LPS-induced modifications in spontaneous network activity causes neuronal apoptosis in neonatal cerebral cortex

During the perinatal period the developing brain is most vulnerable to inflammation. Prenatal infection or exposure to inflammatory factors can have a profound impact on fetal neurodevelopment with long-term neurological deficits, such as cognitive impairment, learning deficits, perinatal brain damage and cerebral palsy. Inflammation in the brain is characterized by activation of resident immune cells, especially microglia and astrocytes whose activation is associated with a variety of neurodegenerative disorders like Alzheimer´s disease and Multiple sclerosis. These cell types express, release and respond to pro-inflammatory mediators such as cytokines, which are critically involved in the immune response to infection. It has been demonstrated recently that cytokines also directly influence neuronal function. Glial cells are capable of releaseing the pro-inflammatory cytokines MIP-2, which is involved in cell death, and tumor necrosis factor alpha (TNFalpha), which enhances excitatory synaptic function by increasing the surface expression of AMPA receptors. Thus constitutively released TNFalpha homeostatically regulates the balance between neuronal excitation and inhibition in an activity-dependent manner. Since TNFalpha is also involved in neuronal cell death, the interplay between neuronal activity MIP-2 and TNFalpha may control the process of cell death and cell survival in developing neuronal networks. An increasing body of evidence suggests that neuronal activity is important in the regulation of neuronal survival during early development, e.g. programmed cell death (apoptosis) is augmented when neuronal activity is blocked. In our study we were interested on the impact of inflammation on neuronal activity and cell survival during early cortical development. To address this question, we investigated the impact of inflammation on neuronal activity and cell survival during early cortical development in vivo and in vitro. Inflammation was experimentally induced by application of the endotoxin lipopolysaccharide (LPS), which initiates a rapid and well-characterized immune response. I studied the consequences of inflammation on spontaneous neuronal network activity and cell death by combining electrophysiological recordings with multi-electrode arrays and quantitative analyses of apoptosis. In addition, I used a cytokine array and antibodies directed against specific cytokines allowing the identification of the pro-inflammatory factors, which are critically involved in these processes. In this study I demonstrated a direct link between inflammation-induced modifications in neuronal network activity and the control of cell survival in a developing neuronal network for the first time. Our in vivo and in vitro recordings showed a fast LPS-induced reduction in occurrence of spontaneous oscillatory activity. It is indicated that LPS-induced inflammation causes fast release of proinflammatory factors which modify neuronal network activity. My experiments with specific antibodies demonstrate that TNFalpha and to a lesser extent MIP-2 seem to be the key mediators causing activity-dependent neuronal cell death in developing brain. These data may be of important clinical relevance, since spontaneous synchronized activity is also a hallmark of the developing human brain and inflammation-induced alterations in this early network activity may have a critical impact on the survival of immature neurons.

Genetische Kartierung und QTL-Analyse agronomischer Eigenschaften der Weinrebe unter besonderer Berücksichtigung der Pilzresistenz

