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Recent Submissions

Doctoral thesis

Open Access

Aktivität thermosensitiver TRP-Kanäle in den Meibomdrüsen und ihr Einfluss auf die Lipogenese

(2026) Keller, Melina

1.1 Hintergrund und Ziele Die Beteiligung von thermosensitiven transient receptor potential channels (TRPs) am Krankheitsbild des Trockenen Auges, Dry Eye Disease (DED), ist seit vielen Jahren bekannt. Die Expression und Aktivität der TRP-Kanäle in der Meibomdrüse, deren Dysfunktion eine zentrale Rolle in dieser Pathologie spielt, sind allerdings noch nicht untersucht worden. Das Ziel meiner Dissertation ist die Expression und Funktionalität einzelner thermosensitiver TRPs in der Meibomdrüse zu analysieren. Ferner soll ihre Beteiligung an der Lipogenese der Meibomdrüse im Zellkulturmodell analysiert werden. 1.2 Methoden und Materialien Die Gen- und Proteinexpression der sechs im Auge bekannten thermo-TRPs: TRPV1- 4, TRPM8 und TRPA1 wird in humanem und murinem Meibomdrüsengewebe, sowie in einer immortalisierten humanen Meibomdrüsenepithelzelllinie (HMGECs) mittels RT-PCR, Western blot und Immunfluoreszenz untersucht. Die Funktionalität von TRPV1 und TRPM8 wird mit Fura-2 Calcium Imaging und Planar Patch-clamping analysiert. Eine Beteiligung von TRPV1 und TRPM8 an der Lipogenese in HMGECs wird mit einer Oil Red O Färbung untersucht. 1.3 Ergebnisse Meine RT-PCRs, Western blots und Immunfluoreszenzergebnisse zeigen die Gen- und Proteinexpression von TRPV1, TRPV3, TRPV4 und TRPM8. Die RT-PCR ergibt auch die Expression von TRPV2, jedoch nicht TRPA1 in den untersuchten Geweben. Planar Patch-clamping an den HMGECs zeigt ansteigende Ein- und Auswärtsströme nach Applikation von Capsaicin (TRPV1) und Icilin (TRPM8). Sinkende Ströme können nach der Applikation von AMG9810 (TRPV1) und AMTB (TRPM8) beobachtet werden. Das Calcium-Imaging ergibt steigende Calciumkonzentrationen nach TRP- Stimulation. Die Oil Red O Färbung zeigt einen Anstieg der Lipidbildung nach TRPV1 Stimulation, sowie eine Reduktion nach TRPM8 Stimulation in HMGECs. 1.4 Schlussfolgerung Ich zeige in meiner Arbeit erstmals, dass thermo-TRPs auf Gen- und Proteinebene in der Meibomdrüse exprimiert und funktionell aktiv sind. Des Weiteren weise ich nach, dass TRPV1 und TRPM8 im Zellkulturmodell einen Einfluss auf die Lipogenese ausüben. Aufbauend auf den vorliegenden Ergebnissen, können Folgeuntersuchungen die pharmakologische Bedeutung der TRPs in der Behandlung einer DED sowie ihre klinische Relevanz als potenzielle Medikamententargets näher untersuchen. Ergebnisse der vorliegenden Arbeit wurden veröffentlicht in: International Journal of Molecular Sciences, Keller et al. 2024 „Thermosensitive TRP Channels Are Functionally Expressed and Influence the Lipogenesis in Human Meibomian Gland Cells“

