Probing strongly correlated states of ultracold atoms in optical lattices

This thesis describes experiments which investigate ultracold atom ensembles in an optical lattice. Such quantum gases are powerful models for solid state physics. Several novel methods are demonstrated that probe the special properties of strongly correlated states in lattice potentials. Of these, quantum noise spectroscopy reveals spatial correlations in such states, which are hidden when using the usual methods of probing atomic gases. Another spectroscopic technique makes it possible to demonstrate the existence of a shell structure of regions with constant densities. Such coexisting phases separated by sharp boundaries had been theoretically predicted for the Mott insulating state. The tunneling processes in the optical lattice in the strongly correlated regime are probed by preparing the ensemble in an optical superlattice potential. This allows the time-resolved observation of the tunneling dynamics, and makes it possible to directly identify correlated tunneling processes.In dieser Arbeit werden Experimente vorgestellt, in denen die Eigenschaften eines ultrakalten atomaren Gases in einem optischen Gitterpotential untersucht werden. Solche Quantengase sind sehr vielseitige Modellsysteme für Phänomene der Festkörperphysik. Um die besonderen Eigenschaften stark korrelierter Zustände in optischen Gittern zu untersuchen, werden neuartige Methoden realisiert, die in dieser Form erstmalig zum Einsatz kommen. So erlaubt es die Spektroskopie des Quantenrauschens in atomaren Ensembles erstmals, die Korrelationen in der räumlichen Dichte eines solchen Zustands sichtbar zu machen. Mittels einer anderen spektroskopischen Technik gelingt es ausserdem, die Existenz getrennter Phasen konstanter Dichte, die sogenannte Schalenstruktur des Mott Isolators, direkt nachzuweisen. Die komplexe Dynamik von Tunnelprozessen im optischen Gitter im stark korrelierten Regime wird durch Einsatz eines optischen Übergitters untersucht. Dadurch ist es möglich, die Tunneldynamik zeitaufgelöst zu erfassen und korrelierte Tunnelprozesse direkt zu beobachten

Zelluläre Kontrolle adulter Neurogenese - Expression und Funktion des VEGF-Rezeptor-1 (Flt-1) im adulten Säugerhirn

Neurale Stammzellen sind im adulten Säugerhirn in der Subventrikulären Zone (SVZ) der Lateralventrikel und dem Hippokampus lokalisiert. In der SVZ entstandene neurale Zellen migrieren entlang eines von Astrozyten umgebenen Pfades, dem Rostralmigratorischen Strom (RMS), zum Olfaktorischen Bulbus (OB), wo sie zu olfaktorischen Interneuronen differenzieren. Vaskuläre Wachstumsfaktoren, wie VEGF-A beeinflussen die adulte Neurogenese. Die vorliegende Arbeit beschreibt erstmalig detailliert die spezifische Expression des VEGF-Rezeptor-1 (VEGFR-1) in den Regionen olfaktorischer und hippokampaler Neurogenese des adulten ZNS. Die Ergebnisse zeigen, dass VEGFR-1 im adulten Hirn hauptsächlich in GFAP-positiven Zellen in der SVZ, dem RMS, dem OB, dem Corpus callosum und dem Hippokampus exprimiert ist. In vivo-Analysen transgener Mäuse (Flt-1TK-/-), denen die Signaltransduktionsdomäne des VEGFR-1 fehlt, demonstrieren hier erstmals eine Rolle des VEGFR-1 in adulter Neurogenese. Flt-1TK-/- weisen eine erhöhte Proliferation neuronaler Vorläuferzellen der SVZ auf. Im RMS ist jedoch 6 Tage nach BrdU-Administration die Anzahl markierter Zellen im Vergleich zum Wildtyp (wt) um 47,97% reduziert, ohne dass es zu einer Akkumulation in der SVZ kommt. Zusammen mit der in Kulturversuchen stark erhöhten Migrationsgeschwindigkeit von Neuroblasten der Flt-1TK-/- und einer verminderten Abwanderung von Zellen aus dem RMS ins Corpus callosum der Flt-1Tk-/-, weist dies auf eine gesteigerte Migration zum OB hin. Tatsächlich war der OB der Flt-1TK-/-, vor allem die Plexiform- und Periglomerulärzellschicht (PGL), signifikant vergrößert. Im OB der transgenen Tiere migrieren zudem signifikant mehr BrdU-markierte Zellen in die PGL. Dort differenzieren signifikant mehr Neurone als im wt. Subtypisierungen zeigen, zudem eine erhöhte Differenzierung in dopaminerge Interneurone in der PGL der Flt-1TK-/-. Im Gehirn Flt-1TK-/- war die Konzentration von VEGF-A erhöht. Intrazerebroventrikuläre Infusion von VEGF-A in wt-Tiere erbrachte den eindeutigen Nachweis, dass die Erhöhung der VEGF-A- Konzentration im Gehirn der Flt-1TK-/- ursächlich für die in diesen Tieren beobachtete Reduktion der BrdU-positiven Zellen im RMS ist. Dies ist gleichzeitig der erste Nachweis einer Wirkung von VEGF-A auf Neuroblasten im RMS in vivo unter physiologischen Bedingungen. Die erhöhte VEGF-A-Konzentration könnte auch den anderen hier dargelegten Effekten zugrunde liegen. VEGFR-1 ist somit ein regulatorischer Faktor für die adulte olfaktorische Neurogenese und spielt eine potentielle Rolle in der Differenzierung dopaminerger Interneurone.Neural stem cells in the adult mammalian brain mainly reside in the subventricular zone (SVZ) of the lateral ventricles and in the hippocampus. SVZ-derived neural cells migrate through a glial tunnel of the rostral migratory stream (RMS) towards the olfactory bulb (OB), where they differentiate into olfactory interneurons. Vascular growth factors like VEGF-A have been shown to influence adult neurogenesis. This thesis describes for the first time a detailed expression pattern of VEGF receptor-1 (VEGFR-1) in regions of olfactory and hippocampal neurogenesis of the adult CNS. In the adult brain VEGFR-1 is predominantly expressed by GFAP-positive cells of the SVZ, the RMS, the OB, the Corpus callosum (CC) and the hippocampus. In vivo-analysis of transgenic mice (Flt-1TK-/-), lacking the signal transduction domain of VEGFR-1, revealed a role for VEGFR-1 in adult neurogenesis. Flt-1TK-/- show enhanced proliferation of neuronal progenitor cells in the SVZ. In the RMS Flt-1TK-/- display a vast decrease (47,97%) of neuronal progenitor cells in Flt-1Tk-/- 6 days after BrdU application compared to control mice. However, no accumulation of BrdU-positive cells in the SVZ of Flt-1TK-/- was observed. In addition neural cells from Flt-1TK-/- in explant cultures display a significantly increased migration speed compared to controls. These date together with the decrease of BrdU-positive cells leaving the RMS towards the CC, implicate enhanced migration towards the OB of Flt-1TK-/-. Indeed in the plexiform (PL) and periglomerular cell layers (PGL) of the OB of Flt-1TK-/- contained significantly more BrdU-labelled cells. In addition in the PGL of the transgenic mice significantly more BrdU-labelled cells differentiated into neurons than in controls. Additionally, the differentiation into the dopaminergic interneuron subtype was increased in these mice. In the brain of Flt-1TK-/- VEGF-A protein level was higher, which lead to the hypothesis that VEGF-A is the major factor inducing the migration phenotype of VEGFR-1 signalling-deficient mice. Intracerebroventricular infusion of VEGF-A displayed clearly that the increased VEGF-A levels are sufficient to induce the reduction in BrdU-positive neuronal progenitor cells in the RMS in control animals. This is also the first in vivo demonstration that VEGF-A influences neuroblasts migration in the RMS under physiological conditions. The higher VEGF-A levels could also account for the enhanced proliferation and neuronal differentiation. VEGFR-1 is thereby a regulatory factor for adult olfactory bulb neurogenesis with a potential role in the differentiation of dopaminergic olfactory interneurons

