Neuroprotektion und Aktivierung von Neurotrophin-Signaltransduktionswegen durch Hemmung von Protein-Tyrosin-Phosphatasen und durch NO-Donatoren

Trotz des enormen Fortschrittes der Medizin und neuen Erkenntnissen über die pathologischen Mechanismen des neuronalen Zelltodes steht bislang keine wirkungsvolle, kausale Therapie zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen zur Verfügung. Obwohl unterschiedliche Ursachen für den neuronalen Zelluntergang verantwortlich sein können, gibt es zunehmend Hinweise dafür, dass apoptotische Prozesse am Zelltod der neurodegenerativen Erkrankungen beteiligt sind. Eine Möglichkeit, die neuronale Apoptose im Verlauf neurodegenerativer Erkrankungen zu blockieren, stellt die Behandlung mit neurotrophen Wachstumsfaktoren dar. Durch Aktivierung verschiedenster Rezeptoren und Signaltransduktionskaskaden werden Schlüsselproteine aktiviert, die für die Hemmung der neuronalen Apoptose und somit für das neuronale Überleben notwendig sind. Aufgrund der molekularen Struktur der Wachstumsfaktoren ergeben sich aber insbesondere bei der Applikation Probleme, da diese Proteine die Blut-Hirn-Schranke nicht überwinden können. Eine mögliche Lösung dieses Problems besteht darin, die Wachstumsfaktor-induzierte, neuroprotektive Wirkung mittels Hemmung der Protein-Tyrosin-Phosphatasen zu imitieren. Anhand von quantitativen Untersuchungen konnten neuroprotektive Effekte für den Protein-Tyrosin-Phosphatase(PTP)-Inhibitor Orthovanadat festgestellt werden. Als zugrunde liegender Mechanismus wurde eine Phosphorylierung des hochaffinen NGF-Rezeptors TrkA nach Behandlung embryonaler, hippokampaler Neurone mit dem PTP-Inhibitor nachgewiesen. Sowohl die Phosphorylierung und Aktivierung von TrkA, als auch die Neuroprotektion waren dabei unabhängig von der Anwesenheit von NGF. Die NGF-vermittelte Neuroprotektion wird nach Aktivierung und Phosphorylierung des TrkA-Rezeptors überwiegend mittels Aktivierung zweier Signaltransduktionswege vermittelt: mittels des PI3-K/Akt- und des Ras/Raf/MEK/MAPK-Signalweges. Mit Hilfe verschiedener molekularbiologischer und biochemischer Methoden konnte an dieser Stelle eine Beteiligung dieser Signaltransduktionskaskaden infolge der TrkA-Aktivierung auch für die Orthovanadat-vermittelte Neuroprotektion nachgewiesen werden. Aus den durchgeführten Untersuchungen der vorliegenden Arbeit geht eindeutig hervor, dass eine Hemmung der Protein-Tyrosin-Phosphatasen durch Orthovanadat die Phosphorylierung und Aktivierung des hochaffinen NGF-Rezeptors TrkA auch in Abwesenheit von NGF induziert und dieses zu neuroprotektiven Effekten mittels Aktivierung der PI3-K/Akt-Signaltransduktionskaskade und der Aktivierung der Ras/Raf/MEK-MAPK-Kaskade führt. Die Hemmung von Protein-Tyrosin-Phosphatasen könnte somit eine neue, vielversprechende Strategie sein, die neuroprotektive Wirkung der Wachstumsfaktoren zu imitieren, um so im Verlauf chronisch degenerativer Hirnerkrankungen vor neuronalem Zelltod zu schützen. Die für die Dephosphorylierung des TrkA-Rezeptors verantwortliche Protein-Tyrosin-Phosphatase war bis dato unbekannt. In der vorliegenden Arbeit konnte sowohl eine Verlängerung der NGF-induzierten TrkA-Phosphorylierung durch den spezifischen PTP-1B-Inhibitor Compound 2 nachgewiesen werden, als auch eine konzentrations- und zeitabhängige Dephosphorylierung des hochaffinen NGF-Rezeptors nach Behandlung mit rekombinanter PTP-1B. Aufgrund der hier durchgeführten Experimente besteht Anlass zur Hoffnung, dass die PTP-1B die für die TrkA-Dephosphorylierung verantwortliche Phosphatase ist. Somit könnte die Hemmung der PTP-1B ein probater Mechanismus zur Induktion der TrkA-Phosphorylierung und der dadurch vermittelten Neuroprotektion sein. Studien früherer Arbeiten zeigen das ambivalente Verhalten von Stickstoffmonoxid hinsichtlich der neuronalen Degeneration. Hohe Konzentrationen induzieren toxische Effekte, niedrige Konzentrationen hingegen vermitteln antiapoptotische Effekte, deren Mechanismen gerade auf neuronaler Ebene nahezu unbekannt sind und durch die durchgeführten Experimente weiter aufgedeckt wurden. In der vorliegenden Arbeit konnten nicht nur eine NO-Freisetzung für bestimmte Dephostatin-Derivate gemessen werden, sondern auch antiapoptotische Effekte. Die hierfür verantwortlichen Mechanismen ließen eine Beteiligung der löslichen Guanylatcyclase vermuten, welche sowohl für die neuroprotektiven Effekte der Dephostatin-Derivate als auch für den NO-Donator SNAP demonstriert wurden. Für einige NO-Donatoren sind hemmende Eigenschaften hinsichtlich diverser Protein-Tyrosin-Phosphatasen beschrieben worden. Die dadurch vermittelten Effekte waren aber nahezu unbekannt. Mittels der dargestellten Ergebnisse konnten nicht nur eine SNAP-induzierte TrkA-Phosphorylierung belegt werden, sondern auch gezeigt werden, dass die Dephostatin-Derivate neben der Neuroprotektion eine transiente Phosphorylierung des hochaffinen NGF-Rezeptors induzieren. Ferner konnte aufgrund dieser TrkA-Aktivierung die Beteiligung des PI3-K/Akt- und des Ras/Raf/MEK/MAPK-Signaltransduktionsweges an der NO-induzierten Neuroprotektion nachgewiesen werden. Somit erlauben die Befunde der vorliegenden Arbeit die Schlussfolgerung, dass ein positiver Zusammenhang zwischen NO-induzierter Neuroprotektion und Aktivierung der neuroprotektiven PI3-K/Akt- und der MEK/MAPK-Signalwege besteht. Die Aktivierung des hochaffinen NGF-Rezeptors TrkA und nachgeschalteter neuroprotektiver Signaltransduktionswegen durch die NO-Donatoren könnte eine neue, vielversprechende Strategie sein, um in die pathophysiologischen Mechanismen des neuronalen Zelltods einzugreifen und so neue Arzneistoffe zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen zu entwickeln

