereiche Methodenentwicklung, Einfluß auf die Festkörperstruktur, Variabilität der Reaktion und Anwendung der neu entwickelten Materialien.

Part I: Cephalostatin 1 is a potent marine cytotoxic compound reported to induce apoptosis without cytochrome c release and apoptosome formation. This work shows that, however, caspase-9 is essential for the induction of apoptosis. Cephalostatin 1 induces endoplasmic reticulum stress together with the activation of the ASK1/JNK cascade as well as caspase-4 and caspase-2, which act upstream of caspase-9 and are required for apoptosis. Part II: Sesquiterpene lactones are secondary plant metabolites with cytotoxic and anti-inflammatory activities. It was found that 11α,13-dihydrohelenalin acetate (α,β-unsaturated cyclopentenone) induces classical apoptosis whereas 7-hydroxycostunolide (α-methylene-γ-lactone) induces a novel form of cell death characterised by a fast and strong exposure of phosphatidylserine in agreement with a strong activation of phagocytosis in cocultured macrophages.

The cardiovascular hormone ANP is known to exert anti-inflammatory properties in macrophages and endothelial cells. This work provides new insight into the inflammatory signalling pathways influenced by the ANP in the lung. For these purposes, the effects of ANP on both alveolar epithelial cells and a model of LPS-induced lung inflammation were characterized. In alveolar epithelial cells, ANP was shown to inhibit the activation of two major transcription factors, NF-kB and AP-1, in response to TNFa. Astonishingly, this did not result in a reduced expression of the adhesion molecule ICAM-1. ANP was also capable to diminish the activation of AP-1 and NF-kB in lung tissue in vivo using a mouse model of LPS-induced septic shock. The inhibition of NF-kB activation was caused by a delayed phosphorylation and subsequent degradation of IkBa. In addition, ANP treatment elevated total protein levels of IkBa. p38 MAPK and Akt are important mediators in LPS-induced signalling. We demonstrated an activation of these kinases in lung tissue in response to i.p. LPS challenge. ANP treatment was able to lessen this activation. Furthermore, exclusive ANP treatment resulted in an increased p38 MAPK activation, which might contribute to the observed impact on other pathways. ICAM-1 expression was not impaired in whole lung tissue. ANP strongly decreased TNFa serum levels dose-dependently, but had only a slight effect on TNFa tissue levels. Interestingly, TNFa mRNA expression was not significantly reduced. Taken together this work demonstrates that ANP is able to diminish several important inflammatory pathways which are involved in the development of acute respiratory distress syndrome in LPS-induced sepsis.

In eukaryotic nuclei, the DNA double helix is wound up and condensed into chromatin through the interaction with histones and further proteins. Several factors regulate the chromatin structure, allow unfolding or condensation of the chromatin fibre and permit or restrict access to DNA. One prominent class of chromosomal regulators is represented by ATP-dependent chromatin remodelling complexes, which use the energy derived from ATPhydrolysis to break or alter histone-DNA contacts. The ATP-utilising Chromatin Assembly and Remodelling Factor (ACF) and the Chromatin Accessibility Complex (CHRAC) are two closely related ATP-dependent chromatin remodelling factors. ACF consists of the ATPase ISWI and ACF1, a large protein that influences both the quality and efficiency of ISWI activity. CHRAC contains ISWI and ACF1 as well, but in addition the two small histone fold proteins CHRAC14 and CHRAC16. In this work, the CHRAC14 and CHRAC16 subunits are characterised both structurally and functionally. The generation of a bicistronic expression plasmid allowed the expression and purification of highly pure recombinant CHRAC14-CHRAC16 in stoichiometric amounts. The crystal structure of the CHRAC14-CHRAC16 complex was solved at a resolution of 2.4 Å and demonstrates that the two proteins interact with each other via their histone fold motifs, thereby closely resembling the structure of histones H2A-H2B and NFYB-NFYC, the histone fold subunits of nuclear factor Y (NF-Y). Rat monoclonal antibodies against CHRAC14 and CHRAC16 were raised and characterised, but due to their poor affinity, they turned out to be only of limited use for the analysis of the two proteins. CHRAC14-CHRAC16 interact with the N-terminus of ACF1, including the conserved WAC motif. They have a weak affinity for DNA, and studies with CHRAC14-CHRAC16 deletion variants revealed that their C-termini play important but distinct roles in DNA binding. Finally, CHRAC14-CHRAC16 facilitate ACF-dependent nucleosome mobilisation, and their ability to enhance ACF activity depends on both the interaction with the ACF1 N-terminus and the dynamic binding to DNA. In the light of profound similarities to the effects of HMGB1 (high mobility group box protein 1) on nucleosome sliding, these data imply that the CHRAC14-CHRAC16 subcomplex operates as a ‘DNA chaperone’ and assists ACF1 and ISWI during ATPdependent nucleosome remodelling by providing a transient DNA binding surface. This work provides the basis for further experiments to gain more insights into the mechanistic details of CHRAC-dependent nucleosome remodelling and to explore the roles of CHRAC in the living cell.