153 Nachkommen einer Kreuzung aus der pilzresistenten Rebsorte ‘Regent‘ und ‘Lemberger‘ als klassischer pilzsensitiver Sorte zeigen quantitative Merkmalsvariation bezüglich der Resistenz gegen Plasmopara viticola und Uncinula necator sowie für weitere Eigenschaften, die z.B. das Eintreten der Beerenreife betreffen. Auf dem Weg über die genetische Kartierung mit molekularen Markern und der Lokalisierung von QTL-Effekten konnten Hinweise auf weinbaulich relevante Genomregionen gewonnen werden; dies liefert z.B. die Basis für markergestützte Selektion bei Zuchtvorhaben mit dem Resistenzträger ‘Regent’ (vgl. auch FISCHER et al., 2004). Ein Major-QTL für die Resistenz gegen den Echten Mehltau Uncinula necator sowie zwei Major QTL für die Resistenz gegen den Erreger des Falschen Mehltau, Plasmopara viticola, traten mit hoher Signifikanz auf drei verschiedenen Kopplungsgruppen von ‘Regent‘ auf. Auch Regionen mit Relevanz für das Eintreten der Beerenreife wurden beschrieben. Über die Isolierung, Sequenzierung und anschließende Analyse einzelner Markerfragmente mit Methoden der Bioinformatik ist es gelungen, ein putatives T10P12.4-Ortholog der Weinrebe (ein thioredoxinähnliches Protein) in enger Kopplung zu einem Major-QTL-Maximum für Plasmopara viticola-Resistenz zu identifizieren, das als Kandidat für die Beteiligung an der Pathogenantwort in Frage kommt. Es konnte exemplarisch gezeigt werden, dass die eingesetzten Methoden der Kartierung und QTL-Analyse unter Verwendung PCR-basierter Markertypen wie SSR und AFLP und einer beschleunigten Analyse über computergestützte Kapillargelelektrophorese in vertretbarem Zeitrahmen bis zur Isolation potentieller Schlüsselgene führen können. Die grundsätzliche Eignung der QTL-Analyse als effizientes Werkzeug gezielter Züchtungsplanung für den Weinbau bestätigte sich. Ihre Anwendung im Rahmen der vorliegenden Dissertation hat die Basis für die Nutzung von QTL-Information bei dem Vergleich etablierter und der Entwicklung neuer Sorten gelegt und zum Verständnis von Prozessen beigetragen, die den betrachteten Eigenschaften wie der Pilzresistenz möglicherweise zu Grunde liegen. Ein großer Teil der gewonnenen Daten bringt auch die Untersuchungen anderer Kultivare voran und ist intervarietal übertragbar. Darüber hinaus haben sich Chancen für vergleichende Studien zwischen der Weinrebe einerseits und der Modellpflanze Arabidopsis thaliana sowie weiteren Kulturpflanzen andererseits abgezeichnet. Die Hinweise auf die zentrale Rolle und universelle Natur des Redox-Signalling haben interessante Perspektiven zum Verständnis organismenübergreifender physiologischer Zusammenhänge eröffnet. Dies betrifft z.B. auch die Reaktion auf Verwundung oder die Pathogenantwort.

Untersuchungen zur Genexpression in Wurzeln der reblausresistenten Unterlagsrebsorte ’Börner’

Die reblausresistente Unterlagsrebsorte ’Börner’ reagiert auf einen Reblausbefall mit einer Hypersensitivitätsreaktion (HR), die sich in Form von Nekrosen an Blättern und Wurzeln zeigt. Im Rahmen dieser Dissertation wurde der Resistenzmechanismus mittels differenzieller Genexpressionsanalysen untersucht. Unter Anwendung der suppressiven subtraktiven Hybridisierung, der DNA-Microarraytechnik sowie der GeneFishingTM-Methode erfolgte ein Vergleich zwischen der Genexpression in hypersensitivem Wurzelgewebe und Normalgewebe der Unterlagsrebe ’Börner’. Neben der Reblaus induzierten HR wurde insbesondere auf die experimentelle Induktion durch das Pflanzenhormon Indol-3-Essigsäure (IES) zurückgegriffen. Damit sollten Kenntnisse über die Rolle der IES als auslösender Faktor der Resistenzreaktion gewonnen werden. Die Ergebnisse bestätigen die Annahme, dass die IES Pathogenabwehrreaktionen in ’Börner’ induziert. So konnten Hinweise auf die transkriptionelle Aktivierung Resistenz und HR assoziierter Proteine gefunden werden, wie z.B. Phytoalexine und pathogen-related (PR)-Proteine sowie Vertreter aus der hypersensitive-induced response-Familie. Es konnten weiterhin wertvolle Informationen im Hinblick auf die Transduktion des IES-Signals im Zusammenhang mit der Aktivierung von Resistenzreaktionen gewonnen werden. So wurden Hinweise auf die Beteiligung der Signalsubstanzen Ethylen, Salicylsäure, Jasmonsäure, Calcium sowie reaktiver Sauerstoffspezies gefunden. Es konnten zudem Anhaltspunkte für die Aktivierung des Auxin induzierten Ubiquitin/26S-Proteolyseweges und weiterer Signalkomponenten, wie z.B. Kinasen und Transkriptionsfaktoren, ermittelt werden. Auch auf die Beteiligung von Auxinrezeptoren konnte aufgrund der Resultate geschlossen werden. Damit war es im Rahmen der Dissertation möglich, potenzielle Signaltransduktionswege zu erarbeiten, die für weiterführende Untersuchungen des Reblausresistenzmechanismus von entscheidender Bedeutung sind.

