Biologisch aktive Sekundärmetabolite aus Pflanzen und Pilzen : Phenanthro-Alkaloide ; phytotoxische Dioxolanone

Als Phenanthro-Alkaloide wird eine kleine Gruppe von pentacyclischen, auf dem Phenanthren-Strukturmotiv basierenden Indolizidinen sowie Chinolizidinen bezeichnet. Von Letztgenannten sind bisher fünf, von den homologen Phenanthroindolizidinen mehr als sechzig natürliche Vertreter gefunden worden. Das wohl bekannteste Alkaloid in dieser Gruppe ist das Indolizidin-Alkaloid Tylophorin, das beispielsweise aus Tylophora indica (Apocynaceae, "Hundsgiftgewächse") gewonnen werden kann. Tylophorin und verwandte Derivate besitzen potente biologische und physiologische Wirkungen. So entfalten sie sowohl antiinflammatorische als auch antineoplastische Effekte (wirksam auch bei MDR-Tumorzelllinien, MDR = "multi drug resistant").rnrnDas Ziel der vorliegenden Arbeit war es, neue Methoden zur Herstellung von Phenanthro-Alkaloiden und deren Derivaten zu entwickeln. Ausgehend von (S)-Prolin konnten sowohl (S)-(+)-Tylophorin (>99% ee) als auch ein bisher noch nicht beschriebenes Derivat, das sich durch eine deutlich geringere Lichtempfindlichkeit im Vergleich zu Tylophorin aus¬zeichnet, in 33%-iger Gesamtausbeute über neun lineare Stufen, hergestellt werden. Die Synthese von (R)-(-)-Tylophorin gelang in analoger Weise aus (R)-Prolin in 21%-iger Ausbeute (93% ee). Der Einsatz von Schutzgruppen war nicht notwendig.rnDer Schlüsselschritt ist in beiden Fällen eine Cyclisierung an eine C=N-Doppelbindung über freie Radikale, die bei der Synthese des neuen Derivats hochstereoselektiv zur Bildung des (13aS,14S) Diastereomers führt. Die Synthese von 7-Methoxycryptopleurin gelang durch eine ähnliche Synthesestrategie. rnrnZur Herstellung von Cryptopleurin ist zunächst ein neuer Syntheseweg für 9-(Hydroxymethyl)-2,3,6-trimethoxyphenanthren entwickelt worden. Dieser führt über den Aufbau eines Biphenylsystems durch palladiumkatalysierte Kreuzkupplung, eine anschließende COREY-FUCHS-Transformation und als Schlüsselschritt über eine Gold-NHC-Komplex katalysierte 6-endo-dig-Cyclisierung zum entsprechenden Phenanthren. Diese Ringschlussreaktion verläuft in gewünschter Weise regioselektiv unter Bildung des 2,3,6-trimethoxysubstituierten Phenanthrens. Die Bil¬dung des regioisomeren 2,3,8-Trimethoxyphenanthrens wird nicht beobachtet. Der Alkohol wird dann in fünf linearen Stufen (34%) in das Xanthogenat überführt, aus dem sich durch eine zweistufige Reaktionssequenz, bestehend aus einer Radikal¬cyclisierung nach ZARD und einer Reduktion mit LiAlH4 das extrem lichtempfindliche und hochtoxische Alkaloid (R)-(-)-Cryptopleurin gewinnen ließ (50%).rnNachdem beide Enantiomere und das Racemat von Tylophorin synthetisiert worden waren und zum Vergleich bereit standen, wurde Tylophorin aus Tylophora indica extrahiert. rnDie Motivation rührte unter anderem daher, dass in der bisherigen Literatur Unstimmigkeiten über das in der Natur vorkommende Enantiomer des Tylophorins herrschten. Vor Beginn dieser Arbeit ging man davon aus, dass in T. indica nur (R)-(-)-Tylophorin vorkommt und für die Diskrepanzen zwischen den berichteten Drehwerten von, aus Pflanzenmaterial isolierten und des synthetisierten Naturstoffs, dessen Zersetzung vor oder während der Messung verantwortlich ist. Dieser Effekt kann zwar auch beobachtet werden, jedoch trägt er nur in geringem Maße zur Erniederigung des Drehwertes bei. Schließlich sind Proben von synthetisiertem Tylophorin in gleichem Maße von der schnell eintretenden Oxidation des Alkaloids betroffen. Aus dem Rohextrakt ist Tylophorin durch RP-HPLC isoliert worden. Anschließend wurde die Probe mittels chiraler HPLC/MS analysiert. Durch den Vergleich mit den bereit stehenden synthetischen Proben von (R)- und (S)-Tylophorin konnte in dieser Arbeit erstmals experimentell belegt werden, dass es sich bei (−)-Tylophorin aus T. indica um ein scalemisches Gemisch im Verhältnis von 56:44 (R:S) handelt.rnrnDas Ziel dieses Teilprojektes war die Entwicklung einer Synthese für den bisher noch nicht synthetisch hergestellten phytotoxischen Sekundärmetabolit (+)-Phenguignardiasäure. Isoliert wurde diese Verbindung aus Guignardia bidwellii, dem Erreger der Schwarzfäule der Weinrebe. Die absolute Konfiguration des quartären Stereozentrums war zu Beginn dieser Arbeit nicht bekannt. Ausgehend von (R)-Phenylmilchsäure und 3-Phenylprop-2-in-1-ol gelang die Synthese beider Enantiomere des Dioxolanons in acht linearen Stufen. Sie liefert den experimentellen Beweis (ECD, Polarimetrie) für die (S)-Konfiguration von natürlicher (+)-Phenguignardiasäure.rnrn