Funktionsanalyse von Gamma2-Adaptin: ein zellulärer Adaptor der Hepatitis-B-Virus-Morphogenese

Im Replikationszyklus umhüllter Viren entstehen neue Viruspartikel durch die Knospung an Membranen der Wirtszelle. An diesem Prozess sind verschiedene zelluläre Faktoren und Mechanismen beteiligt, speziell die ESCRT-Proteinkomplexe, welche die Vesikelbildung an den MVBs steuern. Auch bei HBV ist davon auszugehen, dass Komponenten der Wirtszelle an der Umhüllung und Freisetzung der Virionen beteiligt sind, allerdings sind diese noch weitgehend unbekannt. Ziel dieser Arbeit war es daher, die zellulären Faktoren genauer zu charakterisieren und ihre Funktion bei der Virusumhüllung aufzuklären. Den Ausgangspunkt für die hier durchgeführten Untersuchungen bildeten vorangegangene Arbeiten, in denen die spezifische Interaktion des L-Hüllproteins von HBV mit g2-Adaptin nachgewiesen werden konnte. Diese ist für die Morphogenese von HBV essentiell, allerdings ist die zelluläre ebenso wie die virusspezifische Funktion von g2-Adaptin bislang unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit sollte daher untersucht werden, wo und wie g2-Adaptin in der Zelle funktionell ist, um daraus Rückschlüsse auf die Vorgänge bei der Morphogenese von HBV ziehen zu können. Die Grundlage für die Charakterisierung von g2-Adaptin bildete seine Ähnlichkeit zu zellulären Clathrin-Adaptorproteinen. So konnte hier gezeigt werden, dass auch g2-Adaptin ein Clathrin-Bindungsmotiv besitzt, welches eine Interaktion mit Clathrin ermöglicht. Außerdem konnte ein Ubiquitin-Interaktions-Motiv (UIM) identifiziert werden, das die Bindung an ubiquitinierte Proteine vermittelt. Diese Beobachtung deutet darauf hin, dass g2-Adaptin zu einer Gruppe monomerer Adaptorproteine zählen könnte, welche als Ubiquitin-Rezeptoren in der Zelle funktionell sind. Die folgenden Analysen zeigten eine weitere Gemeinsamkeit, da auch g2-Adaptin selbst durch Ubiquitin modifiziert wird, wobei die Ubiquitinierung von einem intakten UIM abhängt. Dieser als Coupled Monoubiquitination bezeichnete Prozess wird hierbei durch die Ubiquitin-Ligase Nedd4 vermittelt, die direkt mit g2-Adaptin interagiert. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass die C2-Domäne von Nedd4 ebenfalls mit Ubiquitin modifiziert ist, wodurch der Kontakt zum UIM von g2-Adaptin erfolgt. Die meisten der bislang bekannten Ubiquitin-bindenden Adaptorproteine, spielen bei der Vesikelentstehung an verschiedenen zellulären Membranen eine Rolle, wo sie an der Sortierung der vorwiegend ubiquitinierten Membranproteine beteiligt sind und zelluläre Komponenten rekrutieren, welche die Vesikelabschnürung vermitteln. Die Adaptorproteine sind dabei meist mit der jeweiligen Membran assoziiert, was auch für g2-Adaptin nachgewiesen werden konnte. Diese Membranbindung wird durch den N-terminalen Proteinbereich von g2-Adaptin vermittelt und erfolgt unabhängig von den Ubiquitin-bindenden Eigenschaften und von Nedd4. Allerdings scheint die Ubiquitin-Modifikation von g2-Adaptin ausschließlich in membrangebundener Form zu erfolgen. An welchen Membranen g2-Adaptin lokalisiert ist, wurde in Immunfluoreszenzstudien untersucht, wobei eine enge Assoziation von g2-Adaptin mit späten Endosomen bzw. MVBs zu beobachten war. Bei weiteren Analysen konnte auch ein funktioneller Einfluss auf die Vesikelentstehung an den MVBs nachgewiesen werden, da durch die Depletion von g2-Adaptin stark vergrößerte, defekte MVBs induziert wurden. Dies deutet darauf hin, dass g2-Adaptin als Ubiquitin-Rezeptor an diesen Prozessen beteiligt sein könnte. Ebenso wie andere Adaptorproteine könnte es hier an die Cargo-Proteine binden, diese durch den Kontakt zu Clathrin lokal konzentrieren und die Vesikelabschnürung durch die Rekrutierung der MVB-Maschinerie vermitteln. Möglicherweise stellt g2-Adaptin hierbei den bislang nicht identifizierten Adaptor dar, der die Verbindung zwischen Nedd4 und der MVB-Kaskade herstellt. Eine ähnliche Funktion für g2-Adaptin ist auch bei der Morphogenese von HBV denkbar. Aufgrund der durchgeführten Lokalisationsstudien ist anzunehmen, dass die Umhüllung der HBV-Partikel direkt an den MVBs erfolgt. Vermutlich bindet g2-Adaptin hier an das L-Hüllprotein, wobei es durch die Rekrutierung von Clathrin zu einer lokalen Anreicherung der Hüllproteine kommt. g2-Adaptin interagiert zudem in UIM-abhängiger Weise mit dem Nukleokapsid, wobei der Kontakt direkt erfolgen könnte oder durch die Ubiquitin-Ligase Nedd4 vermittelt wird, welche über eine Late-Domäne ebenfalls mit dem Nukleokapsid verbunden ist. Anscheinend gelangt das Nukleokapsid durch den Einfluss von g2-Adaptin und Nedd4 zum Ort der Virusmorphogenese, wo die eigentliche Umhüllung und die Abschnürung der Viruspartikel erfolgen. Vermutlich sind auch hier Komponenten der MVB-Maschinerie beteiligt, die womöglich durch g2-Adaptin rekrutiert werden.Many enveloped viruses complete their replication cycle by budding through a cellular membrane. This process involves several cellular components and mechanisms that are hijacked for the production of viral particles. Especially, the ESCRT-complexes, which promote budding of intraluminal vesicles at the multivesicular bodies (MVB), play an important role. HBV is proposed to abuse host cell factors for budding and release, but details are yet unknown. Therefore, the aim of this study was to identify and characterize cellular components that function during HBV morphogenesis. Former studies in our lab led to the identification of g2-adaptin as a specific binding partner of the HBV large envelope protein. We could demonstrate that this interaction is essentiel for HBV morphogenesis, but the cellular as well as HBV-coupled function of g2-adaptin remained to be established. Therefore the aim of this work was to elucidate, where and how g2-adaptin acts within the cell and during HBV morphogenesis. g2-adaptin originally was identified and characterized based on its homology to the heterotetramer clathrin-adaptor proteins. In support, here I could show that g2-adaptin also contains a clathrin-binding motif, which mediates an interaction with clathrin. Moreover, a ubiquitin-interacting motif (UIM) could be identified, that promotes binding of g2-adaptin to ubiquitinated proteins. This observation indicates that g2-adaptin appears to belong to a group of monomeric adaptor proteins that function as ubiquitin receptors. Further analysis revealed additional similarities, in such that g2-adaptin itself is ubiquitinated, which depends on its UIM-motif. This process refered to as “coupled monoubiquitination” is specifically mediated by the ubiquitin-ligase Nedd4. I could show that Nedd4 binds directly via its C2-domain to g2-adaptin. To do so, the C2-domain is also modified with ubiquitin, which is recognized by the UIM-motif of g2-adaptin. Most of the known ubiquitin-binding adaptor proteins are involved in vesicle formation at cellular membranes, where they sort ubiquitinated cargo proteins and recruit other components required for vesicle budding. Accordingly, the adaptor proteins are mostly associated with the particular membrane. In this work, similar findings could be demonstrated for g2-adaptin. Membrane binding of g2-adaptin is mediated by its N-terminal domain and is independent of its UIM-motif and of its association with Nedd4. The ubiquitination of g2-adaptin exclusively occurs when bound to membranes. Immunofluorescence studies were performed in order to characterize the membranes to which g2-adaptin binds. They revealed a close association of g2-adaptin with late endosomes and MVBs. Further analysis showed that g2-adaptin affected proper vesicle formation at the MVBs, since depletion of g2-adaptin induced enlarged dysfunctional MVBs. Therefore, g2-adaptin appears to be involved in the formation of MVB vesicles. Possibly it may act as an ubiquitin receptor and bind to ubiquitinated cargo molecules destined for intraluminal vesicles. During this process, the interaction of g2-adaptin with clathrin could lead to a local concentration of these cargoes. Subsequent recruitment of ESCRT components would then induce budding of the intraluminal vesicles. Hence g2-adaptin may be one yet undefined adaptor that links Nedd4 to the MVB-pathway. A similar function of g2-adaptin is conceivable for its action during HBV morphogenesis. The envelopment of HBV particles is supposed to take place at MVBs. Presumably, g2-adaptin binds here to the L envelope protein, in order to accumulate it at the site of virus budding. In addition, g2-adaptin interacts with the nucleocapsid in an UIM-dependent manner. The latter contact could either be direct or indirect, mediated by Nedd4, which binds to the late domain of the HBV nucleocapsid. Apparently, the nucleocapsid is directed to the site of virus budding by the action of both, g2-adaptin and Nedd4. The final envelopment and budding of HBV particles is likely mediated by components of the MVB machinery, recruited by g2-adaptin