Entwicklung eines pharmakologischen Modells zur Prüfung immuntherapeutischer Antikörper mit dreidimensionalen Tumorzellkulturen in vitro

In den letzten Jahren hat die Tumorbehandlung mit immunologischen Präparaten an Bedeutung gewonnen. Der allgemeine Ablauf der Testung eines Arzneimittelkandidaten sieht vor, zunächst in Zellkulturversuchen und Tierversuchen Wirkweise und Sicherheit, sowie voraussichtliche Abbauwege und mögliche Gefahren so beurteilen zu können, dass sie für einen Einsatz im Menschen in Frage kommen. Zur präklinischen in vitro-Testung werden dabei in der Regel Monolayer-Zellkulturen oder Einzelzellsuspensionen eingesetzt. Der Einsatz von 3D-Zellkulturmodellen, welche den Aufbau von Mikrometastasen oder intervaskuläre Areale in Tumoren exakter widerspiegeln, führt zu wesentlich besseren Voraussagen bezüglich der klinischen Wirksamkeit neuer Präparate. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung und Anwendung eines neuen 3D-Zellkulturbasierten Systems zur Testung trifunktionaler bispezifischer Antikörper für die Tumorbehandlung, welches sich auch auf andere vergleichbare Präparate übertragen lässt.rnIn meiner Arbeit konnte ich mehrere humane Tumorzelllinien definieren, mit denen es gelang, stabile Co-Kulturen von Multi Cellular Tumour Spheroids (MCTS) mit Peripheral Blood Mononuclear Cells (PBMC) in miniaturisierten Spinner-Flaschen zu etablieren. Spinner-Flaschen, in denen die im Kulturmedium befindlichen Immunzellen, MCTS und Therapeutika ständig frei zirkulieren, sind besonders für eine wirklichkeitsnahe Nachbildung der in vivo-Simulation mit disseminierten Tumorzellen oder mit malignem Aszites geeignet. Diese Art der Kultivierung erlaubte Beobachtungszeiten von ≥20 Tagen für eine große Bandbreite Analysemethoden. Zu den mit dem erstellten Protokoll standardmäßig durchführbaren Analysemethoden zählen unter anderem immunhistochemische Färbungen an Sphäroid-Gefrierschnitten, Vitalitätstest, Untersuchung der Plattierungs-Effizienz, Bestimmung der Sphäroidvolumina, Zytokinbestimmungen aus dem Medienüberstand mit Cytokine Bead Arrays, PCR-Analysen immunzellspezifischer Antigene, sowie durchflusszytometrische Analysen. Diese Methodenkombination erlaubt einen sehr detaillierten Einblick in die Wirkweise und Effizienz neuer Immuntherapeutika aus verschiedensten Blickwinkeln und stellt ein reproduzierbares Testsystem zur präklinischen Testung von Immuntherapeutika dar, das zukünftig als Bindeglied zwischen Monolayer-Zellkulturen und klinischen Prüfungen einen festen Platz einnehmen könnte.rnMit dem beschriebenen 3D-Zellkultur-System wurden in der vorliegenden Arbeit die trifunktionalen bispezifischen Antikörper catumaxomab (unter dem Handelsnamen Removab® für die Behandlung maligner Ascites zugelassen) und ertumaxomab (derzeit in klinischen Prüfungen) hinsichtlich ihrer Wirkweise untersucht. Die Antikörper besitzen im Gegensatz zu herkömmlichen monoklonalen Antikörpern zwei verschiedene Bindungsarme, einer gegen CD3 auf T-Zellen, der zweite gegen EpCAM respektive Her2/neu - beides weit verbreitete Tumorantigene - gerichtet. An ihrem Fc-Teil besitzen sie eine dritte Bindungskapazität, über welche sie an Fcγ RI, -IIa und -III positive akzessorische Zellen binden. Diese Kombination ermöglicht theoretisch die Ausbildung eines Tri-Zell-Komplexes aus T-Zelle, Tumorzelle und akzessorischer Zelle. Dies stellt eine wirkungsvolle Therapieoption unter Ausnutzung der körpereigenen, immunologischen Abwehr dar. rnIm Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass beide Antikörper eine Größenreduktion der Sphäroide mit den entsprechenden Tumorantigenen in gleichem Maße bewirkten und die Plattierungseffizienz durch ertumaxomab dosisabhängig reduziert wurde. Mit dem erstellten Testsystem konnte der Wirkmechanismus von catumaxomab auf Sphäroide der Zelllinie FaDu (Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinom) detaillierter gezeigt werden: catumaxomab wirkte dosisabhängig auf die Reduktion der Sphäroidvolumina und die zunehmende Infiltration von CD45+ Zellen, die als T-, NK- und/oder dendritische Zellen identifiziert wurden. Des Weiteren rief die catumaxomab-Gabe eine verstärkte Ausschüttung der Zytokine IL-2, IFN-γ und TNF-α hervor. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass catumaxomab die zelluläre Immunantwort aktiviert.rnDie Standard-Tumorbehandlung beinhaltet die Gabe von Chemotherapeutika. Oft werden dafür Zytostatika mit dem unerwünschten Nebeneffekt auch gesunde proliferierende Zellen anzugreifen verwendet. Dies kann prinzipiell auch die Wirksamkeit der Antikörper-Therapie beeinflussen. Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit zusätzlich vergleichende Kombinations-Versuche mit catumaxomab und einem gängigen Zytostatikum - Cisplatin - durchgeführt. Mit Untersuchungen der Sphäroidvolumina, Vitalitätstests und Plattierungseffizienz konnte gezeigt werden, dass die Wirkung von catumaxomab bei gleichzeitiger Anwendung beider Therapeutika aufrecht erhalten bleibt und diese sogar additiv verstärkt wird. Eine Kombinationstherapie im Menschen ist daher denkbar.rnrn