How different is water crystallization from polymer crystallization under confinement?

Ziel der vorliegenden Dissertation war es, Einblicke in das Kristallisationsverhalten weicher Materie („soft matter“), wie verschiedener Polymere oder Wasser, unter räumlicher Einschränkung („confinement“) zu erlangen. Dabei sollte untersucht werden, wie, weshalb und wann die Kristallisation in nanoporösen Strukturen eintritt. Desweiteren ist Kristallisation weicher Materie in nanoporösen Strukturen nicht nur aus Aspekten der Grundlagenforschung von großem Interesse, sondern es ergeben sich zahlreiche praktische Anwendungen. Durch die gezielte Steuerung der Kristallinität von Polymeren könnten somit Materialien mit verschiendenen mechanischen und optischen Eigenschaften erhalten werden. Desweiteren wurde auch räumlich eingeschränktes Wasser untersucht. Dieses spielt eine wichtige Rolle in der Molekularbiologie, z.B. für das globuläre Protein, und als Wolkenkondensationskeime in der Atmosphärenchemie und Physik. Auch im interstellaren Raum ist eingeschränktes Wasser in Form von Eispartikeln anzutreffen. Die Kristallisation von eingeschränktem Wasser zu verstehen und zu beeinflussen ist letztlich auch für die Haltbarkeit von Baumaterialien wie etwa Zement von großem Interesse.rnUm dies zu untersuchen wird Wasser in der Regel stark abgekühlt und das Kristallisationsverhalten in Abhängigkeit des Volumens untersucht. Dabei wurde beobachtet, dass Mikro- bzw. Nanometer große Volumina erst ab -38 °C bzw. -70 °C kristallisieren. Wasser unterliegt dabei in der Regel dem Prozess der homogenen Nukleation. In der Regel gefriert Wasser aber bei höheren Temperaturen, da durch Verunreinigungen eine vorzeitige, heterogene Nukleation eintritt.rnDie vorliegende Arbeit untersucht die sachdienlichen Phasendiagramme von kristallisierbaren Polymeren und Wasser unter räumlich eingeschränkten Bedingungen. Selbst ausgerichtetes Aluminiumoxid (AAO) mit Porengrößen im Bereich von 25 bis 400 nm wurden als räumliche Einschränkung sowohl für Polymere als auch für Wasser gewählt. Die AAO Nanoporen sind zylindrisch und parallel ausgerichtet. Außerdem besitzen sie eine gleichmäßige Porenlänge und einen gleichmäßigen Durchmesser. Daher eignen sie sich als Modelsystem um Kristallisationsprozesse unter wohldefinierter räumlicher Einschränkung zu untersuchen.rnEs wurden verschiedene halbkristalline Polymere verwendet, darunter Poly(ethylenoxid), Poly(ɛ-Caprolacton) und Diblockcopolymere aus PEO-b-PCL. Der Einfluss der Porengröße auf die Nukleation wurde aus verschiedenen Gesichtspunkten untersucht: (i) Einfluss auf den Nukleationmechanismus (heterogene gegenüber homogener Nukleation), (ii) Kristallorientierung und Kristallinitätsgrad und (iii) Zusammenhang zwischen Kristallisationstemperatur bei homogener Kristallisation und Glasübergangstemperatur.rnEs konnte gezeigt werden, dass die Kristallisation von Polymeren in Bulk durch heterogene Nukleation induziert wird und das die