Doctoral thesis

Open Access

Plasma-Gelsolin fördert die Reepithelialisierung

(2026) Wittmann, Johannes

1.1 Hintergrund und Ziele Die Reepithelialisierung ist ein zellulärer Prozess aus Migration, Proliferation und Differenzierung von Zellen, die dazu beiträgt, eine Wunde zu schließen und die schützende Epidermisschicht wiederherzustellen. Er ist entscheidend für die ordnungsgemäße Heilung, insbesondere bei oberflächlichen Wunden. Gerade traumatische Verletzungen des Epithels, oder durch medizinische Eingriffe verursachte epitheliale Defekte, können zu Störungen des zellulären Prozesses und damit zu einer gestörten Wundheilung führen. Diese gestörte Wundheilung kann ein unangenehmes Gefühl und Funktionseinschränkungen, wie zum Beispiel Sensibilitätsstörungen oder verminderte Beweglichkeit von Gelenken, bei Patienten hervorrufen. Beim Vorgang der Wundheilung handelt es sich um ein komplexes Zusammenspiel von verschiedenen zellulären Bestandteilen und zahlreichen Boten-Stoffen. Einer der Boten-Stoffe ist Transforming Growth Factor beta (TGF-β), der unter anderem die Expression von Smooth Muscle Actin (SMA) in Fibroblasten fördert. Diese Signalaktivierung führt dazu, dass die Fibroblasten zu Myofibroblasten ausreifen und so ebenfalls zur Wundheilung beitragen. Bereits bekannt ist, dass die Expression von TGF-β wiederum von Gelsolin (GSN) beeinflusst wird. Bei GSN handelt es sich um ein ubiquitäres vorkommendes Protein, das mit dem Aktin-Zytoskelett interagiert und den Apoptose-Signalweg beeinflussen kann. Für eine gute Wundheilung sind Zellproliferation und Zellmigration wichtig, die ebenfalls von Gelsolin unterstützt werden. Ziel dieses Projektes war es den Einfluss von rekombinanten plasmatischen Gelsolin (rhu-pGSN) auf die Zellproliferation und die Wundheilung näher zu untersuchen. Außerdem sollte erforscht werden, ob rhu-pGSN sich als eine weitere therapeutische Option zur Behandlung epithelialer Defekte und Wundheilungsstörungen am Auge eignen könnte. 1.2 Methoden Mit Hilfe von molekularbiologischen Methoden wie der Polymerase-Kettenreaktion (PCR), dem Western Blot (WB) und immunhistochemischen Färbemethoden wurden verschiedene Gewebe des okulären Systems sowohl beim Menschen als auch bei der Maus untersucht. Darüber hinaus wurden verschiedene Tränenflüssigkeitsproben und humane Zelllinien auf die Existenz von Gelsolin hin mittels PCR, WB und eines Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA) Testes analysiert. Der Einfluss von rekombinanten plasmatischen Gelsolin (rhu-pGSN) auf die Zellproliferation wurde mit Hilfe der Durchflusszytometrie (FACS) und dem Electric Cell-substrate Impedance Sensing-System (ECIS®) quantitativ untersucht. Um die Wirkung von rhu-pGSN auf die Wundheilung zu untersuchen, wurde sowohl ein in vitro Zell-Modell als auch ein in vivo Maus-Modell verwendet. Beim in vitro Modell handelt es sich um das sogenannte Scratch-Assay zur zellulären Wundheilung. In vivo wurde ein Maus-Modell zur epithelialen/kornealen Wundheilung verwendet. Der Einfluss von GSN auf die Expression von SMA in Fibroblasten wurde in siRNA Gen-Knock-Down Experimenten näher untersucht. 1.3 Ergebnisse und Beobachtungen Die molekularbiologischen Analysen belegen deutlich, dass GSN sowohl auf transkriptioneller Ebene als auch auf Protein-Ebene in Geweben und Zellen des okulären Systems vorhanden ist. Dies traf sowohl bei Geweben des Menschen als auch bei der Maus zu. Bei den untersuchten Geweben handelte es sich um Kornea, Konjunktiva, Tränendrüse, Tränenweg, Augenlid, Lunge, Leber und Magen. Untersucht wurden außerdem die Zelllinien von humanen kornealen Epithelzellen (HCE), humanen konjunktivalen Epithelzellen (HCjE) und humanen Meibomdrüsenepithelzellen (HMGEC). Außerdem konnte GSN in Tränenflüssigkeit nachgewiesen werden. Es zeigte sich auch, dass die gemessene Menge an GSN in Tränenproben von Patienten, die an der Tränenmangelform (ADDE) des trockenem Auges erkrankt sind, signifikant erhöht ist im Vergleich zu Tränenflüssigkeit von gesunden Probanden. Unter Anwendung von verschiedenen quantitativen Analysemethoden zeigte sich, dass rhu-pGSN einen positiven Einfluss auf die Zellproliferation in vitro hat. Auch nach Stimulation mit bakteriellen Lipopolysacchariden oder Tumornekrosefaktor alpha (TNF-α) führte rhu-pGSN zu einer gesteigerten Zellproliferation. Ein signifikant positiver Einfluss von rhu-pGSN auf die epitheliale Wundheilung sowohl in vitro als auch in vivo konnte im Scratch-Assay und im Maus-Modell gezeigt werden. Im Gen-Knock-Down Experiment zeigte sich nach Anwendung der siRNA auf transkriptioneller Ebene eine signifikant verminderte Expression von SMA-mRNA, was auf eine verminderte Umwandlung von Fibroblasten zu Myofibroblasten hindeutet. 1.4 Schlussfolgerung und Diskussion Gelsolin ist Bestandteil des okulären Systems sowohl beim Menschen als auch bei der Maus und der Tränenflüssigkeit von Menschen. Rhu-pGSN fördert die Zellproliferation und auch die Wundheilung sowohl in vitro als auch in vivo. Die Ergebnisse des Gen-Knock-Down Experimentes legen nahe, dass GSN über die Expression von SMA die TGF-β vermittelte Wundheilungskaskade zu beeinflussen scheint. Es ist davon auszugehen, dass Gelsolin als ein weiteres vielversprechendes Therapeutikum in der Behandlung von epithelialen/kornealen Defekten fungieren kann.

