El uso de la información genética en la gestión de la biodiversidad marina de islas oceánicas : el cangrejo moro "Grapsus adscensionis" en la Macaronesia

Máster Oficial en Gestión Costera

Zur Struktur und Funktion der Typ-3-Kupferproteine sowie der Lichtsammlerkomplexe LHCI und LHCII

In der vorliegenden Arbeit wurden die bioinformatischen Methoden der Homologie-Modellierung und Molekularen Modellierung dazu benutzt, die dreidimensionalen Strukturen verschiedenster Proteine vorherzusagen und zu analysieren. Experimentelle Befunde aus Laborversuchen wurden dazu benutzt, die Genauigkeit der Homologie-Modelle zu erhöhen. Die Ergebnisse aus den Modellierungen wurden wiederum dazu benutzt, um neue experimentelle Versuche vorzuschlagen. Anhand der erstellten Modelle und bekannten Kristallstrukturen aus der Protein-Datenbank PDB wurde die Struktur-Funktionsbeziehung verschiedener Tyrosinasen untersucht. Dazu gehörten sowohl die Tyrosinase des Bakteriums Streptomyces als auch die Tyrosinase der Hausmaus. Aus den vergleichenden Strukturanalysen der Tyrosinasen resultierten Mechanismen für die Monophenolhydroxylase-Aktivität der Tyrosinasen sowie für den Import der Kupferionen ins aktive Zentrum. Es konnte der Beweis geführt werden, daß die Blockade des CuA-Zentrums tatsächlich der Grund für die unterschiedliche Aktivität von Tyrosinasen und Catecholoxidasen ist. Zum ersten Mal konnte mit der Maus-Tyrosinase ein vollständiges Strukturmodell einer Säugetier-Tyrosinase erstellt werden, das dazu in der Lage ist, die Mechanismen bekannter Albino-Mutationen auf molekularer Ebene zu erklären. Die auf der Basis des ermittelten 3D-Modells gewonnenen Erkenntnisse über die Wichtigkeit bestimmter Aminosäuren für die Funktion wurde durch gerichtete Mutagenese an der rekombinant hergestellten Maus-Tyrosinase getestet und bestätigt. Weiterhin wurde die Struktur der Tyrosinase des Krebses Palinurus elephas durch eine niedrigaufgelöste 3D-Rekonstruktion aus elektronenmikroskopischen Bildern aufgeklärt. Der zweite große Themenkomplex umfasst die Strukturanalyse der Lichtsammlerkomplexe LHCI-730 und LHCII. Im Falle des LHCII konnte der Oligomerisierungszustand der LHCMoleküle mit diskreten Konformationen des N-Terminus korreliert werden. Auch hier kam eine Kombination von Homologie-Modellierung und einer experimentellen Methode, der Elektronen-Spin-Resonanz-Messung, zum Einsatz. Die Änderung des Oligomerisierungszustands des LHCII kontrolliert den Energiezufluß zu den Photosystemen PS I und PS II. Des Weiteren wurde ein vollständiges Modell des LHCI-730 erstellt, um die Auswirkungen gerichteter Mutagenese auf das Dimerisierungsverhalten zu untersuchen. Auf Basis dieses Modells wurden die Wechselwirkungen zwischen den Monomeren Lhca1 und Lhca4 evaluiert und potentielle Bindungspartner identifiziert.

Compliance lebertransplantierter Patienten mit dem Immunsuppressivum Tacrolimus bei 2x täglicher im Vergleich zu 1x täglicher Einnahme

