Signaltransduktion in der membranständigen Sensor-Histidinkinase DcuS von Escherichia coli

Escherichia coli kann unter aeroben und anaeroben Bedingungen mit C4-Dicarboxylaten wachsen, die Regulation des Stoffwechsels erfolgt durch das Zwei-Komponenten-System DcuSR. Die C4-Dicarboxylattransporter DctA (aerob) bzw. DcuB (anaerob) agieren als Co-Regulatoren und bilden gemeinsam mit der Sensor-Histidinkinase DcuS einen Sensorkomplex, in dem DcuS den Sensor darstellt und DctA bzw. DcuB diesen in seine rezeptive Form überführen. DcuS ist membranständig und verknüpft die Bindung von C4-Dicarboxylaten im Periplasma mit der Autophosphorylierung seiner Kinasedomäne im Cytoplasma. Dies stellt den Beginn einer Signalkaskade vom extrazellulären Reiz zum cytoplasmatischen Responseregulator DcuR dar.rnIn dieser Arbeit wurde die intramolekulare Signaltransduktion in DcuS und über die Membran untersucht. Der Fokus lag auf der Funktion der beiden Transmembranhelices TM1 und TM2 und der cytoplasmatischen PAS-Domäne, die die sensorische PASp- mit der effektorischen Kinasedomäne verbinden. Konformationsänderungen dieser Signalweiterleitung wurden durch Cysteinzugänglichkeitsstudien, oxidatives Cystein-Crosslinking und Mutageneseexperimente analysiert. rnTM2 wurde als der Überträger eines transmembranen Signals identifiziert, während TM1 als Membrananker fungiert. Der aktive Signalzustand von TM2 wird unabhängig von der Art der DcuS-Aktivierung (Effektorbindung, Deletion des Co-Regulators DctA oder PASc-ON-Mutationen) eingenommen. Der Signaltransduktion liegt eine Verschiebung von TM2 entlang ihrer Längsachse (Kolbenhub) in Richtung Periplasma zu Grunde. Cystein-Crosslinking offenbarte eine durchgehende Helix aus PASp-α6 und TM2, die im Dimer parallel mit ihrem Pendant verschoben wird. Die Amplitude des Kolbenhubs wurde anhand von Zugänglichkeitsveränderungen, der Lage verankernder Tryptophanreste, Strukturvergleichen und energetischen Berechnungen auf max. 4 - 6 Å festgelegt. Sie ist von der Effektorstärke abhängig und koppelt so die metabolische Bevorzugung einzelner Substrate an das Ausmaß des Kolbenhubs und der Genexpression. Für die cytoplasmatische PAS-Domäne wurde ein Zusammenhang zwischen lokaler Dimerisierung und Kontrolle der Sensorfunktion nachgewiesen. Schwächung der Dimerisierung führt zu einer Aktivierung der Sensorkinase. Es wurde eine hydrophobe Region identifiziert, deren strukturelle Integrität für diese Dimerisierung essentiell ist. Mit N248 wurde ein funktionell bedeutender Rest beschrieben, der auf Grund seiner Lage und seiner Eigenschaft mehrere Sekundärstrukturelemente zu verknüpfen, als Scharnier innerhalb der Domäne an der Umsetzung des Kolbenhubs in eine veränderte Quartärstruktur von PASc beteiligt sein könnte.

Synthese, Charakterisierung und Testung von Phenylacrylsäure-Derivaten, Benzothiazolen und Diarylthioethern als potentielle Inhibitoren der Dengue-Virus-Typ-2-NS2B-NS3-Protease