Kristallisation in kleinen Poren hauptsächlich über homogene Nukleation mit reduzierter und einstellbarer Kristallinität verläuft und eine hohe Kristallorientierung aufweist. Durch die AAOs konnte außerdem die kritische Keimgröße für die Kristallisation der Polymere abgeschätzt werden. Schließlich wurde der Einfluss der Polydispersität, von Oligomeren und anderen Zusatzstoffen auf den Nukleationsmechanismus untersucht.rn4rnDie Nukleation von Eis wurde in den selben AAOs untersucht und ein direkter Zusammenhang zwischen dem Nukleationstyp (heterogen bzw. homogen) und der gebildeten Eisphase konnte beobachtet werden. In größeren Poren verlief die Nukleation heterogen, wohingegen sie in kleineren Poren homogen verlief. Außerdem wurde eine Phasenumwandlung des Eises beobachtet. In den größeren Poren wurde hexagonales Eis nachgewiesen und unter einer Porengröße von 35 nm trat hauptsächlich kubisches Eis auf. Nennenswerter Weise handelte es sich bei dem kubischem Eis nicht um eine metastabile sondern eine stabile Phase. Abschließend wird ein Phasendiagramm für räumlich eingeschränktes Wasser vorgeschlagen. Dieses Phasendiagramm kann für technische Anwendungen von Bedeutung sein, so z.B. für Baumaterial wie Zement. Als weiteres Beispiel könnten AAOs, die die heterogene Nukleation unterdrücken (Porendurchmesser ≤ 35 nm) als Filter für Reinstwasser zum Einsatz kommen.rnNun zur Anfangs gestellten Frage: Wie unterschiedlich sind Wasser und Polymerkristallisation voneinander unter räumlicher Einschränkung? Durch Vergleich der beiden Phasendiagramme kommen wir zu dem Schluss, dass beide nicht fundamental verschieden sind. Dies ist zunächst verwunderlich, da Wasser ein kleines Molekül ist und wesentlich kleiner als die kleinste Porengröße ist. Wasser verfügt allerdings über starke Wasserstoffbrückenbindungen und verhält sich daher wie ein Polymer. Daher auch der Name „Polywasser“.

Sintesi e caratterizzazione di nuovi materiali politioalchiltiofenici per applicazioni in celle solari bulk-heterojunction

L’oggetto della presente tesi di laurea magistrale consiste nello studio di polimeri coniugati nella catena principale, per una loro applicazione come materiali fotoattivi in celle fotovoltaiche. In particolare, sono stati sintetizzati e caratterizzati politiofeni tioalchil sostituiti, funzionalizzati in posizione 3-3' con catene alchiliche di diversa lunghezza e grado di ramificazione (tra cui una chirale), al fine di studiarne l'effetto sulle proprietà ottiche ed elettriche del materiale. I polimeri ottenuti sono stati caratterizzati mediante tecniche spettroscopiche (1H-NMR, UV-PL), cromatografia a permeazione su gel (GPC), analisi termiche (DSC, TGA) e misure elettrochimiche (voltammetria ciclica). Il comportamento chiro-ottico del campione chirale è stato inoltre valutato tramite misure di dicroismo circolare. Si è infine testata l’efficienza delle celle fotovoltaiche ottenute utilizzando i polimeri sintetizzati come materiale fotoattivo.