Neuroprotektion und Aktivierung von Neurotrophin-Signaltransduktionswegen durch Hemmung von Protein-Tyrosin-Phosphatasen und durch NO-Donatoren

Trotz des enormen Fortschrittes der Medizin und neuen Erkenntnissen über die pathologischen Mechanismen des neuronalen Zelltodes steht bislang keine wirkungsvolle, kausale Therapie zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen zur Verfügung. Obwohl unterschiedliche Ursachen für den neuronalen Zelluntergang verantwortlich sein können, gibt es zunehmend Hinweise dafür, dass apoptotische Prozesse am Zelltod der neurodegenerativen Erkrankungen beteiligt sind. Eine Möglichkeit, die neuronale Apoptose im Verlauf neurodegenerativer Erkrankungen zu blockieren, stellt die Behandlung mit neurotrophen Wachstumsfaktoren dar. Durch Aktivierung verschiedenster Rezeptoren und Signaltransduktionskaskaden werden Schlüsselproteine aktiviert, die für die Hemmung der neuronalen Apoptose und somit für das neuronale Überleben notwendig sind. Aufgrund der molekularen Struktur der Wachstumsfaktoren ergeben sich aber insbesondere bei der Applikation Probleme, da diese Proteine die Blut-Hirn-Schranke nicht überwinden können. Eine mögliche Lösung dieses Problems besteht darin, die Wachstumsfaktor-induzierte, neuroprotektive Wirkung mittels Hemmung der Protein-Tyrosin-Phosphatasen zu imitieren. Anhand von quantitativen Untersuchungen konnten neuroprotektive Effekte für den Protein-Tyrosin-Phosphatase(PTP)-Inhibitor Orthovanadat festgestellt werden. Als zugrunde liegender Mechanismus wurde eine Phosphorylierung des hochaffinen NGF-Rezeptors TrkA nach Behandlung embryonaler, hippokampaler Neurone mit dem PTP-Inhibitor nachgewiesen. Sowohl die Phosphorylierung und Aktivierung von TrkA, als auch die Neuroprotektion waren dabei unabhängig von der Anwesenheit von NGF. Die NGF-vermittelte Neuroprotektion wird nach Aktivierung und Phosphorylierung des TrkA-Rezeptors überwiegend mittels Aktivierung zweier Signaltransduktionswege vermittelt: mittels des PI3-K/Akt- und des Ras/Raf/MEK/MAPK-Signalweges. Mit Hilfe verschiedener molekularbiologischer und biochemischer Methoden konnte an dieser Stelle eine Beteiligung dieser Signaltransduktionskaskaden infolge der TrkA-Aktivierung auch für die Orthovanadat-vermittelte Neuroprotektion nachgewiesen werden. Aus den durchgeführten Untersuchungen der vorliegenden Arbeit geht eindeutig hervor, dass eine Hemmung der Protein-Tyrosin-Phosphatasen durch Orthovanadat die Phosphorylierung und Aktivierung des hochaffinen NGF-Rezeptors TrkA auch in Abwesenheit von NGF induziert und dieses zu neuroprotektiven Effekten mittels Aktivierung der PI3-K/Akt-Signaltransduktionskaskade und der Aktivierung der Ras/Raf/MEK-MAPK-Kaskade führt. Die Hemmung von Protein-Tyrosin-Phosphatasen könnte somit eine neue, vielversprechende Strategie sein, die neuroprotektive Wirkung der