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Recent Submissions

Doctoral thesis
Open Access
Signaling circuits involved in the selection of high-affinity antigen-specific B cells in the germinal center
(2024) Kuria, Timothy Chege; Winkler, Thomas
The germinal center (GC) serves as the site for somatic hypermutation, affinity maturation, and the selection of high-affinity B cells. Two selection models have been proposed to take place in the GC: a death-limited model and a birth-limited model. In the simplified death-limited model, low-affinity GC B cells undergo apoptosis, while high-affinity B cells do not. In the more pragmatic birth-limited model, selection signals are mediated through increased upregulation of metabolic factors in high-affinity cells, promoting faster proliferation compared to low-affinity GC B cells. Regardless of the selection model, high-affinity B cells consistently outcompete low-affinity B cells in the GC. However, the signaling circuits that mediate this selection are not yet fully understood. An adoptive experimental approach utilizing a 4-hydroxy-3-nitrophenyl (NP) antibody mouse model (B1-8 mouse model) coupled to a non-responsive NP recipient mouse model was employed. Donor high and low-affinity B cells were competitively transferred into the recipient mice. On days 6 and 9 of the GC response, recipient mice were sacrificed, and the GC response was analyzed. RNA was also extracted from the donor B cells, followed by bulk RNA sequencing and differential gene expression analysis to identify potential genes mediating selection in the GC. High-affinity B cells consistently outcompeted low-affinity B cells, even with a starting ratio of high-affinity to low-affinity B cells of 1:138. Differential expression analysis of low-affinity and high-affinity GC B cells revealed a panel of genes, including the B cell co-receptor, CD72. In multiple follow-up experiments, high-affinity B cells downregulated the expression of CD72 not only at the transcriptome level but also at the protein level. CD72 is expressed on all B cells except in antibody-secreting cells, and the downregulation of CD72 likely serves to prepare high-affinity GC B cells for differentiation into antibody-secreting cells. Additionally, CD72 knock-out B cells were outcompeted by wild-type B cells owing to the lack of CD72-CD100 mediated activation and proliferation. In this thesis, novel genes were identified, including the B cell co-receptor CD72, which may play a role in mediating the GC selection process and differentiation into antibody-secreting cells. We have gained meaningful insights through the possible identification of a new GC selection signaling pathway that CD72 mediates.
Doctoral thesis
Open Access
Wirkung von Metoprolol auf Osteoklasten
(2024-04-15) Lang, Katja; Stock, Michael
Hintergrund und Ziele Unter Osteoporose versteht man eine Störung des Knochenstoffwechsels, bei der die Aktivität knochenresorbierender Osteoklasten höher ist als die knochenaufbauender Osteoblasten. Aufgrund fehlender Knochenmasse kommt es bei der Osteoporose zu einer gesteigerten Anfälligkeit gegenüber Frakturen. Metoprolol ist ein Betablocker, welcher vorwiegend an ADRB1 (β1-Rezeptor) bindet und für die Behandlung von Herz Kreislauf Erkrankungen eingesetzt wird. Außerdem ist Metoprolol ein Antagonist gegenüber Adrenalin und Noradrenalin. Metoprolol verhindert demzufolge, dass die Hormone Adrenalin und Noradrenalin am Rezeptor binden können. In Studien wiesen Männer, welche Metoprolol einnahmen eine höhere Knochendichte auf als Männer, welche kein Metoprolol einnahmen. In dieser Arbeit wird untersucht, ob Metoprolol die Entwicklung und Aktivität von Osteoklasten hemmt und somit Metoprolol eventuell in Zukunft bei Patienten mit Knochenstoffwechsel-Störungen bevorzugt eingesetzt werden könnte. Methoden Humane Osteoklasten wurden aus Monozyten aus peripherem humanem Blut, mit oder ohne Metoprolol, Adrenalin oder Noradrenalin differenziert. Die Blutspender konnten sowohl weiblich als auch männlich sein und nahmen kein Metoprolol ein. Zusätzlich wurde die Expression von ADRB1 zu verschiedenen Zeitpunkten der Osteoklastendifferenzierung auf mRNA und Protein Ebene untersucht. Neben den humanen Osteoklastenassays wurden murine Osteoklasten aus ADRB1- beziehungsweise ADRB2 (β2-Rezeptor)-defizienten Knochenmarkzellen differenziert und Metoprolol zu verschiedenen Zeitpunkten dazugegeben. Weiterhin wurde in vivo die Auswirkung von Metoprolol auf murine Knochen untersucht. Ergebnisse und Beobachtungen Die Zugabe von Metoprolol von Anfang an reduzierte konzentrationsabhängig die Zahl und Aktivität der Osteoklasten. Bei Zugabe von Adrenalin von Anfang an kam es zu einer signifikanten Reduktion der großen Osteoklasten. Im Gegensatz dazu erhöhte sich die Zahl der kleinen Osteoklasten bei Zugabe ab dem 3. Tag. Bei Noradrenalin war kein Effekt zu sehen. Sowohl in der RT-PCR als auch im Western Blot wurde gezeigt, dass ADRB1- und