Das gasförmige Stickstoffmonoxid (NO) steuert die Relaxation glatter Muskulatur. Dabei aktiviert NO die lösliche Guanylatzyklase im Zytosol der glatten Muskelzelle. Die lösliche Guanylatzyklase bildet den Botenstoff cGMP, der die cGMP-abhängige Proteinkinase (cGK) aktiviert. Die cGK gehört zur Familie der Serin/ Threonin-Proteinkinasen und führt nach Phosphorylierung von unterschiedlichen Signalproteinen zur Relaxation der glatten Muskulatur. Der Beitrag des NO/ cGMP/ cGK-Signalwegs zur glattmuskulären Relaxation kann mit Hilfe von genetisch veränderten Mauslinien, denen Komponenten dieses Signalwegs fehlen, untersucht werden. In der vorliegenden Arbeit werden neben Wildtyp-Mäusen mit intaktem NO/ cGMP/ cGK-Signalweg die cGKI-/--Mäuse, denen das Protein cGKI deletiert ist, und die IRAG∆12/∆12-Mausmutanten, die nach Zerstörung des Exon 12 des IRAG-Gens zwei hypomorphe IRAG-Allele besitzen, verwendet. Im Rahmen dieser Arbeit werden die cGMP-abhängigen Mechanismen der Relaxation nach Hormon- und Kalium-induzierter Stimulation glatter Muskelzellen untersucht. Die Experimente werden einerseits am intakten und permeabilisierten Gefäß und andererseits an kultivierten, vaskulären glatten Muskelzellen durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen die Existenz unterschiedlicher Mechanismen zur cGMP-vermittelten Relaxation an der Mausaorta. Nach Hormon-induzierter Stimulation wird der Gefäßtonus durch den cGMP/ cGKI-Signalweg relaxiert. Dabei wird der Effekt hauptsächlich über IRAG durch Hemmung der Ca2+-Freisetzung aus den intrazellulären Speichern vermittelt. Die Kalium-vermittelte Kontraktion wird ebenso cGMP/ cGKI-abhängig relaxiert, jedoch unabhängig von IRAG. Überraschenderweise demonstrieren die Ergebnisse an der permeabilisierten Aorta, dass die cGMP/ cGKI-vermittelte Ca2+-Desensitisierung eine untergeordnete Rolle spielt und in Gegenwart hoher cGMP-Konzentrationen über die Protein Kinase A vermittelt wird. Die Kontraktionsexperimente mit Thapsigargin weisen darauf hin, dass vermutlich die SERCA an der Relaxation des Kalium-induzierten Tonus beteiligt ist.

Friedel-Crafts-Alkylierungen und mechanistisch verwandte Reaktionen wie tert-Alkylierungen von Silylenolethern oder Alkoxyalkylierungen von Allylsilanen und Enolethern werden üblicherweise von Lewis-Säuren in inerten Lösungsmitteln induziert. Führt man solche Reaktionen in wässrigen oder alkoholischen Lösungen durch, verwendet man Brönsted- oder nicht hydrolysierbare Lewis-Säuren, um kleine Gleichgewichtskonzentrationen von Carbokationen zu erzeugen. Basische oder auch neutrale wässrige oder alkoholische Lösungen wurden für solche Umsetzungen bislang als ungeeignet angesehen, da Wasser und Alkohole intuitiv als starke Nukleophile eingeschätzt werden, die die Intermediate von SN1-Reaktionen sofort abfangen und pi-Nukleophilen keine Möglichkeit lassen, mit den kurzlebigen Carbokationen zu reagieren. Auf der Basis von Reaktivitätsskalen (Lineare-Freie-Energie-Beziehung lg k (20°C) = s(E + N); Mayr, Patz 1994) wurde in dieser Dissertation eine neue Variante zur Durchführung von Friedel-Crafts-Alkylierungen, Hoaglin-Hirsch-, Hosomi-Sakurai- oder Mukaiyama-Reaktionen mit SN1-aktiven Alkylierungsmitteln ohne Lewis- oder Protonensäurekatalyse entwickelt, die gegenüber den etablierten Verfahren prägnante ökologische und ökonomische Vorteile bietet. Eine große Bandbreite von Benzolderivaten, Heteroarenen und (Silyl-)Enolethern konnte durch Benzhydryl-, Benzyl- sowie Allyl-Kationen alkyliert werden, die solvolytisch in wässrigen oder alkoholischen Lösungsmitteln unter milden Reaktionbedingungen (neutraler bis schwach basischer pH, Raumtemperatur) generiert wurden.