Dengue-Fieber ist eine durch Stechmücken der Gattungen Aedes aegypti und Aedes albopticus übertragene, virale Infektionskrankheit des Menschen, welche eine zunehmende Bedrohung für die Weltbevölkerung darstellt; das Infektionsrisiko betrifft vorwiegend Menschen, die in tropischen und subtropischen Gebieten der Erde (Asien, Afrika, Amerika) leben. Bei dem Erreger handelt es sich um ein Flavivirus, bestehend aus einer positiv polarisierten Einzelstrang-RNA, welches in vier verschiedenen Serotypen existiert. Eine Infektion mit Dengue-Viren zeigt sich durch drei mögliche Krankheitsbilder: Klassisches Dengue-Fieber (DF), hämorrhagisches Dengue-Fieber (DHF) oder Dengue-Schock-Syndrom (DSS). Das Dengue-Virus-Genom codiert eine Serin-Protease mit einer klassischen katalytischen Triade, bestehend aus den Aminosäuren His51, Asp75 und Ser135. Die Funktion der Dengue-Virus-Protease besteht in der post-translationalen, proteolytischen Prozessierung des viralen Polyprotein-Vorläufers, womit sie essentiell für die Virus-Replikation ist und damit einen wichtigen therapeutischen Ansatz für die Entwicklung neuer Wirkstoffe gegen Dengue-Fieber darstellt. Die Ziele der vorliegenden Arbeit bestanden darin, neue potentielle Inhibitoren der Dengue-Virus Typ 2 NS2B-NS3 Protease (DEN-2 NS2B-NS3pro) zu synthetisieren, deren Hemmwirkung sowie den Inhibitionstyp mithilfe fluorimetrischer Enzym-Assays zu bestimmen, Struktur-Wirkungs-Beziehungen (u.a. mithilfe von Molecular Docking-Rechnungen) zu analysieren und die erhaltenen Leitstrukturen zu optimieren. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei Substanzklassen und damit zwei Teilprojekte behandelt: Phenylacrylsäureamide im ersten Teilprojekt, Benzothiazole und Diarylthioether zusammen im zweiten Teilprojekt. Im ersten Teilprojekt zeigten einige Phenylacrylsäureamide eine schwache Hemmung der DEN-2 NS2B-NS3pro zwischen ca. 50 und 61 % bei einer Inhibitorkonzentration von 50 µM sowie eine nicht-kompetitive Hemmung, welche jedoch durch vielfältige Derivatisierung kaum verändert oder verbessert werden konnte. Darüber hinaus wurden die endogenen Serin-Proteasen alpha-Chymotrypsin und Trypsin durch einige Phenylacrylsäureamide erheblich stärker gehemmt als die DEN-2 NS2B-NS3pro. Das zweite Teilprojekt befasste sich mit der Synthese und Testung von Diarylthioethern mit hydroxy-substituierten Benzothiazol-Bausteinen sowie der Testung einiger methoxy-substituierter Synthese-Vorstufen der Endverbindungen, um die Relevanz und den Einfluss der einzelnen Bausteine auf die Hemmung der DEN-2 NS2B-NS3pro zu untersuchen. Der in der vorliegenden Arbeit synthetisierte, potenteste Inhibitor der DEN-2 NS2B-NS3pro (Hemmung: 90 % [50 µM]; IC50 = 3.6 +/- 0.11 µM) und der DEN-3 NS2B-NS3pro (Hemmung: >99 % [100 µM]; IC50 = 9.1 +/- 1.02 µM), SH65, ein Diarylthioether-Benzothiazol-Derivat, entstand aufgrund der Vorhersage zweier möglicher Bindungsmodi (kompetitiv und nicht-kompetitiv) mithilfe von Molecular Docking-Experimenten an der Röntgen-Kristall-struktur der DEN-3 NS2B-NS3pro (PDB-Code: 3U1I). Nach experimenteller Bestimmung der IC50-Werte bei unterschiedlichen Substratkonzentrationen erwies sich SH65 jedoch als nicht-kompetitiver Inhibitor der DEN-2 NS2B-NS3pro. Trypsin wurde von SH65 vergleichbar stark gehemmt (96% [50 µM]; IC50 = 6.27 +/- 0.68 µM) wie die beiden getesteten Dengue-Virus-Proteasen, nicht jedoch alpha-Chymotrypsin (nur 21% Hemmung bei 50 µM), wodurch diesem Inhibitor zumindest eine relative Selektivität gegenüber Serin-Proteasen zugeschrieben werden kann. SH65 zeigte lediglich Protease-Hemmung in den Enzym-Assays, jedoch keine antivirale Aktivität bei der Testung an Dengue-Virus-infizierten Zellen, was aber wiederum bei der synthetisierten Vorstufe von SH65, welche anstelle der beiden Hydroxy-Gruppen über Methoxy-Gruppen verfügt, der Fall war. Diarylthioether mit mehrfach hydroxy-substituiertem Benzothiazol-Baustein stellen hiermit eine neue, vielversprechende Wirkstoffgruppe zur Hemmung sowohl der Dengue-Virus Typ 2- als auch der Dengue-Virus Typ 3 NS2B-NS3 Protease dar.