ADRB2-Rezeptoren auf Osteoklasten exprimiert werden. Jedoch kam es zu einer gegensätzlichen Aussage bei den beiden Versuchen. In der RT-PCR kam es zur Reduktion der Expression von ADRB1 und ADRB2 im Verlauf der Osteoklastendifferenzierung, wohingegen es zum Anstieg der Proteine für ADRB1 beim Western Blot kam. Bei Betrachtung der Wildtyp- und ADRB1-defizienten Zellen gab es keine Unterschiede hinsichtlich der Osteoklastenzahl. Deshalb liegt es nahe, dass Metoprolol nicht ausschließlich über ADRB1 mit den Osteoklasten interagiert. Diese Beobachtung traf auch bei Betrachtung der Wildtyp- und ADRB2-defizienten Zellen zu. Die in vivo Versuche zeigten eine signifikante Zunahme des trabekulären Knochens durch Fütterung der Mäuse mit Metoprolol. Dieser Effekt konnte beim kortikalen Knochen nicht beobachtet werden. Schlussfolgerungen Es wurde gezeigt, dass Metoprolol die Osteoklastendifferenzierung und die Resorptionsaktivität hemmt. Weiterhin gibt es Anhaltspunkte dafür, dass Metoprolol nicht ausschließlich über ADRB1 wirkt. Dies lässt die Vermutung zu, dass es noch einen anderen Mechanismus (zum Beispiel Rezeptor) geben muss, der für die Wirkung von Metoprolol benötigt wird.
Doctoral thesis
Open Access
Makrophagen-migrationsinhibierender Faktor bei Depressionen: Pilotstudie zur Genetik, Expression und Proteinkonzentration
(2024) Swoboda, Caroline; Mühle, Christiane
Hintergrund und Ziele: Weltweit sind ca. 280 Millionen Menschen von Depressionen betroffen. Um Erkrankte besser zu erkennen und ihnen eine adäquate Therapie zukommen zu lassen, soll die rein klinische Diagnostik durch Biomarker erweitert werden. Gleichzeitig wird nach assoziierten Genen gesucht, da genetische Faktoren 30-40% der Anfälligkeit für Depressionen ausmachen. Eine der gängigen Hypothesen der Pathophysiologie ist die Entzündungstheorie, weil erhöhte Werte an proinflammatorischen Zytokinen und eine vermehrte Immunantwort mit depressiver Symptomatik und deren Schweregrad zusammenhängen. In dieser Arbeit wird das Zytokin Makrophagen-migrationsinhibierender Faktor (MIF) weiter untersucht, dessen Rolle bei Depressionen kontrovers diskutiert wird. Um den Nutzen von MIF als Biomarker zu erforschen, wurden das Genexpressions- und Proteinniveau von MIF auf Assoziationen mit der Depressionsschwere und der Verbesserung während der Therapie getestet. Des Weiteren wurde ermittelt, ob die Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) rs755622, rs2070766 und rs2096525 des MIF-Gens einen Einfluss auf das Erkrankungsrisiko oder den Vorhersagewert für den Schweregrad bzw. den Verlauf haben. Schließlich wurden die drei biologischen Ebenen auf ihre Assoziation untereinander geprüft. Methoden: In der CeraBiDe-Studie wurden an Depressionen Erkrankte (n = 66 mit und n = 64 ohne Vormedikation), remittierte Patient*innen (n = 39) und gesunde Kontrollen verglichen (n = 61). Bei Studieneinschluss erfolgte für alle 230 Teilnehmer*innen eine Blutentnahme, die bei der erkrankten Gruppe nach drei Wochen Therapie wiederholt wurde. Die Genotypisierung wurde mittels hochauflösender Schmelzkurvenanalyse (HRM) bzw. Polymerasekettenreaktion (PCR) mit zwei fluoreszenzmarkierten Sonden durchgeführt. Das Genexpressionsniveau von MIF in peripheren mononukleären Blutzellen wurde durch quantitative Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) erhoben. Die Serumkonzentrationen von MIF wurden durch einen Sandwich-Enzymelinked Immunosorbent Assay (ELISA) ermittelt und stammen aus vorherigen Erhebungen der Arbeitsgruppe. Ergebnisse und Beobachtungen: Auf genetischer Ebene zeigte sich, dass keine der jemals an Depressionen erkrankten Patientinnen (n = 96) das seltene Allel der MIFSNPs homozygot trägt, während dieser Genotyp bei 10-16% der weiblichen Kontrollen (n = 31) vorkommt. Dies legt bei Frauen einen protektiven Effekt der seltenen Allele der MIF-SNPs auf das Depressionsrisiko nahe, der bei den männlichen Studienteilnehmern nicht vorlag. Bei Studieneinschluss wurden auf Protein- und Genexpressionslevel keine signifikanten Unterschiede zwischen Erkrankten und Kontrollen gefunden. Im Verlauf der rund dreiwöchigen Therapie sank die MIF-Protein-Konzentration, die MIF-mRNAKonzentration hingegen nicht. Ein Zusammenhang des Depressionsverlaufs mit MIFmRNA- oder MIF-Protein-Konzentrationsänderungen konnte im Gesamkollektiv nicht gezeigt werden. Lediglich in Patienten-Subgruppen gab es auf Expressions- und Proteinebene Hinweise auf einen Vorhersagewert des Zytokins für den Depressionsverlauf. Schlussfolgerungen: Diese Studie war laut Literaturlage die Erste, in der MIF auf drei biologischen Ebenen bezüglich Depressionen untersucht wurde. Es wurden keine starken Hinweise auf einen Nutzen von MIF-Protein und MIF-mRNA für Diagnose, Prognose oder Verlaufsbeobachtung von Depressionen gefunden. Der protektive Effekt auf genetischer Ebene in der kleinen Gruppe ist ein Anhaltspunkt für weitere Forschung in größeren Studienkohorten, um die Ergebnisse zu validieren.