Molekulargenetische Untersuchungen zur Reblausresistenz bei der Unterlagsrebe Börner

Dass Pflanzen gegen phytopathogene Infektionen resistent sind, ist das Ergebnis von multip-len Abwehrreaktionen. Eine solche ist auch die Hypersensitivitätsreaktion (HR). Sie ist die Folge eines Befalls von Börner mit Rebläusen und zeigt sich an Blättern und Wurzeln der resistenten Unterlagsrebe in Form von lokalen Nekrosen. Die Erzeugung von neuen, trans-genen reblausresistenten Unterlagsreben verlangt präzise Kenntnisse über die Mechanismen der Reblausresistenz. Um Resistenzgene zu identifizieren, wurden im Rahmen dieser Arbeit differenzielle Genexpressionsanalysen eingesetzt. Diese waren die Microarray Analyse mit der Geniom one Technik und die real time (RT) -PCR. Sie erlaubten eine Gegenüberstellung der Genexpression in behandeltem Wurzelgewebe mit der Expression im Normalgewebe der Unterlagsrebe Börner. Als experimenteller Induktor der HR in Börner diente die Indol-3-Essigsäure (IES), ein Bestandteil des Reblausspeichels. Frühere Untersuchungen zur Reb-lausresistenz zeigten, dass bei einer Behandlung mit IAA an Wurzeln von Börner Nekrosen entstehen, nicht jedoch an Wurzeln von der reblaustoleranten Unterlagssorte SO4 oder dem reblausanfälligem Edelreis. Das war der Grund, SO4 und Riesling als Vergleichsobjekte zu Börner für diese Studie auszuwählen. So sollte die Bedeutung der Rolle von IES als Auslö-ser der Resistenzmechanismen in Börner erklärt werden. Insgesamt konnten deutliche Unter-schiede in den Reaktionen der drei Rebsorten auf die IES Behandlung aufgedeckt werden. Während in Börner eine hohe Anzahl an Genen und diese intensiv auf den IES Reiz reagiert, fallen die Gene bei SO4 und Riesling zahlenmäßig kaum ins Gewicht und die Reaktionen der beiden Sorten auf IES zudem eher schwach aus. In der Summe waren es 27 Gene, die für die Reblausresistenz in Börner verantwortlich sein könnten. So konnte eine IES bedingte Aktivierung von Genen beobachtet werden, die bei der Produktion von Phytoalexinen be-deutsam sind, wie z.B. die phenylalanine ammonia-lyase, die lipoxygenase und die stilbene synthase. Weiter ließ sich eine Regulation von allgemein Stress assoziierten Genen und von Zellwandproteinen und eine Induktion von Signalkomponenten, etwa des Transkriptionsfak-tors ethylene response factor, nachweisen. Eine deutliche Hochregulation von Au-xintransportern in den IES behandelten Börnerwurzeln gab zudem Anhaltspunkte auf sorten-spezifische Unterschiede in der zellulären Aufnahme und Abgabe der IES. Durch die Ausar-beitung des Zusammenspiels der durch IES regulierten Gene konnten in dieser Arbeit wert-volle Hinweise auf die Mechanismen der Reblausresistenz in Börner gewonnen werden.In general, hytopathogen resistance in plants is the result of multiple, and inter-connected signalling pathways. This is especially true for the hypersensitivity reaction (HR). In the rootstock cultivar 'Börner' a Phylloxera infestation leads to an HR, and results in the forma-tion of local necroses on leaves and roots, respectively. In order to develop transgenic Phyl-loxera resistant rootstocks accurate knowledge about the underlying resistance mechanisms is required. Therefore, the present study is contributing to the identification of the genes in-volved in the HR in 'Börner'. Two different methods have been used in order to study the differential gene expression after experimental simulation of the Phylloxera attack on roots: (1) microarray analysis with the geniom one technique, and (2) RT-PCR. Indol-acetic-acid (IAA) is a component of the Phylloxera saliva, and therefore, was used as an elicitor of the HR in the Phylloxera-resistant rootstock cultivar 'Börner'. Previous studies demonstrated that IAA-treatment of root tips is resulting in necrosis formation in 'Börner' roots, but not in the roots of the Phylloxera-sensitive rootstock cultivar 'SO4', as well as in the Phylloxera-sensitive scion cultivar 'Riesling'. Therefore, 'SO4' and 'Riesling' were used as controls in differential gene expression analysis. In general, IAA induction resulted in higher number of differentially expressed genes in Börner than in SO4 and Riesling, respectively. In total, 27 putative HR-genes were identified in 'Börner' by microarray analysis (FEBIT geniom one), and quantitatively analysed by RT-PCR. Those genes are involved in the production of phytoalexins, or encode phenylalanine ammonia-lyase, lipoxygenase and stilbene synthase, general stress associated gene products, cell wall proteins, components of signalling pathways (e.g. the transcription factor ethylene response factor), and auxin transporters. Thus, the present study is contributing to a better understanding of the signal transduction pathways involved in the hypersensitivity reaction underlying the necrosis formation after Phylloxera attack in the rootstock cultivar 'Börner'