Entwicklung eines selektierenden Aalschleppnetzes

In eel catches with special small-mesh trawls the proportion of by-catch is unjustifiably high. From 2003 to 2005 eel trawls with various types of separation panels were designed, constructed, and tested under real fishing conditions. Tests were carried out using cover cod-ends and an underwater TV equipment. It was possible to reduce the amount of by-catch to one tenth of its usual amount. However, a decline of the catch efficiency for the target species eel could not be avoided.

Entwicklung einer einfachen und schnellen Analysenmethode für Kohlenmonoxid in Fisch und Durchführung orientierender Untersuchungen

Treatment with gases containing CO, misleadingly called “tasteless smoke” or “clear smoke”, prior to freezing of fish like tuna, tilapia and swordfish (to name only a few of these species that are characterised by an intensive coloration of flesh) stabilise the fresh red colour of muscle also after thawing and suggest consumers non-existing freshness. In the European Union, carbon monoxide is excluded from being a permitted additive and therefore this handling is not allowed. Notwithstanding of the clear legal position, producers and traders are trying to establish CO treated fish on the market. In the case of taking legal measures the food control laboratories have to provide evidence that fish has been treated by CO and therefore a respective method is necessary. The method of determination of carbon monoxide in fish flesh presently applied requires considerable material and mechanistic effort to detect CO by GC after catalytic transformation into methane. The aim of our work was a direct detection of CO using suitable sensor technology. Mechanistic requirements and results of preliminary investigations to detect carbon monoxide in fish flesh will be described.