Compliance lebertransplantierter Patienten mit der immunsuppressiven Therapie ist unerlässlich für den lang-fristigen Erfolg der Lebertransplantation. Aus Non-Compliance mit der immunsuppressiven Therapie können Abstoßungsreaktionen, Organverlust oder sogar Tod resultieren. Hauptziel der vorliegenden Studie war die erstmalige Evaluation der Compliance bei Einnahme von Prograf® (zweimal tägliche Einnahme von Tacrolimus) im Vergleich zur Einnahme von Advagraf® (einmal tägliche Einnahme von Tacrolimus). Von Interesse war außerdem die Fragestellung, ob sich die Compliance bezüglich der immunsuppressiven Therapie mit dem Zeitabstand zur Transplantation verändert. rnDie Compliancemessung wurde offen mittels MEMS® (Aardex Ltd., Schweiz) durchgeführt, der Patient war also über die Compliancekontrolle informiert. Mittels MEMS® konnten Datum und Uhrzeit der Dosisentnahme dokumentiert und damit zuverlässig das gesamte Compliancemuster über im Durchschnitt 176 Tage mit der zweimal täglichen Einnahme und 188 Tage mit der einmal täglichen Einnahme pro Patient erfasst werden. 65 Patienten mit dem Basisimmunsuppressivum Prograf® wurden in die prospektive, nicht-interventionelle Studie eingeschlossen und nach Per Protokoll-Analyse konnten die Daten von 63 in Mainz lebertransplantierten Patienten ausgewertet werden (Prograf®: Gruppe 1: 15 Patienten (Pat.), Gruppe 2: 23 Pat., Gruppe 3: 22 Pat., Drop-outs: 3 Pat.; Advagraf®: Gruppe 1: 16 Pat., Gruppe 2: 23 Pat., Gruppe 3: 23 Pat., Drop-outs: 1 Pat.). Die Dosing Compliance (DC), definiert als Prozent der Tage, an denen der MEMS®-Behälter korrekt geöffnet und die Dosis höchstwahrscheinlich korrekt eingenommen wurde, war der primäre Zielparameter. Weitere Methoden der Compliancemessung, wie der Pill Count, mehrere Fragebögen (Selbsteinschätzung, Patientenwissen-, Morisky-, MESI-, HADS-, SF-36- und Patientenzufriedenheit-Fragebogen) sowie die Blutspiegelmessung wurden eingesetzt, um die Compliance der Patienten umfassend charakterisieren zu können. rnDer Median der DC mit der zweimal täglichen Einnahme betrug 97% bei Pat. > 6 m.p.t. < 2 y.p.t., 97% bei Pat. > 2 y.p.t. < 5 y.p.t. und 98% bei Pat. > 5 y.p.t. (p=0,931; Kruskal-Wallis-Test). Der Median der DC von Tacroli-mus bei einmal täglicher Einnahme (Advagraf®) betrug 99% bei Pat. > 6 m.p.t. < 2 y.p.t., 98% bei Pat. > 2 y.p.t. < 5 y.p.t. und 97% bei Pat. > 5 y.p.t. (p=0,158; Kruskal-Wallis-Test). Insgesamt zeigten die Patienten während des gesamten Beobachtungszeitraums von 12 Monaten eine gute Compliance für die Einnahme ihres Immun-suppressivums. Die Timing Compliance (TiC)-raten lagen auf einem niedrigeren Niveau als die Dosing- und Taking Compliance (TC)-raten. Die Complianceraten der drei Subgruppen unterschieden sich nicht signifikant. Die Patienten mit dem geringsten Abstand zur Transplantation zeigten bei beinahe allen Messmethoden die höchste Compliance im Gegensatz zur etwas geringeren Compliance der Patienten mit größerem Abstand zur