Factorization method and inclusions of mixed type in an inverse elliptic boundary value problem

In various imaging problems the task is to use the Cauchy data of the solutions to an elliptic boundary value problem to reconstruct the coefficients of the corresponding partial differential equation. Often the examined object has known background properties but is contaminated by inhomogeneities that cause perturbations of the coefficient functions. The factorization method of Kirsch provides a tool for locating such inclusions. In this paper, the factorization technique is studied in the framework of coercive elliptic partial differential equations of the divergence type: Earlier it has been demonstrated that the factorization algorithm can reconstruct the support of a strictly positive (or negative) definite perturbation of the leading order coefficient, or if that remains unperturbed, the support of a strictly positive (or negative) perturbation of the zeroth order coefficient. In this work we show that these two types of inhomogeneities can, in fact, be located simultaneously. Unlike in the earlier articles on the factorization method, our inclusions may have disconnected complements and we also weaken some other a priori assumptions of the method. Our theoretical findings are complemented by two-dimensional numerical experiments that are presented in the framework of the diffusion approximation of optical tomography

Entwicklung, Aufbau und Messungen eines schnellen Eiskeimzählers

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuer Eiskeimzähler FINCH (Fast Ice Nucleus CHamber) entwickelt und erste Messungen von verschiedenen Testaerosolen im Labor und atmosphärischem Aerosol durchgeführt. Die Aerosolpartikel bzw. Ice Nuclei IN werden bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt und Übersättigungen in Bezug auf Eis zum Anwachsen zu Eiskristallen gebracht, um sie mittels optischer Detektion zu erfassen. In FINCH ist dies durch das Prinzip der Mischung realisiert, wodurch eine kontinuierliche Messung der IN-Anzahlkonzentration gewährleistet ist. Hierbei kann mit sehr hohen Sammelflussraten von bis zu 10 l/min gemessen werden. Ebenso ist ein schnelles Abfahren von verschiedenen Sättigungsverhältnissen in Bezug auf Eis in einem weiten Bereich von 0.9 - 1.7 bei konstanten Temperaturen bis zu −23 °C möglich. Die Detektion der Eiskristalle und damit der Bestimmung der IN-Anzahlkonzentration erfolgt über einen neu entwickelten optischen Sensor basierend auf der unterschiedlichen Depolarisation des zurückgestreuten Lichtes von Eiskristallen und unterkühlten Tropfen. In Labermessungen wurden Aktivierungstemperatur und -sättigungsverhältnis von Silberjodid AgI und Kaolinit vermessen. Die Resultate zeigten gute Übereinstimmungen mit Ergebnissen aus der Literatur sowie Parallelmessungen mit FRIDGE (FRankfurt Ice Deposition freezinG Experiment). FRIDGE ist eine statische Diffusionskammer zur Aktivierung und Auszählung von Eiskeimen, die auf einem Filter gesammelt wurden. Bei atmosphärischen Messungen auf dem Jungfraujoch(Schweiz) lagen die IN-Anzahlkonzentrationen mit bis zu 4 l−1 im Rahmen der aus der Literatur bekannten Werte. Messungen der Eiskristallresiduen von Mischwolken zeigten hingegen, dass nur jedes tausendste als Eiskeim im Depositionsmode aktiv ist. Hier scheinen andere Gefrierprozesse und sekundäre Eiskristallbildung von sehr großer Bedeutung für die Anzahlkonzentration der Eiskristallresiduen zu sein. Eine weitere Messung von atmosphärischem Aerosol in Frankfurt zeigte IN-Anzahlkonzentrationen bis zu 30 l−1 bei Aktivierungstemperaturen um −14 °C. Die parallele Probenahme auf Siliziumplättchen für die Messungen der IN-Anzahlkonzentration in FRIDGE ergaben Werte im gleichen Anzahlkonzentrationsbereich.Within the scope of this work a new ice nuclei counter FINCH(Fast Ice Nucleus CHamber) was developed and first measurements of different test aerosol and atmospheric aerosol were carried out. Aerosol particle respectively ice nuclei IN grow to ice crystals in the instrument at temperature below frost-point and super-saturation with respect to ice, to count and classify their phase with an optical detector. Within FINCH supersaturated conditions are realized with the principle of mixture, whereby it is ensured to get a continuous measurement of the IN-number concentration. It is possible to measure with a very high sample flow rate up to 10 l/min. Furthermore a fast scan of different saturation ratios with respect to ice in a wide range of 0.9 - 1.7 at constant temperature down to −23 °C is possible. The detection of the ice crystals and so the measurement of the IN-number concentration is done by a new developed optical sensor based on the different depolarisation of the backscattered light of ice crystal and super-cooled droplets. In laboratory measurement the activation temperatures and saturation ratios of silver iodide AgI and caolinite were measured. The results show good agreement with literature data and parallel measurements with FRIDGE (FRankfurt Ice Deposition freezinG Experiment). FRIDGE is a static diffusion chamber for activation and counting the ice nuclei, which were sampled on filters. During Atmospheric measurements at the Jungfraujoch(Switzerland) the IN-number concentration were up to 4 l−1 and so in the range of literature data. Measurements of ice crystal residuals of mixed clouds show on the other hand, that only one of thousand is active as an IN in the deposition mode. Here other freezing processes and secondary ice nucleation seem to have a high impact for the number concentration of the ice crystal residual. A further measurement of atmospheric aerosol in Frankfurt showed IN-number concentration up to 30 l−1 at an activation temperature of −14 °C. The parallel sampling on silicon wafer for the measurements in FRIDGE yield to IN-number concentration values in the same range