Entwicklung einer einfachen und schnellen Analysenmethode für Kohlenmonoxid in Fisch – Teil 2: Methodenoptimierung

After having described in our first paper (Haase et al. 2005) the main features of an easy and fast method for determination of carbon monoxide in fish and the equipment and chemicals necessary as well as first results measured on fish samples, this part deals with the influence of sample preparation, variation of the size of samples, type of solvent, duration of extraction and further conditions on the result of analyses. Both variants of the method are evaluated with regard to measuring expected errors. The single components of the equipment, including prises, are listed to allow a reliable assessment of costs. Additional instrumental colour and DSC measurements on both untreated and CO-treated tuna illustrate the effects.

Zustand und Entwicklung ausgewählter Fischbestände Einschätzung und Empfehlungen des ICES im Jahr 2004

The state of North Atlantic, Baltic Sea and North Sea commercially exploited fish stocks are assessed annually by the International Council for the Exploration of the Sea (ICES). Estimates of the stock size (biomass), recruitment, landings, current exploitation rates and of future harvesting possibilities are provided for those stocks where sufficient information is available to conduct a full analytical assessment. For all other stocks, only landings and stock trends can be given. This paper presents the development of north-east Atlantic fish stocks which are of general or specific interest for the German fishery and fish industry. Generally, it may be concluded that most pelagic fish stocks, such as herring, sprat, mackerel, and blue whiting, are in good condition, while the majority of the demersal stocks, like cod, plaice or whiting are in critical state. There are, however, a number of remarkable exceptions to this pattern.

Zustand und Entwicklung ausgewählter Fischbestände: Einschätzung des ICES im Frühjahr 2003

During the spring session of the ICES Advisory Committee for Fisheries Management (ACFM) 48 stocks assessed by 7 Working Groups have been analyzed and reviewed, among these all herring stocks in the ICES area, blue whiting and most demersal stocks in the Baltic, Arctic and North-Western area. As in previous years, ICES recommends a reduction in fishing mortality for a number of stocks or even the establishment of recovery and management plans, to safeguard a continuous development of the stocks towards safe biological limits. ICES recommended a 90% reduction of the cod fishery in the Baltic Sea, while most of the herring stocks are in good condition.

Zustand und Entwicklung ausgewählter Fischbestände: Einschätzung des ICES im Herbst 2003

During the autumn session of the ICES Advisory Committee for Fisheries Management (ACFM) 58 stocks assessed in 7 Working Groups have been analyzed and reviewed, among these the demersal stocks in the North Sea and the Mackerel stock. As in previous years, ICES recommends a reduction in fishing mortality for a number of stocks or even the establishment of recovery and management plans, to safeguard a continuous development of the stocks towards safe biological limits. ICES reiterated last year’s recommendation to close the directed cod fishery and any fishery taking cod as by-catch in the North Sea, west of Scotland and in the Irish Sea. This year, the stocks of plaice in the North Sea, southern hake and southern anglers are (among others) in a critical state and in urgent need of protecting or rebuilding measures. This will again have an enormous impact on almost all mixed fisheries in the European Union.

Lage und Entwicklung ausgewählter Fischbestände: Einschätzung des ICES im Juni 2002

During the spring session of the ICES Advisory Committee for Fisheries Management (ACFM) the stocks of the Northern Pelagic and Blue Whiting, North Western, Baltic, Arctic and Deep Sea Working Groups have been analysed and assessed, as well as the Nephrops stocks. As in previous years ICES recommends a reduction in fishing mortality for a number of stocks. Moreover, ICES recommends for many stocks to establish recovery and management plans, to safeguard a continuous development of the stocks towards safe biological limits. Detailed recovery plans were proposed for cod and hake in the North Sea.