Funktionelle HPMA-Copolymere zur möglichen Anwendung in der Tumor-Immuntherapie

Der Fokus dieser Arbeit lag in der Synthese von funktionellen HPMA-Copolymeren, sowohl für die Darstellung definierter Polymer-Antikörper Konjugate, als auch zum effizienten Transport von p-DNA in Polymer-DNA Komplexen (Polyplexe). Nach ausführlicher physikalischer und chemischer Charakterisierung wurden gezielt ihre Wechselwirkungen mit (Immun)-Zellen untersucht und so ihr Potential für die Verwendung in der Tumor-Immuntherapie aufgezeigt.rnFür das gezielte Ansprechen von bestimmten Immunzellen mit Schlüsselfunktionen besitzen monoklonale Antikörper ein großes Potential. Im Rahmen dieser Arbeit gelang die Darstellung definierter Polymer-Antikörper Konjugate über das gezielte Einführen von Thiol-Gruppen an Antikörper und die Synthese eng verteilter, Maleinimid funktionalisierter HPMA-Copolymere. Diese sehr gut definierten, funktionellen HPMA-Copolymere konnten über die Kombination der RAFT-Polymerisation und Reaktivester Polymeren gewonnen werden. Unterschiedliche Polymerstrukturen ermöglichten die Synthese verschiedener Arten von Polymer-Antikörper Konjugaten. Speziell die Untersuchung der verschiedenen Konjugate aus dem für dendritische Zellen spezifischen aDEC-205 Antikörper an Immunzellen aus dem Knochenmark von Mäusen lieferten wertvolle Erkenntnisse über Struktur-Wirkungsbeziehungen und zeigten die Möglichkeit der gezielten Adressierung von Immunzellen mit Schlüsselfunktionen bei der Aktivierung einer (Tumor)-Immunabwehr am Beispiel von dendritischen Zellen. Gleichzeitig erlaubt der Syntheseweg sowohl die gleichzeitige und kontrollierte Einführung auch komplexerer Stimuli am Polymerrückgrat als auch die Verwendung verschiedener Antikörper.rnÜber die Kombination der RAFT-Polymerisation und polymeren Reaktivestern wurde ebenso die Synthese von neuartigen kationisch-hydrophilen Polylysin-b-poly(HPMA) Blockcopolymeren als effiziente Transporter für den komplexen aber wirkungsvollen Wirkstoff p-DNA in Form von Polymer-DNA Komplexen (Polyplexe) realisiert. Da diese Polyplexe gleichzeitig eine Abschirmung der sensitiven p-DNA über eine poly(HPMA)-Korona vermitteln, stellen sie allgemein ein geeignetes Transportmittel für einen therapeutischen Transport von p-DNA dar. Diese Polyplexe sind in der Lage, humane Nierenkarzinomzellen (HEK-293T Zelllinie) zu transfizieren ohne signifikante Zytotoxizität zu zeigen. Darüber hinaus gelang eine große Steigerung der Transfektionseffizienz, ohne eine gleichzeitige Erhöhung der Zytotoxizität, durch die gezielte Einführung von Redox-stimuliresponsiven Disulfid-Gruppen zwischen den einzelnen Blöcken. Diese Polyplexe stellen einen polymeren Vektor zur transkriptionellen Regulierung von Zellen dar, zum Beispiel für die transkriptionelle Aktivierung von dendritischen Zellen, durch die Verwendung speziell dafür modifizierter p-DNA-Konstrukte. rnDurch die Verknüpfung einer ortsspezifischen enzymatischen Kopplung und kupferfreien Cyclooctin-Azid Kupplung gelang die kontrollierte und kovalente Modifizierung von polymeren Mizellen mit aDEC-205 Antikörpern an der hydrophilen poly(HPMA)-Korona. Diese Methode bietet die Möglichkeit der Anbindung der effektiven aber anspruchsvollen Erkennungsstruktur Antikörper an komplexere Polymerstrukturen und andere nano-partikulären Systeme, zum Beispiel an die zuvor genannten Polyplexe, um eine zellspezifische und verbesserte Aufnahme und Prozessierung zu erreichen.rnDiese Studien zeigen somit, sowohl die Möglichkeit der selektiven Addressierung von Immunzellen mit Schlüsselfunktionen wie dendritischer Zellen, als auch die Möglichkeit der transkriptionellen Regulation von Zellen durch Polyplexe. Sie stellen somit einen ersten Schritt zur Herstellung funktioneller, nanopartikulärer Systeme zur Verwendung in der Tumor-Immuntherapie dar. rn