Regulation der Phorbolester-induzierten Matrix-Metalloproteinase-9-Expression in humanen Brustkrebszelllinien durch Stickstoffmonoxid

Das Hauptziel dieser Arbeit war die Identifizierung der Regulationsebenen auf denen die TPA-induzierte Matrix-Metalloproteinase-9 (MMP-9) durch das nitrose Gas Stickstoffmonoxid (NO) in MCF-7-Zellen verändert wird. Dabei konnte sowohl mit Hilfe der Zymographie als auch mit einem MMP-9-Aktivitäts-ELISA gezeigt werden, dass die extrazellulären MMP-9-Spiegel durch die Behandlung der Zellen mit NO reduziert werden. Gleichzeitig zeigte sich auch eine durch NO bedingte Abnahme der intrazellulären MMP-9-Spiegel, wie mit Hilfe von Western-Blot-Analyse nachgewiesen werden konnte. Experimente mit dem Proteasominhibitor Lactacystin und dem Proteinsynthesehemmstoff Cycloheximid ließen darüber hinaus eine NO-bedingte Veränderung der MMP-9-Proteinstabilität ausschließen. Im Gegensatz dazu konnte mittels der metabolischen Markierung mit radioaktiv markiertem Methionin und Cystein gezeigt werden, dass die Proteinneusynthese der MMP-9 durch eine Behandlung der Zellen mit NO stark beeinträchtigt wird. In Übereinstimmung mit diesen Daten finden sich reduzierte MMP-9-mRNA-Spiegel auch in der polysomalen Zellfraktion von MCF-7-Zellen. Wie mit Hilfe des Transkriptionshemmstoffes Actinomycin D und durch Reportergenstudien mit hybriden MMP-9-Promotorkonstrukten gezeigt werden konnte, ist die NO-induzierte Reduktion der MMP-9-mRNA-Spiegel nicht auf eine Verringerung der MMP-9-mRNA-Stabilität zurückzuführen. Reportergenstudien mit einem 670bp langen Promotorfragment des 5’flankierenden Bereichs des humanen MMP-9-Gens zeigten jedoch auf, dass der hemmende Effekt des NOs zum Teil auf eine NO-vermittelte Abnahme der TPA-induzierten MMP-9-Promotoraktivität zurückgeführt werden kann. Demzufolge wurde in den nachfolgenden Experimenten nach den für die MMP-9-Expression notwendigen und von NO modulierten Transkriptionsfaktoren in MCF-7-Zellen gesucht. Anhand von Western-Blot-Analysen und Gelshiftanalysen konnte gezeigt werden, dass die Aktivität des Transkriptionsfaktors AP-1 in MCF-7-Zellen durch NO gehemmt wird, während weder die Expressionspiegel noch die Bindungsaffinität der Transkriptionsfaktoren NFκB und Sp1 durch die NO-Behandlung verändert sind. Weiterhin konnte unter Verwendung von pharmakologischen Inhibitoren der MAPK-Signalwege mit Hilfe der Western-Blot-Analyse nachgewiesen werden, dass MAPK-vermittelte Signalwege zwar für die Induktion der MMP-9-Expression essenziell sind, diese jedoch nicht von NO beeinflusst sind. Im Unterschied hierzu konnte mit Hilfe eines PKC-Aktivitätsassays gezeigt werden, dass die Gesamtaktivität von PKCs nach Behandlung von MCF-7-Zellen mit NO signifikant gehemmt ist. Zusammenfassend zeigen diese Untersuchungen, dass die NO-vermittelte Hemmung der TPA-induzierten MMP-9-Expression in MCF-7-Zellen im Wesentlichen auf eine NO-abhängige Reduktion der Protein-Kinase- C-Aktivität und einer daraus resultierenden Aktivitätshemmung des Transkriptionsfaktors AP-1 zurückgeführt werden kann.Aim of the study was the identification of regulatory levels on which the TPA-induced matrix-metalloproteinase-9 (MMP-9) is influenced by nitric oxide in MCF-7 cells. Using gelatine zymography and MMP-9 activity assays we observed that NO cause a strong reduction in the extracellular MMP-9 content. Concomitantly, the intracellular protein level of MMP-9 was inhibited by NO. Additional experiments with cycloheximide and lactacystin revealed that the negative influence on MMP-9 was not caused by an increased protein degradation. By the use of 35S methionine/cysteine label experiments we found inhibitory effects on the protein de novo synthesis of MMP-9 by NO indicating a regulatory effect of NO on the translation. In addition, NO strongly reduced levels of MMP-9 mRNA in total polysomal fractions. Realtime-PCR analysis further proved that the treatment with NO attenuated the steady-state MMP-9 mRNA level. The reduction in the MMP-9 mRNA level was not due to a decrease in the mRNA stability shown by actinomycin D experiments. Furthermore, reporter gene assay revealed that the inhibition in MMP-9 expression is mainly attributed to a 670 bp fragment of the 5’-promoter region of MMP-9 but independent of the 3’ untranslated region thus indicating that MMP-9 expression by NO mainly results from transcriptional events. Employing electrophoretic mobility shift assay (EMSA), we demonstrated that NO specifically interferes with the TPA-induced binding of AP-1 without affecting the binding of SP-1 and NFκB. Using pharmacological inhibitors we show that MAPK are essentiel for MMP-9 expression, but are not affected by NO. By contrast, TPA-induced total PKC activity was strongly attenuated in the lysates from NO-treated cells thus suggesting that NO inhibits TPA-triggered MMP-9 expression mainly through an interference with PKC-dependent activation of AP-1