Transplantation. Die während der Advagraf®-Phase mittels MEMS® gemessenen DC-, TC- und TiC-raten fielen höher aus als bei Einnahme von Prograf® (p(DC)=0,003; p(TC)=0,077; p(TiC)=0,003; Wilcoxon Vorzeichen-Rang-Test). Dieses Ergebnis untermauert die in anderen Indikationen gefundene Complianceverbesserung durch die einmal tägliche Arzneimittelgabe im Vergleich zur zweimal täglichen Gabe. Die Auswertung der Drug Holidays ergab für die Advagraf®-Phase hingegen niedrigere Complianceraten als für die Prograf®-Phase. Dieses Ergebnis ist auf die Definition des Drug Holidays (keine Arzneimitteleinnahme über 48 h) zurück zu führen. Die Chance Advagraf® einmal pro Tag zu vergessen ist doppelt so hoch, als Prograf® dreimal aufeinander fol-gend zu vergessen. Mit einer verhältnismäßigeren Definition von Drug Holidays (Einnahmepause von 72 Stun-den bei einmal täglicher Einnahme von Advagraf® entsprechend drei ausgelassenen Dosen von Prograf®) ist die Compliancerate 81%. Die Ergebnisse des Pill Counts waren sowohl bei Einnahme von Prograf® als auch von Advagraf® mit der jeweils gemessenen TC vergleichbar, was die Zuverlässigkeit der Messergebnisse bes-tätigt. rnDie zusätzlich eingesetzten Methoden verifizierten das Ergebnis der höheren Compliance mit der einmal tägli-chen Einnahme. Die während der Advagraf®-Phase beantworteten Fragebögen zeigten einen Trend zu besserer Compliance und Lebensqualität. Lediglich die Ergebnisse des MESI-Fragebogens und der Blutspiegelmessungen wichen sowohl während der Prograf®- als auch während der Advagraf®-Phase stark von den Ergebnis-sen der anderen Methoden ab. rnUnter Einbeziehung aller mittels MEMS® und Pill Count objektiv gemessenen Complianceparameter konnten während der Prograf®-Einnahme 54 von 60 Pat. (90%) und während der Advagraf®-Phase 59 von 62 Pat. (95%) als compliant eingestuft werden. Aufgrund subjektiver Compliancemessungen waren 49 von 58 Pat. (84%) während der Prograf®- und 54 von 59 Pat. (92%) während der Advagraf®-Phase als compliant einzustufen. Es wurde beobachtet, dass die zeitlich korrekte Einnahme der Morgendosis einfacher und bei Einmalgabe zu bevorzugen ist. Die wochentagsbezogene Auswertung ergab erwartungsgemäß, dass am Wochenende (Samstag und Sonntag) am häufigsten Dosen ausgelassen wurden. rnDie Umstellung von Prograf® auf Advagraf® stellte kein Problem dar. Beinahe alle Patienten waren dankbar und zufrieden mit der Reduzierung der Dosierungsfrequenz und der größeren Unabhängigkeit durch die entfallene abendliche Einnahme. Der positive Einfluss der geringeren Dosierungshäufigkeit auf die Langzeitcompliance der Patienten, ist ein hinreichender Grund die Entwicklung von Formulierungen zur einmal täglichen Ein-nahme für weitere Immunsuppressiva zu fordern. Insbesondere bei den häufig eingesetzten Kombinationstherapien von Immunsuppressiva würde der Effekt der Complianceverbesserung noch verstärkt werden, wenn alle eingesetzten Immunsuppressiva zur einmal täglichen Gabe geeignet wären.