The development of relevant cellular model systems for colorectal cancer is of utmost importance for an improved in vitro assessment of therapeutic strategies against colorectal cancer. Recently published low passage colon cancer cell lines that closely reflect the characteristics of the respective parental in vivo tumor cells represent very promising cell culture models and were therefore used for the investigations in the present thesis. To provide an in vitro model system that also recapitulates the three-dimensional structure of in vivo tumors, these low passage cell lines were cultivated as multicellular spheroids. Compared to monolayer cultures the multicellular spheroids exhibited a wide variety of changes in their expression patterns. The differential expression includes proteins that are involved in growth signaling (15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase), protein biosynthesis (acidic ribosomal protein P0), and regulation of the cyto- or nucleoskeleton (acidic calponin and LMNA protein). These proteins were identified by 2D electrophoresis and subsequent MALDI-TOF mass spectrometry. Both methods were established in the lab in the context of this work. Chemotherapy with 5-fluorouracil (5-FU) represents the traditional treatment of colorectal cancer. However, in many patients the efficiency of this therapeutic strategy is often limited by the development of chemoresistance against 5-FU. Therefore, it was an aim of this thesis to detect novel proteins involved in 5-FU chemoresistance that were previously not ascribed to resistance against this chemotherapeutic drug. A chemoresistant subline of a colon cancer cell line was generated by long-term treatment with 5-FU and served as a model for the investigation of 5-FU chemoresistance. This subline exhibited resistance against both 5-FU-induced inhibition of proliferation and apoptosis. Differences in the expression of cytokeratin 18, heat shock protein 27 and aldehyde dehydrogenase 1B1 between the chemoresistant subline and parental cells were detected by 2D electrophoresis. These findings imply that the cytoskeleton plays a role in the development of chemoresistance against 5-FU. Furthermore, processes located to the mitochondria seem to be involved in this resistance, since heat shock protein 27 and aldehyde dehydrogenase 1B1 are associated with this subcellular organelle. The biological relevance of the findings made in the present PhD thesis has to be determined in further studies. Gene therapy represents a promising alternative strategy for the treatment of colorectal cancer. A novel nonviral gene transfer system was developed by combination of DNA with the polycation PEI25br and the cationic lipids DOCSPER or DOSPER to form lipopolyplexes. These lipopolyplexes enabled enhanced gene transfer in vitro and are promising for in vivo applications, since the established lipopolyplexes preserved their small size at physiological conditions; a property essential for a successful in vivo application. Furthermore, the lipopolyplexes exhibited the capability to efficiently transfect three-dimensional multicellular spheroids. The potential of lipopolyplexes for therapeutic applications was further increased by the utilization of the artificial promoter CTP4 which enables highly specific gene expression in cancer cells with mutations in the Wnt signaling pathway by transcriptional targeting. In addition to its high specificity, this promoter enabled high gene expression levels that were comparable to expression levels obtained by the strong, but unspecific CMV promoter. The efficiency of the CTP4 promoter was demonstrated in seven low passage colon cancer cell lines and also in multicellular spheroids. The transcriptional targeted lipopolyplexes not only enabled high tumor specific expression of reporter genes like luciferase or EGFP but also the expression of a therapeutic gene, interleukin-2 (IL-2). Furthermore, tumor specific expression of cytotoxic protease 2A in combination with IL-2 was possible by using a novel bicistronic construct. The expression of the rhinoviral protease 2A led to efficient reduction of overall cap-dependent gene expression levels and therefore also the proliferation of the transfected cells, while continued IL-2 expression was guaranteed by an IRES element enabling cap-independent gene expression in the presence of protease 2A. In summary, the present results provide a promising basis for the development of novel potent strategies in the treatment of colorectal cancer.