Genomische Analyse von natürlichen Killerzell-Rezeptorgenen in nicht-humanen Primaten

Natürliche Killerzell-Rezeptoren, die MHC-Klasse-I-Moleküle binden, sind im Leukozyten Rezeptor Komplex (LRC) und im Natürlichen Killer Komplex (NKC) kodiert. Die Bindung klassischer MHC-Klasse-I-Moleküle erfolgt im Menschen durch die im LRC kodierten polymorphen Killerzell-Immunglobulin-ähnlichen Rezeptoren (KIR) und in Nagetieren durch die im NKC kodierten polymorphen C-Typ Lektin-ähnlichen Ly49-Rezeptoren. Die ebenfalls im NKC kodierten C-Typ Lektin-ähnlichen CD94/NKG2-Rezeptoren sowie der NKG2D-Rezeptor sind sowohl im Menschen als auch in Nagetieren konserviert und wenig polymorph. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das CD94-Ly49L-Intervall der NKC-Region in einem Neuweltaffen, dem Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus), sowie einem Feuchtnasenaffen, dem Grauen Mausmaki (Microcebus murinus), über Screening von BAC-Banken und Sequenzanalyse von BAC-Contigs untersucht. Das CD94-Ly49L-Intervall im Weißbüschelaffen hat eine Länge von 171 kb und weist orthologe Gene zu den humanen NKC-Genen auf. Eine Ausnahme bildet das Gen NKG2CE, welches äquidistant zu den humanen Genen NKG2C und NKG2E ist. NKG2F und Ly49L sind Pseudogene. Expressionsanalysen der NKC-Gene in neun Weißbüschelaffen-Individuen lieferten einen mäßigen Grad an allelischen Polymorphismen. Alternative Spleißprodukte wurden für CD94, NKG2D und NKG2A identifiziert. Für NKG2A wurden verschiedene Transkripte mit potentiell unterschiedlichen Translationsstartpunkten gefunden. Im Grauen Mausmaki beträgt die Länge des CD94-Ly49L-Intervalls 489 kb. CD94 und die NKG2-Gene sind vervielfacht und wesentlich polymorpher als im Menschen und im Weißbüschelaffen. Expressionsanalysen der NKC-Gene wurden im Grauen Mausmaki und einem weiteren madagassischen Lemuren, dem Schwarzweißen Vari (Varecia variegata), durchgeführt und zeigten, dass CD94 und die NKG2-Gene im Vari ebenfalls vervielfacht sind. Die NKG2-Moleküle der Lemuren weisen unterschiedliche Kombinationen an aktivierenden und inhibierenden Signalmotiven auf und üben somit möglicherweise diverse Funktionen aus. Ly49L stellt in den Lemuren einen potentiell funktionellen inhibierenden Rezeptor dar und NKG2D besitzt im Vergleich zum humanen NKG2D-Protein eine verkürzte Zytoplasmaregion. Alternative Spleißprodukte der NKC-Gene existieren auch in den Lemuren. Darüber hinaus wurden mehrere CD94-Gene in einem weiteren Feuchtnasenaffen, dem Potto (Perodicticus potto) und einem Trockennasenaffen, dem Philippinen-Koboldmaki (Tarsius syrichta), nachgewiesen. Ein Alu-Element, welches ausschließlich in Intron 4 der CD94-Sequenzen des Philippinen-Koboldmakis auftritt, deutet darauf hin, dass sich CD94 in der Linie der Koboldmakis und in der Linie der Feuchtnasenaffen unabhängig voneinander vervielfacht hat. Die vervielfachten, polymorphen CD94/NKG2-Rezeptoren der niederen Primaten stellen möglicherweise das funktionelle Äquivalent zu den polymorphen KIR der höheren Primaten und den polymorphen Ly49-Rezeptoren der Nagetiere dar.Natural killer cell receptors, specific for MHC class I, are encoded in two different complexes, the leukocyte receptor complex (LRC) and the natural killer complex (NKC). Classical MHC class I ligands are recognised by polymorphic killer cell immunoglobulin-like receptors (KIRs) in humans and C-type lectin-like Ly49 receptors in rodents. The former are encoded in the LRC and the latter in the NKC. Furthermore, the less polymorphic C-type lectin-like receptors, CD94/NKG2 and NKG2D, are encoded in the NKC and are conserved between humans and rodents. The aim of this study was the analysis of the NKC extending between CD94 and Ly49L in a new world monkey, the common marmoset (Callithrix jacchus), as well as in a strepsirrhine primate, the grey mouse lemur (Microcebus murinus), by screening respective BAC libraries and sequence analyses of BAC contigs. The CD94-Ly49L interval in the marmoset encompasses 171 kb and contains orthologous genes to the human NKC genes. One exception is the marmoset NKG2CE gene, which is equidistant from the human genes NKG2C and NKG2E. NKG2F and Ly49L represent pseudogenes. Expression analyses of the NKC genes in nine marmoset individuals revealed a moderate degree of polymorphism and alternatively spliced transcripts have been identified for CD94, NKG2D and NKG2A. Potentially alternative translational start sites have been found for different NKG2A transcripts. The mouse lemur CD94-Ly49L interval encompasses 489 kb. CD94 and the NKG2 genes are duplicated and considerably more polymorphic than in humans or marmosets. Expression analyses of the NKC genes have been carried out in the mouse lemur and a second Malagasy lemur, the black-and-white ruffed lemur (Varecia variegata), in which the CD94 and NKG2 genes are likewise duplicated. The lemur NKG2 molecules show different combinations of activating and inhibitory motifs and, therefore, might have diverse functions. Ly49L in both lemurs appears to be a functional inhibitory receptor and the cytoplasmic region of NKG2D is shortened compared to human NKG2D. Also in lemurs, the NKC genes are subject to alternative splicing. Furthermore, multiple CD94 genes have been identified in the potto (Perodicticus potto), a strepsirrhine primate, and the Philippine tarsier (Tarsius syrichta), a haplorrhine primate. An Alu insertion, which occurs exclusively in intron 4 of the Philippine tarsier CD94 sequences, indicates an independent amplification of CD94 in tarsiers and strepsirrhines. Duplicated, polymorphic CD94/NKG2 receptors of lower primates might represent functional equivalents of polymorphic KIRs in higher primates and polymorphic Ly49 receptors in rodents