Zustand und Entwicklung ausgewählter Fischbestände - Einschätzung des ICES im Herbst 2002

During the autumn session of the ICES Advisory Committee for Fisheries Management (ACFM) 58 stocks assessed in six Working Groups have been analysed and reviewed, among these the demersal stocks in the North Sea and the Mackerel stock in the North East Atlantic. As in previous years, ICES recommends a reduction in fishing mortality for a number of stocks or even the establishment of recovery and management plans, to safeguard a continuous development of the stocks towards safe biological limits. ICES recommended the closure of the directed cod fishery and any fishery taking cod as by-catch in the North Sea, west of Scotland and in the Irish Sea. This will have a significant impact on the mixed round fish fisheries targeting haddock and whiting.

Entwicklung und Lage ausgewählter Fischbestände - Einschätzung des Internationalen Rates für Meeresforschung Ende 2000

During the autumn session of the ICES Advisory Committee for Fisheries Management (ACFM) the stock of the Arctic, Northern and Southern Shelf, North Sea and Skagerrak have been analysed and assessed, as well as the mackerel and horse mackerel, sardine, anchovy and Pandalus, eel and harp and hooded seals. For a number of stocks ICES recommends a reduction in fishing mortality. Moreover, ICES recommends for many stocks to establish recovery and management plans, to safe guarda continuous development of the stocks towards safe biological limits.

Lage und Entwicklung ausgewählter Fischbestände. Einschätzung des ICES im Oktober 2001

During the autumn session of the ICES Advisory Committee for Fisheries Management (ACFM) the stock of the Northern and Southern Shelfs, North Sea and Skagerrak have been analysed and assessed, as well as the mackerel and horse mackerel, sardine, anchovy, Pandalus and Eel. As in previous years ICES recommends a reduction in fishing mortality for a number of stocks. Moreover, ICES recommends for many stocks to establish recovery and management plans, to safeguard a continuous development of the stocks towards safe biological limits.

Fischbestände der Ostsee, ihre Entwicklung seit 1970 und Schlussfolgerungen für ihre fischereiliche Nutzung - Teil 2: Hering

The herring of the Baltic Sea shows a complicated population structure. Comparable to herring in other areas it can also be discriminated as spring and autumn spawning herring. Autumn spawning herring has been nearly vanished since the late 1960’s. Baltic Sea spring spawning herring show a broad variety as far as morphometric and other biological characteristics are concerned. It seems not very likely that all those differences are genetically based. The spawning sites of populations are, however, often clearly separated and such groups of herring are in most cases characterized by distinct differences in individual growth. Therefore for assessment purposes it is necessary to distinguish between as small as possible units in order to not endanger smaller populations to become extinct by overexploitation. On the other hand migrations and mixing of herring of different origin especially during the summer feeding period result in extreme difficulties of the discrimination of small units. For this reason only three herring assess ment units have been identified for the central and the northern Baltic Sea: herring in Sub-divisions 25–32+32, herring in Sub-division 30 and herring in Sub-division31. The spring spawning herring of the western Baltic Sea has been combined with spring spawning herring in Division IIIa. Only the herring stock in Sub-division 30 shows a positive development in the past. The largest assessment unit in Sub-divisions 25–29+32 decreased continuously during the whole period 1974–1998. The western Baltic Spring spawning herring stock decreased from 1990 to 1996. There is an ongoing debate on scientific level whether the combination of small populations into large assessment units like the one in S-D’s 25–29&32 might include the danger of the extinction of small compartments of the unit. On the other hand the practice by the International Baltic Sea Fishery Commission of managing the Baltic Sea herring fisheries by dividing a yearly Total Allowable Catch for the whole area among fishery zones without taking care of any biological structure and any individual stock development is totally against the idea of sustainability of fisheries.