Automated Intervertebral Disc Detection from Low Resolution, Sparse MRI Images for the Planning of Scan Geometries

Robust and accurate identification of intervertebral discs from low resolution, sparse MRI scans is essential for the automated scan planning of the MRI spine scan. This paper presents a graphical model based solution for the detection of both the positions and orientations of intervertebral discs from low resolution, sparse MRI scans. Compared with the existing graphical model based methods, the proposed method does not need a training process using training data and it also has the capability to automatically determine the number of vertebrae visible in the image. Experiments on 25 low resolution, sparse spine MRI data sets verified its performance.

Heavy metal cations permeate the TRPV6 epithelial cation channel

TRPV6 belongs to the vanilloid family of the transient receptor potential channel (TRP) superfamily. This calcium-selective channel is highly expressed in the duodenum and the placenta, being responsible for calcium absorption in the body and fetus. Previous observations have suggested that TRPV6 is not only permeable to calcium but also to other divalent cations in epithelial tissues. In this study, we tested whether TRPV6 is indeed also permeable to cations such as zinc and cadmium. We found that the basal intracellular calcium concentration was higher in HEK293 cells transfected with hTRPV6 than in non-transfected cells, and that this difference almost disappeared in nominally calcium-free solution. Live cell imaging experiments with Fura-2 and NewPort Green DCF showed that overexpression of human TRPV6 increased the permeability for Ca(2+), Ba(2+), Sr(2+), Mn(2+), Zn(2+), Cd(2+), and interestingly also for La(3+) and Gd(3+). These results were confirmed using the patch clamp technique. (45)Ca uptake experiments showed that cadmium, lanthanum and gadolinium were also highly efficient inhibitors of TRPV6-mediated calcium influx at higher micromolar concentrations. Our results suggest that TRPV6 is not only involved in calcium transport but also in the transport of other divalent cations, including heavy metal ions, which may have toxicological implications.

Chemical inhibitors of the calcium entry channel TRPV6

Calcium entry channels in the plasma membrane are thought to play a major role in maintaining cellular Ca(2+) levels, crucial for growth and survival of normal and cancer cells. The calcium-selective channel TRPV6 is expressed in prostate, breast, and other cancer cells. Its expression coincides with cancer progression, suggesting that it drives cancer cell growth. However, no specific inhibitors for TRPV6 have been identified thus far.

Identification of selective norbornane-type aspartate analogue inhibitors of the glutamate transporter 1 (GLT-1) from the chemical universe generated database (GDB)

A variety of conformationally constrained aspartate and glutamate analogues inhibit the glutamate transporter 1 (GLT-1, also known as EAAT2). To expand the search for such analogues, a virtual library of aliphatic aspartate and glutamate analogues was generated starting from the chemical universe database GDB-11, which contains 26.4 million possible molecules up to 11 atoms of C, N, O, F, resulting in 101026 aspartate analogues and 151285 glutamate analogues. Virtual screening was realized by high-throughput docking to the glutamate binding site of the glutamate transporter homologue from Pyrococcus horikoshii (PDB code: 1XFH ) using Autodock. Norbornane-type aspartate analogues were selected from the top-scoring virtual hits and synthesized. Testing and optimization led to the identification of (1R*,2R*,3S*,4R*,6R*)-2-amino-6-phenethyl-bicyclo[2.2.1]heptane-2,3-dicarboxylic acid as a new inhibitor of GLT-1 with IC(50) = 1.4 ?M against GLT-1 and no inhibition of the related transporter EAAC1. The systematic diversification of known ligands by enumeration with help of GDB followed by virtual screening, synthesis, and testing as exemplified here provides a general strategy for drug discovery.