Struktur-Dynamik-Beziehungen in amorphen festen Lösungen

Feste Lösungen homogen dispergierter Wirkstoffmoleküle in amorphen Polymermatrizen sind wichtige Materialien in vielen pharmazeutischen Anwendungen, bei denen eine kontrollierte Abgabe wasserunlöslicher Wirkstoffe in wässrige Systeme eine Rolle spielt. Die intermolekulare Bindungs-stärke zwischen Polymer- und Wirkstoffmolekülgruppen bestimmt die Stabilität der festen Lösung und steuert somit die biologische Aktivität der Wirkstoffmoleküle. In festen Lösungen, die aus acryl-säurehaltigen Copolymeren (Protonendonoren) und basischen Wirkstoffmolekülen (Protonenakzepto-ren) hergestellt werden, sind intermolekulare Wasserstoffbrücken zwischen den Systemkomponenten Triebkraft für die Bildung einer stabilen homogenen Dispersion und für die Entstehung struktureller Merkmale zwischen den Molekülgruppen der Systemkomponenten. Zudem ist die Bindungsstärke der Wasserstoffbrücken im Hinblick auf die kontrollierte Abgabe der Wirkstoffe von Bedeutung. Da dynamische chemische Gleichgewichte bei der Bildung der Wasserstoffbrücken eine wichtige Rolle spielen müssen neben strukturellen Parametern auch dynamische Faktoren beleuchtet werden. Ziel dieser Arbeit ist neben der Ermittlung von intermolekularen Bindungsstärken vor allem die Identifika-tion struktureller Verhältnisse zwischen den Systemkomponenten auf molekularer Ebene. Die Be-stimmung der Abhängigkeit dieser Parameter von der Struktur der verwendeten Polymere und einer Vielzahl weiterer Einflüsse wie z.B. Feuchtigkeit, Lagerdauer oder Wirkstoffkonzentration soll ein kontrolliertes Design fester Lösungen mit definierten anwendungsspezifischen Eigenschaften ermögli-chen. Temperaturabhängige 1H-Festkörper-MAS-NMR (Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance) Experimente an festen Lösungen mit unterschiedlichen Copolymer-Zusammensetzungen weisen die Existenz dynamischer chemischer Gleichgewichte in den komplexen Wasserstoffbrücken-netzwerken nach. Veränderungen in der chemischen Verschiebung und in der Linienform der Reso-nanzlinien acider Protonen erlauben einen tiefen Einblick in die Architektur dieser Netzwerke und legen die Bindungsverhältnisse unter Berücksichtigung der Polymerchemie und der Mobilität der Systemkomponenten dar, wobei die Befunde mithilfe quantenchemischer Rechnungen untermauert werden können. Die Gegenwart acider Protonen ermöglicht einen einfachen 1H-2H-Austausch, wor-aufhin mithilfe rotorsynchronisierter temperaturabhängiger 2H-MAS-NMR Experimente die Wasser-stoffbrückenbindungsstärke bestimmt werden kann. Mit 1H-1H-Korrelationsexperimenten (Doppelquantenspektroskopie) stehen Methoden für die Bestimmung homonuklearer dipolarer 1H-1H-Kopplungen zur Verfügung, die strukturelle Aussagen aufgrund von bevorzugten räumlichen Kontak-ten bestimmter Molekülgruppen ermöglichen. Weiterhin können diese Experimente verwendet werden, um Wasserstoffbrücken zwischen Polymergruppen von Polymer-Wirkstoff-Wasserstoffbrücken zu unterscheiden, wodurch eine quantitative Beschreibung des Bindungsnetzwerks und der Konkurrenz-prozesse zwischen den einzelnen wasserstoffverbrückten Spezies ermöglicht wird. Eine Kristallisation der Wirkstoffmoleküle ist in vielen Anwendungen unerwünscht, da sie die biologische Verfügbarkeit des Wirkstoffs reduzieren. Mit 1H-Festkörper-MAS-NMR Experimenten können kristalline von amorph dispergierten Wirkstoffmolekülen unterschieden werden, wodurch eine Quantifizierung der Destabilisierungsprozesse ermöglicht wird, die durch Exposition der festen Lösungen mit Wasserdampf ausgelöst werden können. Die Zeit- und Konzentrationsabhängigkeit der Wasseraufnahme kann mit NMR-Experimenten verfolgt werden, wobei unterschiedlich mobile Was-serspezies an unterschiedlichen Bindungsorten identifiziert werden können, was zum molekularen Verständnis der Destabilisierungsprozesse beiträgt. Zusätzlich wird die Mobilität der Wirkstoffmole-küle bestimmt, die sich – wie auch die Wirkstoffkonzentration - als wichtige Größe in der Beschrei-bung der Destabilisierung erweist. Aufbauend auf den Beobachtungen wird ein Zusammenhang zwischen der Copolymerzusammensetzung und einer kritischen Wirkstoffkonzentration hergestellt, der für die Anwendungen amorpher fester Lösungen in biologischen Systemen von großer Bedeutung ist.Solid solutions of active molecules dispersed homogeneously in amorphous polymer matrices are important materials in a lot of pharmaceutical applications where the controlled delivery of the water-insoluble active within an aqueous system is in the focus of interest. The intermolecular binding strength between molecular moieties of polymer and active determines the stability of the solid solution and directs the biological activity of the active molecule. In solid solutions comprised of acrylic acid containing copolymers (proton donors) and basic active compounds (proton acceptors), intermolecular hydrogen bonds between the system’s components are the major interactions that guarantee the formation of a stable homogeneous dispersion and create typical structural features. Additionally, the binding strength of the hydrogen bonds is important as far as the delivery of the active molecules is concerned. Since dynamic chemical equilibriums play an important role in hydrogen bond formation, dynamical features need to be considered in addition to the structural analysis. This study aims not only for the determination of the interaction strengths but particularly for the identification of structural relationship between the systems’ components on a molecular level. The determination of this paramteters’ dependence on the structure of the polymers investigated and a multitude of further influences such as humidity, duration of storage or active concentration is meant to enable a controlled design of solid solutions with defined properties in their field of application. Temperature dependent 1H-solid-state-MAS-NMR (Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance) experiments on solid solutions with different copolymer composition prove the existence of dynamic chemical equilibriums within the complex hydrogen bond networks. Alternation of chemical shifts and line shape variation of the acidic proton resonance grant deep insight to the binding network’s architecture and allow for detailed description of binding relationship including considerations on polymer composition and the mobility of certain compounds. The experimental results can be supported successfully by means of quantum chemical calculations. The presence of acidic protons enables simple 1H-2H-exchange, which makes the application of 2H- MAS-NMR experiments possible - simple tools for explicitly measuring the hydrogen bond strength in the selectively deuterated systems. 1H-1H-correlation experiments (double quantum spectroscopy) are well established techniques for measuring dipolar couplings and thus for determining preferred spatial contacts between compound specific molecular moieties. Furthermore, these experiments can be used to discriminate polymer-polymer hydrogen bonds against specific polymer-active interactions. By this differentiation, a detailed description of the binding network with its thermodynamically and kinetically competing binding species becomes possible. Crystallization of the active molecules is undesired in many applications, since the active’s biological activity is reduced once the molecules undergo the amorphous-crystalline transition. With 1H-solid state MAS NMR experiments crystalline and amorphous active molecules can be separated spectroscopically. This allows for quantification of the destabilization process which can be brought about by sample exposure to water vapour. Following up time and concentration dependence of the destabilization process with NMR experiments, differently mobile water species, located at various binding sites can be identified and depict the whole destabilization process on a molecular level. In addition, the active’s mobility proves to be an important property for a complete description of the process. Based on the observations a connection between the copolymer composition and a critical active concentration can be established which is crucial for the application of solid solutions in biological systems