Early effects of carbachol on the morphology of motor endplates of mammalian skeletal muscle fibers

Long-term disturbance of the calcium homeostasis of motor endplates (MEPs) causes necrosis of muscle fibers. The onset of morphological changes in response to this disturbance, particularly in relation to the fiber type, is presently unknown. Omohyoid muscles of mice were incubated for 1-30 minutes in 0.1 mM carbachol, an acetylcholine agonist that causes an inward calcium current. In these muscles, the structural changes of the sarcomeres and the MEP sarcoplasm were evaluated at the light- and electron-microscopic level. Predominantly in type I fibers, carbachol incubation resulted in strong contractures of the sarcomeres underlying the MEPs. Owing to these contractures, the usual beret-like form of the MEP-associated sarcoplasm was deformed into a mushroom-like body. Consequently, the squeezed MEPs partially overlapped the adjacent muscle fiber segments. There are no signs of contractures below the MEPs if muscles were incubated in carbachol in calcium-free Tyrode's solution. Carbachol induced inward calcium current and produced fiber-type-specific contractures. This finding points to differences in the handling of calcium in MEPs. Possible mechanisms for these fiber-type-specific differences caused by carbachol-induced calcium entry are assessed.

Excitability properties of mouse motor axons in the mutant SOD1(G93A) model of amyotrophic lateral sclerosis

Non-invasive excitability studies of motor axons in patients with amyotrophic lateral sclerosis (ALS) have revealed a changing pattern of abnormal membrane properties with disease progression, but the heterogeneity of the changes has made it difficult to relate them to pathophysiology. The SOD1(G93A) mouse model of ALS displays more synchronous motoneuron pathology. Multiple excitability measures of caudal and sciatic nerves in mutant and wild-type mice were compared before onset of signs and during disease progression (4-19 weeks), and they were related to changes in muscle fiber histochemistry. Excitability differences indicated a modest membrane depolarization in SOD1(G93A) axons at about the time of symptom onset (8 weeks), possibly due to deficient energy supply. Previously described excitability changes in ALS patients, suggesting altered sodium and potassium conductances, were not seen in the mice. This suggests that those changes relate to features of the human disease that are not well represented in the animal model.

In vivo assessment of HCN channel current (I(h)) in human motor axons

The "Trond" protocol of nerve excitability tests has been used widely to assess axonal function in peripheral nerve. In this study, the routine Trond protocol was expanded to refine assessment of cAMP-dependent, hyperpolarization-activated current (I(h)) activity. I(h) activity is generated by hyperpolarization-activated, cyclic nucleotide-modulated (HCN) channels in response to hyperpolarization. It limits activity-dependent hyperpolarization, contributes to neuronal automaticity, and is implicated in chronic pain states. Published data regarding I(h) activity in motor nerve are scant. We used additional strong, prolonged hyperpolarizing conditioning stimuli in the threshold electrotonus component of the Trond protocol to demonstrate the time-course of activation of I(h) in motor axons. Fifteen healthy volunteers were tested on four occasions during 1 week. I(h) action was revealed in the threshold electrotonus by the limiting and often reversal, after about 100 ms, of the threshold increase caused by strong hyperpolarizing currents. Statistical analysis by repeated-measures analysis of variance enabled confidence limits to be established for variation between subjects and within subjects. The results demonstrate that, of all the excitability parameters, those dependent on I(h) were the most characteristic of an individual, because variance between subjects was more than four times the variance within subjects. This study demonstrates a reliable method for in vivo assessment of I(h,) and also serves to document the normal variability in nerve excitability properties within subjects.

Chronic inflammatory lumbosacral polyradiculopathy: a regional variant of CIDP

Chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy (CIDP) affects various components and segments of the peripheral nervous system differently, and thus there can be phenotypic heterogeneity. We report a 47-year-old woman with chronic sensory disturbances and proximal weakness limited to the legs. Motor and sensory nerve conduction studies were normal. Somatosensory evoked potentials and imaging indicated a demyelinating process involving the lumbosacral roots. The patient responded favorably to IVIg. Although she did not fulfill the diagnostic criteria for CIDP we believe this patient represents a restricted regional CIDP variant.

Muscle velocity recovery cycles: effects of repetitive stimulation on two muscles

We sought to characterize the excitability properties of tibialis anterior (TA) and brachioradialis (BR) muscles at rest and during electrically induced muscle activation in normal subjects.

Temperature dependency of human muscle velocity recovery cycles

Velocity recovery cycles (VRCs) of human muscle action potentials have been proposed as a new technique for studying muscle membrane function. This study was undertaken to determine the temperature dependency of VRC parameters.

Membrane dysfunction in Andersen-Tawil syndrome assessed by velocity recovery cycles

Andersen-Tawil syndrome (ATS) due to Kir2.1mutations typically manifests as periodic paralysis, cardiac arrhythmias and developmental abnormalities but is often difficult to diagnose clinically. This study was undertaken to determine whether sarcolemmal dysfunction could be identified with muscle velocity recovery cycles (MVRCs).