Learning My Lessons: Research, Rehearsal, and Reflection on the Greats

A successful actor often requires a specific acting method or style to enhance their performance. Through theatrical research, rehearsal and performance, an actor can narrow down their seemingly endless search for the most productive methodology. By researching, studying, and applying the methods of Constantin Stanislavski, Stella Adler,and Tadashi Suzuki to my rehearsal process, I have found my most effective acting style: Stella Adler?s method. I utilize this acting method during the performance period of my early professional acting career. Experimental research for this thesis was completed inthe studio. I applied each of the three aforementioned methods to a dramatic/classical monologue. The results I gathered helped me to decide upon Adler?s methodology to carry with me through my upcoming professional auditions and career. From casting resulting from the auditions, I will employ the methodology to my professional work asan actress. Each acting teacher has provided the performance world with a new way to experience their stage time. The methods are unique and enable the actor to find the most dynamic performance through engaging technical skill.

The sodium-dependent ascorbic acid transporter family SLC23

Transporters for vitamin C and its oxidized form dehydroascorbic acid (DHA) are crucial to maintain physiological concentrations of this important vitamin that is used in a variety of biochemical processes. The human SLC23 family consists of the Na(+)-dependent vitamin C transporters SVCT1 (encoded by the SLC23A1 gene) and SVCT2 (SLC23A2) as well as an orphan transporter SVCT3 (SLC23A3). Phylogenetically, the SLC23 family belongs to the nucleobase-ascorbate transporter (NAT) family, although no nucleobase transport has yet been demonstrated for the human members of this family. The SVCT1 and SVCT2 transporters are rather specific for ascorbic acid, which is an important antioxidant and plays a crucial role in a many metal-containing enzymes. SVCT1 is expressed predominantly in epithelial tissues such as intestine where it contributes to the supply and maintenance of whole-body ascorbic acid levels. In contrast to various other mammals, humans are not capable of synthesizing ascorbic acid from glucose and therefore the uptake of ascorbic acid from the diet via SVCT1 is essential for maintaining appropriate concentrations of vitamin C in the human body. The expression of SVCT2 is relatively widespread, where it serves to either deliver ascorbic acid to tissues with high demand of the vitamin for enzymatic reactions or to protect metabolically highly active cells or specialized tissues from oxidative stress. The murine Slc23a3 gene encoding the orphan transporter SVCT3 was originally cloned from mouse yolk sac, and subsequent studies showed that it is expressed in the kidney. However, the function of SVCT3 has not been reported and it remains speculative as to whether SVCT3 is a nucleobase transporter.

Mutations in the tight-junction gene claudin 19 (CLDN19) are associated with renal magnesium wasting, renal failure, and severe ocular involvement

Claudins are major components of tight junctions and contribute to the epithelial-barrier function by restricting free diffusion of solutes through the paracellular pathway. We have mapped a new locus for recessive renal magnesium loss on chromosome 1p34.2 and have identified mutations in CLDN19, a member of the claudin multigene family, in patients affected by hypomagnesemia, renal failure, and severe ocular abnormalities. CLDN19 encodes the tight-junction protein claudin-19, and we demonstrate high expression of CLDN19 in renal tubules and the retina. The identified mutations interfere severely with either cell-membrane trafficking or the assembly of the claudin-19 protein. The identification of CLDN19 mutations in patients with chronic renal failure and severe visual impairment supports the fundamental role of claudin-19 for normal renal tubular function and undisturbed organization and development of the retina.

Diagnostic accuracy of coronary in-stent restenosis using 64-slice computed tomography: comparison with invasive coronary angiography

OBJECTIVES: This study sought to evaluate the diagnostic accuracy of coronary binary in-stent restenosis (ISR) with angiography using 64-slice multislice computed tomography coronary angiography (CTCA) compared with invasive coronary angiography (ICA). BACKGROUND: A noninvasive detection of ISR would result in an easier and safer way to conduct patient follow-up. METHODS: We performed CTCA in 81 patients after stent implantation, and 125 stented lesions were scanned. Two sets of images were reconstructed with different types of convolution kernels. On CTCA, neointimal proliferation was visually evaluated according to luminal contrast attenuation inside the stent. Lesions were graded as follows: grade 1, none or slight neointimal proliferation; grade 2, neointimal proliferation with no significant stenosis (<50%); grade 3, neointimal proliferation with moderate stenosis (> or =50%); and grade 4, neointimal proliferation with severe stenosis (> or =75%). Grades 3 and 4 were considered binary ISR. The diagnostic accuracy of CTCA compared with ICA was evaluated. RESULTS: By ICA, 24 ISRs were diagnosed. Sensitivity, specificity, positive predictive value, and negative predictive value were 92%, 81%, 54%, and 98% for the overall population, whereas values were 91%, 93%, 77%, and 98% when excluding unassessable segments (15 segments, 12%). For assessable segments, CTCA correctly diagnosed 20 of the 22 ISRs detected by ICA. Six lesions without ISR were overestimated as ISR by CTCA. As the grade of neointimal proliferation by CTCA increases, the median value of percent diameter stenosis increased linearly. CONCLUSIONS: Binary ISR can be excluded with high probability by CTCA, with a moderate rate of false-positive results.