Regulation der Stress-aktivierten Proteinkinasen durch den gentoxischen Benzo[a]pyren-Metaboliten BPDE

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind ubiquitäre Verschmutzungen der Umwelt und entstehen während der unvollständigen Verbrennung organischen Materials wie Holz, Kohle und Erdöl. Werden diese chemisch nicht reaktiven PAK in den Körper aufgenommen, durchlaufen sie eine Reihe von enzymatischen Umsetzungen, die unter der Bezeichnung Fremdstoffmetabolismus zusammengefasst werden. Die chemische Umsetzung des PAK und Prokarzinogens Benzo[a]pyren (B[a]P) führt u.a. zur Bildung des reaktiven Metaboliten B[a]P-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxid (BPDE). BPDE ist stark elektrophil und kann auf Grund dieser Eigenschaft an nukleophile Makromoleküle wie Proteine und DNA binden. Die Bildung von BPDE-DNA-Addukten resultiert in der Entstehung von Mutationen und kann zur Tumorbildung führen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Wirkung von BPDE als Modellsubstanz für gentoxische Agenzien auf intrazelluläre Signalkaskaden und die Konsequenzen der BPDE-Exposition bezüglich der Zellaktivität untersucht werden. Es konnte gezeigt werden, dass BPDE-Behandlung von Mausfibroblasten eine intrazelluläre Signalkaskade induziert, welche zur Aktivierung der Stressaktivierten Proteinkinasen (SAPK) JNK und p38 führt. An dieser Signalkaskade sind Src-ähnliche Kinasen beteiligt. BPDE-Behandlung führt in den untersuchten Mausfibroblasten zur Induktion von DNA-Einzelstrangbrüchen, deren Auftreten zeitlich mit der SAPK-Aktivierung korreliert. Die BPDEinduzierten DNA-Strangbrüche sind die Folge der Entfernung dieser Läsionen aus dem Genom durch die Nukleotidexzisionsreparatur (NER). Erkannt werden BPDE-DNA-Addukte durch die NERProteine XPA und XPC (Xeroderma Pigmentosum Komplementationsgruppe A und C). Nach der Erkennung von BPDE-DNA-Addukten kommt es zur Rekrutierung von Nukleasen, welche die vorliegende Läsion und umliegende Nukleotide aus dem Genom entfernen. In XPA- und XPCdefizienten Mausfibroblasten induziert BPDE daher keine DNA-Strangbrüche. Jedoch ist nur in XPCdefizienten Zellen, aber nicht in XPA-defizienten Zellen, die SAPK-Aktivierung drastisch reduziert. Behandlung von Mausfibroblasten mit Benzo[c]phenanthren-3,4-Diol-1,2-Epoxid, einem PAK, dessen DNA-Addukte schlecht durch NER-Faktoren erkannt und repariert werden, führt zu keiner SAPKAktivierung. Die Aktivierung von p38 und JNK scheint demnach abhängig zu sein von der Erkennung des primären DNA-Schadens. Die XPC- abhängige SAPK-Aktivierung schützt die Zellen vor BPDEabhängiger Toxizität, da sowohl XPC- als auch p38-defiziente Mausfibroblasten eine höhere Sensitivität gegenüber BPDE zeigen als korrespondierende Wildtypzellen. Zusamenfassend konnte in dieser Arbeit ein neuer Signalweg beschrieben werden, in dem DNASchäden, verursacht durch BPDE, über die XPC-abhängige DNA-Schadenserkennung, die Aktivierung der SAPK induziert. Diese Aktivierung der SAPK schützt vor BPDE-induzierter Toxizität.Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) are ubiquitous environmental pollutants formed during incomplete combustion of organic material e.g. wood, coal and crude oil. Ingested into the human body these non reactive PAHs are enzymatically metabolised. These reactions are summarised as xenobiotic metabolism. The chemical transformation of the PAH and procarcinogen benzo[a]pyrene (B[a]P) results in the formation of the highly reactive metabolite B[a]P-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxide (BPDE). BPDE is a strongly electrophilic compound and can therefore bind to nucleophilic macromolecules such as proteins and DNA. The formation of BPDE-DNA-adducts is able to cause mutations and can therefore result in tumor formation. In this PhD thesis BPDE serves as a model compound for genotoxic agents and their effects on intracellular signaling cascades and the consequences on the cellular survival. It could be shown that BPDE treatment of immortalised murine fibroblasts (NIH3T3) leads to the induction of intracellular signaling cascades in which the stress activated protein kinases (SAPKs) JNK and p38 are involved. Moreover src-like-kinases are involved in this signalling cascade. BPDE treatment of murine fibroblasts leads to induction of DNA single strand breaks which coincide with the activation of SAPKs. BPDE induced DNA strand breaks are the consequence of the removal of BPDE-DNA adducts by NER ( nucleotide excision repair). The BPDE-DNA adducts are recognised by the NER proteins XPA and XPC (Xeroderma Pigmentosum complementation group A and C). After recognition of BPDE-DNA adducts the repair process leads to recruitment of nucleases which excise the lesion and adjacent nucleotides from the genome. Therefore in XPA- and XPC- deficient murine fibroblasts BPDE is not able to induce DNA strand breaks. However only XPC-, but not XPA-deficient cells show dramatically reduced BPDE induced SAPK activation. Treatment of murine fibroblasts with the PAH benzo[c]phenanthren-3,4-Diol-1,2-epoxide, whose DNA adducts are only weakly recognised and repaird by NER factors, does not induce significant SAPK activation. Therefore it seems that the induction of JNK and p38 by BPDE depends on the recognition of the primary BPDE induced DNA damage. The XPC dependent SAPK activation by BPDE protects the cell from BPDE induced toxicity as XPC- and p38-deficient cells show higher BPDE dependent r sensitivity towards BPDE treatment. In summary, in this PhD thesis a new signaling cascade is identified in which SAPK activation by BPDE depends on the XPC-dependent recognition of BPDE induced DNA lesions. This SAPK activation protects against BPDE induced toxicity