Das Aussehen Christi in der deutschen Bildkunst des 19. Jahrhunderts : Wandlungen des Christusbildes

Bei der vorliegenden Arbeit handelt es sich um ein Überblickswerk zum Christusbild, dem Aussehen Christi in der deutschen Bildkunst des 19. Jahrhunderts und dessen Wandlungen. Grundlage der Arbeit bildet eine von der Autorin zusammengetragene Materialsammlung und deren Auswertung, basierend auf der Kenntnis von Originalen sowie der Sichtung von Literatur (insbesondere von Lexika, Museums- und Ausstellungskatalogen, Werkverzeichnissen sowie maßgeblichen deutschen Kunstzeitschriften des 19. Jahrhunderts). Das hieraus resultierende systematische Bildverzeichnis umfasst 1.914 Werke in Form von Staffeleibildern, Druckgraphik, wandgebundenen Gemälden (und auch Skulpturen); davon sind 729 mit Abbildungen in der Arbeit dokumentiert. In alphabetischer Reihenfolge abgefasst, enthält das Verzeichnis zu jedem Eintrag Kurzinformationen zu Werk und Künstler, sowie Literatur- und ggf. Abbildungsnachweise. Auf dieser Basis geht die Untersuchung über den bisher relativ kleinen Kreis einschlägig bekannter Christusbilder weit hinaus und gibt erstmals einen umfassenden und für das 19. Jahrhundert repräsentativen Überblick.rnDer auf dieses Material gestützte Hauptteil befasst sich mit der eingehenden Betrachtung der „Grundtypen“ des Christusbildes, womit das Aussehen Christi (Physiognomie, Gesamtgestalt, Gewandung, Habitus und Gestik) gemeint ist. Schwerpunkte der Arbeit bilden zunächst das an der Renaissance (insbesondere an Raffael) orientierte „milde“ Christusbild des Klassizismus und die „inniglich-schöne“ Idealgestalt der Romantik (variiert auch mit altdeutschen Elementen), aus der schließlich das bis in die Gegenwart verwendete, kitschig-süßliche Devotionalienbild resultierte. Eine historisierende, ethnologische Rekonstruktion eines „jüdischen“ Jesus, erschien besonders in der „Orientmalerei“ seit den vierziger Jahren des 19. Jahrhunderts. Die Ablehnung und Abgrenzung der Orientmalerei führte zu einer „historischen Reformationsmalerei“ mit altdeutschen Elementen und auch teilweise zu einer Tendenz der „Germanisierung“ des Bildes Jesu mit genrehaften Zügen. Zum Jahrhundertende hin wurden außerdem vielfältige Versuche beobachtet, den Gottmenschen Jesus in „zeitgenössischem“ Aussehen volksnah in die Gegenwart der Gläubigen einzubinden. Im Symbolismus traten hingegen heroisierende Tendenzen auf bis hin zu einer „Entwirklichung“ der Gestalt Christi. Zusammenfassende Beobachtungen zu den häufig verwendeten und „beliebten“ Themen der Christusdarstellung im 19. Jahrhundert runden die Arbeit ab, in der eine bislang ungekannte Differenzierung und Vielfalt der Darstellungsmöglichkeiten Christi in der religiösen Kunst des 19. Jahrhunderts aufgezeigt werden konnte.