Diagnostic accuracy of 64-slice computed tomography for detecting angiographically significant coronary artery stenosis in an unselected consecutive patient population: comparison with conventional invasive angiography

BACKGROUND: Multislice computed tomography (MSCT) is a promising noninvasive method of detecting coronary artery disease (CAD). However, most data have been obtained in selected series of patients. The purpose of the present study was to investigate the accuracy of 64-slice MSCT (64 MSCT) in daily practice, without any patient selection. METHODS AND RESULTS: Using 64-slice MSCT coronary angiography (CTA), 69 consecutive patients, 39 (57%) of whom had previously undergone stent implantation, were evaluated. The mean heart rate during scan was 72 beats/min, scan time 13.6 s and the amount of contrast media 72 mL. The mean time span between invasive coronary angiography (ICAG) and CTA was 6 days. Significant stenosis was defined as a diameter reduction of > 50%. Of 966 segments, 884 (92%) were assessable. Compared with ICAG, the sensitivity of CTA to diagnose significant stenosis was 90%, specificity 94%, positive predictive value (PPV) 89% and negative predictive value (NPV) 95%. With regard to 58 stented lesions, the sensitivity, specificity, PPV and NPV were 93%, 96%, 87% and 98%, respectively. On the patient-based analysis, the sensitivity, specificity, PPV and NPV of CTA to detect CAD were 98%, 86%, 98% and 86%, respectively. Eighty-two (8%) segments were not assessable because of irregular rhythm, calcification or tachycardia. CONCLUSION: Sixty-four-MSCT has a high accuracy for the detection of significant CAD in an unselected patient population and therefore can be considered as a valuable noninvasive technique.

Accuracy of in vivo coronary plaque morphology assessment: a validation study of in vivo virtual histology compared with in vitro histopathology

OBJECTIVES: The goal of the present study was to compare the accuracy of in vivo tissue characterization obtained by intravascular ultrasound (IVUS) radiofrequency (RF) data analysis, known as Virtual Histology (VH), to the in vitro histopathology of coronary atherosclerotic plaques obtained by directional coronary atherectomy. BACKGROUND: Vulnerable plaque leading to acute coronary syndrome (ACS) has been associated with specific plaque composition, and its characterization is an important clinical focus. METHODS: Virtual histology IVUS images were performed before and after a single debulking cut using directional coronary atherectomy. Debulking region of in vivo histology image was predicted by comparing pre- and post-debulking VH images. Analysis of VH images with the corresponding tissue cross section was performed. RESULTS: Fifteen stable angina pectoris (AP) and 15 ACS patients were enrolled. The results of IVUS RF data analysis correlated well with histopathologic examination (predictive accuracy from all patients data: 87.1% for fibrous, 87.1% for fibro-fatty, 88.3% for necrotic core, and 96.5% for dense calcium regions, respectively). In addition, the frequency of necrotic core was significantly higher in the ACS group than in the stable AP group (in vitro histopathology: 22.6% vs. 12.6%, p = 0.02; in vivo virtual histology: 24.5% vs. 10.4%, p = 0.002). CONCLUSIONS: Correlation of in vivo IVUS RF data analysis with histopathology shows a high accuracy. In vivo IVUS RF data analysis is a useful modality for the classification of different types of coronary components, and may play an important role in the detection of vulnerable plaque.