Doctoral thesis
Open Access
Grundlegende Untersuchungen zur Entwicklung Bioorthogonaler Reaktionssysteme auf Basis von Olefinmetathesereaktionen
(2024) Benkert, Tobias; Schatz, Jürgen
Carrying out artificial chemical reactions in living cells is one of the greatest challenges in modern chemistry. To date, there are only a few reactions that are able to fulfil the strict constraints of a bioorthogonal reaction. In this work, fundamental studies on a bioorthogonal reaction system based on olefin metathesis have been investigated. Several synthetic routes to different systems were investigated and carried out. Particular attention was paid to the preparation of piperidine-labelled systems for future targeted use in cell lysosomes. Three different approaches were studied in detail and led to the conclusion that the detailed investigation of suitable fluorescent dyes prior to their direct synthesis is a more promising strategy, as no surprising discrepancies arise between the existing and the required properties of the systems for use in cells.
Doctoral thesis
Open Access
Zeitliche Entwicklung und unterschiedliche Muster der zellulären Rekonstitution nach Therapie von Krebserkrankungen im Kindes- und Jugendalter
(2024) Hofmann, Gina; Metzler, Markus; Karow, Axel
Hintergrund und Ziele Die Immunrekonstitution nach Therapie einer Krebserkrankung im Kindes- und Jugendalter ist für das posttherapeutische Infektionsrisiko und den optimalen Zeitpunkt der Revakzinierung von Bedeutung. Zahlreiche Studien beschreiben die Immunrekonstitution nach allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation. Die Regeneration des Immunsystems bei an Krebs erkrankten Kindern und Jugendlichen, die keine Transplantation erhalten haben, ist vor allem für die akute lymphoblastische Leukämie untersucht, weniger für solide Tumore. Das Ziel der vorliegenden Studie ist es, krankheits- und therapiespezifische Unterschiede in der zellulären Immunrekonstitution nach Krebserkrankungen im Kindesalter zu untersuchen. Auf deren Basis soll eine Grundlage für zukünftige Empfehlungen hinsichtlich der Beendigung der Infektionsprophylaxe sowie der Wiederaufnahme von Schutzimpfungen nach Beendigung der antineoplastischen Therapie geschaffen werden. Methoden In dieser retrospektiven monozentrischen Studie wurde die Regeneration der Gesamtleukozyten-, Neutrophilen- und Lymphozytenzahl als orientierende Indikatoren der posttherapeutischen Immunrekonstitution in einer großen Kohorte von n=52 Patienten mit akuter lymphoblastischer Leukämie (ALL), n=58 Patienten mit Morbus Hodgkin (HD) und n=28 Patienten mit Ewing-Sarkom (ES) erfasst. Ergebnisse und Beobachtungen Patienten mit ALL wiesen den raschesten Anstieg der Blutwerte auf und erreichten zwischen 4 und 5 Monaten nach Ende der Erhaltungstherapie die altersentsprechenden unteren Normwerte. Die beiden Patientengruppen mit HD und ES zeigten eine protrahierte Erholung der Gesamtleukozytenzahl und eine deutliche posttherapeutische Lymphopenie, welche bei zusätzlich bestrahlten Patienten mit HD am Stärksten ausgeprägt war. Schlussfolgerungen und Diskussion Die in dieser Arbeit angestellten Untersuchungen zeigen abhängig von den Grunderkrankungen und den applizierten Therapiemodalitäten unterschiedliche Verläufe der zellulären Regeneration nach Therapie von Krebserkrankungen im Kindes- und Jugendalter. Damit könnten sie zur Diskussion krankheits- und therapiespezifischer Empfehlungen für die Dauer der Infektionsprophylaxe und den optimalen Zeitraum der Revakzinierung beitragen.