Der antijüdische Dialog Kata Iudaion des Nikolaos-Nektarios von Otranto : Editio princeps, Einführung und Kommentar

Im Zentrum der Arbeit steht die Edition einer griechischen, antijüdischen Disputation, die nach dem hier dargelegten Ansatz um das Jahr 1230 entstanden ist. Der Text wurde bislang immer dem by¬zan¬tinischen Kulturkreis zugeordnet, obwohl sein Entstehungsgebiet, d.h. das süditalienische Salento, zu diesem Zeitpunkt bereits seit etwa 170 Jahren nicht mehr zu Byzanz gehörte, sondern Teil des normannischen bzw. normannisch-staufischen Herrschaftsgebietes war. Allerdings war damals das Griechische, insbesondere im südlichen Teil des Salento, noch die Sprache der Bevölkerungsmehrheit, aus der bis zur ersten Hälfte des 13. Jahrhunderts ein blühendes, griechischsprachiges Mönchtum hervorgegangen war. Diesem gehörte der Autor des hier vorgelegten Textes an, der von 1219 und womöglich bis zu seinem Tod im Jahr 1235 Abt des Nikolaos-Klosters von Casole (bei Otranto) war. In diesem Kloster »arbeiteten« zwar Mönche sowohl aus dem lateinischen, als auch dem griechischen Hintergrund, doch wurde dort seit Gründung immer ein »Grieche« (der selbstverständlich auch die lateinische Sprache beherrschte!) zum Abt gewählt. Aufgrund der damals hervorragenden finanziellen Ausstattung des Klosters besaß man dort eine sehr große Bibliothek, auf deren Grundlage Nikolaos-Nektarios seinen Text sehr wohl erstellen konnte. Der eigentlichen kritischen Edition mit Text- und Quellenapparat geht (1) eine Einleitung voran, die u.a. den Stand der Forschung wiedergibt und in einem aus sachlichen Gründen erforderlich gewordenen Nachtrag auf einige lit. Neuerscheinungen hinweist. In Teil (2) folgen eingehende Hinweise zum Leben unseres Autors sowie zu seinem umfangreichen literarischen Werk. Beides steht auf der Grundlage der noch immer maßgeblichen Abhandlung von J. Hoeck/R. Loenertz, Nikolaos-Nektarios von Otranto, Abt von Casole. Ettal 1965. Gegenüber Hoeck und Loenertz werden einige Aspekte zu Leben und Werk des Autors nachgearbeitet bzw. genauer dargelegt, die neuere wiss. Literatur wurde dazu entsprechend ausgewertet. Teil (3) befasst sich mit dem Text als solchem und handelt von der handschriftlichen Überlieferung, dem Aufbau der gesamten Disputation (sieben einzelne Dialexeis an vier Verhandlungstagen) sowie von ihrer Datierung. Dabei wird davon ausgegangen, dass Kata Iu¬daion a priori als ein literarischer Text konzipiert wurde, auch wenn es sehr wohl einzelne theologische Kontroversen zwischen unserem Autor und jüdischen Rabbinern in Otranto (oder anderswo) gegeben haben könnte. In Teil (4) soll die Schrift daher in den Kontext des jüdischen Lebens im Salento des 13. Jahrhunderts eingeordnet werden, während in Teil (5) mögliche Bezüge zu vergleichbaren Texten aus dem Bereich der byzantinischen Literatur untersucht werden. Auf dieser Grundlage befasst sich Teil (6) mit Quellenzitaten, auf die Nikolaos-Nektarios zurückgriff, und sucht mögliche Textvorlagen, die er für Kata Iudaion benutzt haben könnte. Teil (7) mit Bemerkungen zur Textkonstitution schließt diese einführenden Hinweise ab. In sachlicher Hinsicht ergibt sich aus dem Gesagten, dass der gesamte Text einen eindeutig apokalyptischen Hintergrund besitzt. Dies ist auch aus zeithistorischer Perspektive plausibel, denn sehr große Teile des süditalienischen Mönchtums standen damals unter dem Eindruck des Joachim von Fiore, nach dessen Weltsicht im Jahr 1260 das sog. »Zeitalter Christi« ein Ende finden sollte, bevor danach das alle Menschen (und Christen!) vereinende, sog. »Zeitalter des [Heiligen] Geistes« einsetzen würde. Eine der Prämissen dafür, dass letzteres überhaupt eintreten könne, sei eine erfolgreiche Judenmission. Von daher verfassten Joachim von Fiore und seine Anhänger seit der Wende vom 12. zum 13. Jahrhundert verstärkt Schriften zum Zweck der Bekehrung von Juden. Einer dieser Texte des Joachim wurde nun von Nikolaos-Nektarios ausgewertet und auszugsweise auch aus dem lateinischen übersetzt, um als Grundgerüst für den ersten Verhandlungstag zu dienen, der etwa zwei Drittel des gesamten Textbestands von Kata Iudaion ausmacht. Selbstverständlich finden sich auch Bezüge zur byzantinischen antijüdischen Literatur. Doch handelt es sich dabei zumeist nicht um Zitate, sondern um motivische Anklänge, wie sie auch im Bereich der lateinischen Literatur des Mittelalters begegnen (Gerhoch v. Reichersberg, Pedro Alphonsi u.a.m.) können. Neu gegenüber dem bisherigen Stand der Forschung ist jedoch für unseren Text der Hinweis auf seinen eindeutig apokalyptischen Bezug. Dabei ist Kata Iudaion wohl weniger dem übergeordneten Kontext der byzantinischen Literatur zuzuordnen, sondern darf als einer der wenigen erhalten, griechischen Texte des lateinischen Mittelalters angesehen werden.