Wachstumsfaktoren zu imitieren, um so im Verlauf chronisch degenerativer Hirnerkrankungen vor neuronalem Zelltod zu schützen. Die für die Dephosphorylierung des TrkA-Rezeptors verantwortliche Protein-Tyrosin-Phosphatase war bis dato unbekannt. In der vorliegenden Arbeit konnte sowohl eine Verlängerung der NGF-induzierten TrkA-Phosphorylierung durch den spezifischen PTP-1B-Inhibitor Compound 2 nachgewiesen werden, als auch eine konzentrations- und zeitabhängige Dephosphorylierung des hochaffinen NGF-Rezeptors nach Behandlung mit rekombinanter PTP-1B. Aufgrund der hier durchgeführten Experimente besteht Anlass zur Hoffnung, dass die PTP-1B die für die TrkA-Dephosphorylierung verantwortliche Phosphatase ist. Somit könnte die Hemmung der PTP-1B ein probater Mechanismus zur Induktion der TrkA-Phosphorylierung und der dadurch vermittelten Neuroprotektion sein. Studien früherer Arbeiten zeigen das ambivalente Verhalten von Stickstoffmonoxid hinsichtlich der neuronalen Degeneration. Hohe Konzentrationen induzieren toxische Effekte, niedrige Konzentrationen hingegen vermitteln antiapoptotische Effekte, deren Mechanismen gerade auf neuronaler Ebene nahezu unbekannt sind und durch die durchgeführten Experimente weiter aufgedeckt wurden. In der vorliegenden Arbeit konnten nicht nur eine NO-Freisetzung für bestimmte Dephostatin-Derivate gemessen werden, sondern auch antiapoptotische Effekte. Die hierfür verantwortlichen Mechanismen ließen eine Beteiligung der löslichen Guanylatcyclase vermuten, welche sowohl für die neuroprotektiven Effekte der Dephostatin-Derivate als auch für den NO-Donator SNAP demonstriert wurden. Für einige NO-Donatoren sind hemmende Eigenschaften hinsichtlich diverser Protein-Tyrosin-Phosphatasen beschrieben worden. Die dadurch vermittelten Effekte waren aber nahezu unbekannt. Mittels der dargestellten Ergebnisse konnten nicht nur eine SNAP-induzierte TrkA-Phosphorylierung belegt werden, sondern auch gezeigt werden, dass die Dephostatin-Derivate neben der Neuroprotektion eine transiente Phosphorylierung des hochaffinen NGF-Rezeptors induzieren. Ferner konnte aufgrund dieser TrkA-Aktivierung die Beteiligung des PI3-K/Akt- und des Ras/Raf/MEK/MAPK-Signaltransduktionsweges an der NO-induzierten Neuroprotektion nachgewiesen werden. Somit erlauben die Befunde der vorliegenden Arbeit die Schlussfolgerung, dass ein positiver Zusammenhang zwischen NO-induzierter Neuroprotektion und Aktivierung der neuroprotektiven PI3-K/Akt- und der MEK/MAPK-Signalwege besteht. Die Aktivierung des hochaffinen NGF-Rezeptors TrkA und nachgeschalteter neuroprotektiver Signaltransduktionswegen durch die NO-Donatoren könnte eine neue, vielversprechende Strategie sein, um in die pathophysiologischen Mechanismen des neuronalen Zelltods einzugreifen und so neue Arzneistoffe zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen zu entwickeln