Quantitative assessment of physiological and behavioural parameters in healthy dairy cows evoked by transcutaneous electrical nerve stimulation of the udder

The pain and distress associated with transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) of the udder was evaluated by treating 20 healthy dairy cows with an electrical udder stimulator. This generated a sequence of pulses (frequency: 160+/-10% impulses per second, duration 250 mus) and provided voltage ranges from 0 to 10 volts (+/-10%). Trials took place on three consecutive days, twice daily after morning and evening milking. Daily sessions were divided into two periods: (1) control (sham treatment) and (2) treatment (real treatment). Physiological (heart rate, respiratory rate, and plasma cortisol concentration) as well as ethological parameters (kicking, weight shifting, and looking backwards to udder) were defined as pain-indicating parameters and observed. Evaluation of data showed that only one parameter (kicking) was significantly increased during real treatment compared to sham treatment. It is concluded that the TENS therapy tested in this study can evoke changes in behaviour (increased kicking) consistent with an experience of pain in some cows.

Cage-induced stereotypies in female ICR CD-1 mice do not correlate with recurrent perseveration

Stereotypies are repetitive, unvarying, apparently purposeless behavioural patterns. They develop in animals kept in barren environments and are highly prevalent in laboratory mice (Mus musculus), yet their underlying mechanisms have remained elusive. In humans, stereotypies are associated with several psychiatric disorders and are thought to reflect dysfunction of inhibition of motor programs mediated by the corticostriatal circuitry, resulting in recurrent perseveration (=inappropriate repetition of behavioural responses). Several studies in captive animals of different species have reported a correlation between stereotypy performance and perseverative behaviour, indicating a similar dysfunction. To examine whether stereotypies in mice correlate with recurrent perseveration and whether they are causally related, we raised 40 female ICR CD-1 mice in either barren or enriched cages from three to either six or 16 weeks of age (2 x 2 factorial design) and assessed stereotypic behaviour in the home cage and recurrent perseveration on a two-choice guessing task. Enrichment significantly reduced stereotypic behaviour both at six and 16 weeks of age and recurrent perseveration increased with age. Although enriched housing reduced the number of repetitions in the guessing task significantly, there was no clear evidence for an effect on recurrent perseveration, and recurrent perseveration did not correlate positively with stereotypy level. These findings indicate either that this test did not measure recurrent perseveration or that cage stereotypies in these mice do not reflect behavioural disinhibition as measured by recurrent perseveration.

Recombinant major urinary proteins of the mouse in specific IgE and IgG testing

Background: Recombinant allergens are preferred over natural allergen extracts in measuring antibodies. We tested the use of recombinant variants of the major mouse allergen Mus m 1 in detection of mouse-specific antibodies in sera of laboratory animal workers and children. Methods: Six recombinant major urinary proteins (MUPs) were produced and antibody-binding capacity was compared to natural Mus m 1 and to mouse urine extract. In a specific subset, cross-reactivity of MUP with Mus m 1 and between the different recombinant MUPs was determined. Results: For IgE antibodies, MUP8 showed high cross-reactivity with Mus m 1. MUP8-specific IgE was found in 55% of the mouse urine IgE-positive sera. Specific IgG and IgG4 antibodies against natural Mus m 1 correlated strongly with antibodies against recombinant MUP8 and were cross-reactive. IgG4 levels against MUP8 and mouse urine extract correlated, but detection of mouse urine-specific IgG4 in the absence of MUP-specific IgG4 was not uncommon. Cross-reactivity of IgG antibodies between MUP8 and Mus m 1 as well as between the different MUPs was high and inhibition varied between 54 and 99%. Conclusion: The mouse allergen Mus m 1 can be replaced in antibody testing by recombinant MUP8. Other MUPs, except MUP4, are interchangeable with MUP8. However, mouse urine extract showed better detection of both mouse-specific IgE and IgG4 levels. Other components in the mouse urine, like mouse albumin and other yet unidentified components, also induce IgE and IgG(4) antibodies.