Polymer nanoparticles : their functionalization for biomedical applications and dynamics near an electrode

In this work, a method for the functionalization of biocompatible, poly(lactic acid)-based nanoparticles with charged moieties or fluorescent labels is presented. Therefore, a miniemulsion solvent evaporation procedure is used in which prepolymerized poly(L-lactic acid) is used together with a previously synthesized copolymer of methacrylic acid or a polymerizable dye, respectively, and an oligo(lactic acid) macromonomer. Alternatively, the copolymerization has been carried out in one step with the miniemulsion solvent evaporation. The increased stability in salty solutions of the carboxyl-modified nanoparticles compared to nanoparticles consisting of poly(lactic acid) only has been shown in light scattering experiments. The properties of the nanoparticles that were prepared with the separately synthesized copolymer were almost identical to those in which the copolymerization and particle fabrication were carried out simultaneously. During the characterization of the fluorescently labeled nanoparticles, the focus was on the stable bonding between the fluorescent dye and the rest of the polymer chain to ensure that none of it is released from the particles, even after longer storage time or during lengthy experiments. In a fluorescence correlation spectroscopy experiment, it could be shown that even after two weeks, no dye has been released into the solvent. Besides biomedical research for which the above described, functionalized nanoparticles were optimized, nanoparticles also play a role in coating technology. One possibility to fabricate coatings is the electrophoretic deposition of particles. In this process, the mobility of nanoparticles near electrode interfaces plays a crucial role. In this thesis, the nanoparticle mobility has been investigated with resonance enhanced dynamic light scattering (REDLS). A new setup has been developed in which the evanescent electromagnetic eld of a surface plasmon that propagates along the gold-sample interface has been used as incident beam for the dynamic light scattering experiment. The gold layer that is necessary for the excitation of the plasmon doubles as an electrode. Due to the penetration depth of the surface plasmon into the sample layer that is limited to ca. 200 nm, insights on the voltage- and frequency dependent mobility of the nanoparticles near the electrode could be gained. Additionally, simultaneous measurements at four different scattering angles can be carried out with this setup, therefore the investigation of samples undergoing changes is feasible. The results were discussed in context with the mechanisms of electrophoretic deposition.

Forschungsräume und Themen der Berner Geographie

The Department of Geography at the University of Bern is currently active in over 40 countries, with a focus on Switzerland, Europe, East Africa including the Horn, the Andes, and Central Asia and South East Asia. These regional or national programmes are complemented by a number of global networks with a focus on climate change and sustainable resource use including mountain development. Overall, the Department is engaged in 74 projects, all based on close collaboration with local and regional partners in the countries where the programmes work.