At the onset of settled pastoralism – Implications of archaeozoological and isotope analyses from Bronze age sites in the North Caucasus

Bioarchaeological studies provide a valuable contribution to the understanding of the economy and activities of prehistoric populations in mountain regions. The Late Bronze Age in the Caucasus is an epoch of fundamental transformations that is accompanied by the development of a semi-stationary pastoral economy and ultimately by the emergence of combined mountain agriculture. So far, only a few archaeozoological assemblages from this period have been published. The site of Ransyrt-1 in the North Caucasus offers a substantial collection of bone material from the remains of a mountain sanctuary. Analysis of the animal remains as well as preliminary isotopic analyses of strontium, oxygen, and carbon shed light on animal exploitation at this site. Comparisons with slightly later settlements in the North and South Caucasus illustrate the development of intensive livestock management strategies in the Late Bronze Age in this region at the interface between Southwest Asia and the Eurasian steppe

Continuous mechanical chest compression during in-hospital cardiopulmonary resuscitation of patients with pulseless electrical activity

Survival after in-hospital pulseless electrical activity (PEA) cardiac arrest is poor and has not changed during the last 10 years. Effective chest compressions may improve survival after PEA. We investigated whether a mechanical device (LUCAS (TM)-CPR) can ensure chest compressions during cardiac arrest according to guidelines and without interruption during transport, diagnostic procedures and in the catheter laboratory. Methods: We studied mechanical chest compression in 28 patients with PEA (pulmonary embolism (PE) n = 14; cardiogenic shock/acute myocardial infarction; n=9; severe hyperkalemia; n=2; sustained ventricular arrhythmias/electrical storm; n=3) in a university hospital setting. Results: During or immediately after CPR, 21 patients underwent coronary angiography and or pulmonary angiography. Successful return of a spontaneous circulation (ROSC) was achieved in 27 out of the 28 patients. Ten patients died within the first hour and three patients died within 2411 after CPR. A total of 14 patients survived and were discharged from hospital (13 without significant neurological deficit). Interestingly, six patients with PE did not have thrombolytic therapy due to contraindications. CT-angiography findings in these patients showed fragmentation of the thrombus suggesting thrombus breakdown as an additional effect of mechanical chest compressions. No patients exhibited any life-threatening device-related complications. Conclusion: Continuous chest compression with an automatic mechanical device is feasible, safe, and might improve outcomes after in-hospital-resuscitation of PEA. Patients with PE may benefit from effective continuous chest compression, probably due to thrombus fragmentation and increased pulmonary artery blood flow. (C) 2010 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved

Bioarchaeological analyses reveal long-lasting continuity at the periphery of the Late Antique Roman Empire

Summary: The Basel-Waisenhaus burial community (Switzerland) has been traditionally interpreted as immigrated Alamans because of the location and dating of the burial ground – despite the typical late Roman funeral practices. To evaluate this hypothesis, multi-isotope and aDNA analyses were conducted on the eleven individuals buried there. The results show that the burial ground was occupied around AD 400 by people belonging largely to one family, whereas isotope and genetic records most probably point toward a regionally organized and indigenous, instead of an immigrated, community. This strengthens the recently advanced assumption that the withdrawal of the Upper Germanic-Rhaetian limes after the “Crisis of the Third Century AD” was not necessarily related to a replacement of the local population by immigrated Alamannic peoples, suggesting a long-lasting continuity of occupation at the Roman periphery at the Upper and High Rhine region

Phase Transformations During Solidification of a Laser-Beam-Welded TiAl Alloy—An In Situ Synchrotron Study

An in situ highly time-resolved, high-energy X-ray diffraction investigation was carried out toobserve the phase transformations of a TiAl alloy during laser beam welding. The diffractionpatterns are recorded every 0.1 seconds by a fast area two-dimensional detector and plottedaccording to time, yielding the solidification pathway, the solid phase volume fraction, and thelattice parameter variation of different phases during the solidification and cooling process.Moreover, it is the first study that can demonstrate that the a phase without any Burgersorientation relationship, the so-called non-Burgers a, precipitates appear earlier than theBurgers a. The non-Burgers a grains are found to nucleate on the primary borides

Dreidimensionale Observierung atmosphärischer Prozesse in Städten – 3DOSchlussbericht des Verbundvorhabens 3DOThree-dimensional observation and modeling of atmospheric processes in cities – 3DOfinal report for joint project 3DO

Ziel des BMBF-Programms 'Stadtklima im Wandel' war die Entwicklung, Validierung und Anwendung eines gebäudeauflösenden Stadtklimamodells für ganze Städte. Das Verbundprojekt 3DO übernahm die dem Modul B zugeordneten Forschungsaufgaben: Aufbereitung vorhandener Daten aus der Langzeitbeobachtung (LTO), Aufbau neuer Messstationen, Gewinnung neuer dreidimensionaler atmosphärischer Daten und die Entwicklung neuer Konzepte z.B. zur Modellevaluation. Untersucht wurden der Aufbau der atmosphärischen Grenzschicht, die Charakteristik der meteorologischen Parameter und deren Einfluss auf das thermische Empfinden des Menschen. Ein einheitlicher [UC]2-Datenstandard sowie Analysewerkzeuge wurden entwickelt und in ein Datenmanagementsystem und eine Wissensplattform für den modulübergreifenden Austausch integriert.Aim of the BMBF-Programme 'Urban Climate under Change' was development, validation and application of a building-resolving urban climate model for entire cities. The joint project 3DO took over the research tasks assigned to module B: Preparation of existing data from long-term observation (LTO), deployment of new measuring stations, acquisition of new three-dimensional atmospheric data and new concepts, e.g. for model evaluation. The structure of the atmospheric boundary layer, characteristics of meteorological parameters and their influence on the thermal sensation of humans were investigated. A uniform [UC]2 data standard as well as analysis tools were developed and integrated into a data management system and a knowledge base for cross-module exchange