Doctoral thesis

Open Access

Die Rolle von GPR15L in der Entstehung des Kolorektalen Karzinoms

(2026) Kipp, Frederik

Hintergrund und Ziele: Das kolorektale Karzinom (KRK) zählt zu den häufigsten malignen Erkrankungen weltweit. Neben genetischen Faktoren spielen Entzündungsprozesse und das Mikrobiom eine bedeutende Rolle in der Tumorentstehung. Vorherige Studien weisen darauf hin, dass GPR15L das Wachstum von humanen KRK-Zelllinien hemmt, sowie einen immunmodulatorischen und antimikrobiellen Effekt aufweist. Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle von GPR15L in der Entstehung von KRK zu charakterisieren, insbesondere hinsichtlich seiner Auswirkungen auf Proliferation, Entzündungsprozesse und das Tumormikromilieu. Methoden: Um dieser Hypothese nachzugehen, wurden zwei Mausmodelle verwendet: ein AOM/DSS-induziertes Kolitis-Modell und das APCMin-Modell. Innerhalb beider Mausmodelle wurden Mäuse mit GPR15L-Knockout (GPR15L–/–), transgener Überexpression (GPR15Ltg/+) und Wildtyp (GPR15L+/+) verglichen. Die Tumorlast wurde endoskopisch erfasst, Proliferation durch Ki67-Expression und Zellzyklusmarker untersucht. Zudem wurde das Immunzellinfiltrat mittels Immunfluoreszenzfärbung und qPCR analysiert. Die Ergebnisse wurden mit Daten aus aktuellen Studien abgeglichen. Ergebnisse: Endoskopisch konnte gezeigt werden, dass eine erhöhte GPR15L Expression in Mäusen die Tumorlast signifikant reduziert. Ein Einfluss von GPR15L auf den Proliferationsmarker Ki67 konnte nicht nachgewiesen werden. GPR15L Knockout Mäuse zeigten eine erhöhte Infiltration von CD11b und CD8-positiven Zellen, was auf eine antiinflammatorische Wirkung von GPR15L hinweist. Zudem zeigte sich eine deutlich höhere Infiltration von CD11b-positiven Zellen in Tumorgewebe. Schlussfolgerungen und Diskussion: Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass GPR15L eine schützende Rolle in der Entstehung von KRK einnimmt, indem es Entzündungsprozesse reduziert. Methodische Limitationen und die geringe Probengröße erlauben jedoch keine abschließenden Aussagen zum molekularen Einfluss von GPR15L auf die Entstehung von KRKs. Zukünftige Forschung sollte den Einfluss von GPR15L auf das Tumormikroumfeld und das Mikrobiom weiter untersuchen, um potenzielle therapeutische Ansätze zu entwickeln.

Doctoral thesis

Open Access

Epithelial OPA1 links mitochondrial fusion to inflammatory bowel disease

(2026) Bao, Lili

Intestinal immune homeostasis relies on intestinal epithelial cells (IECs) to provide a dynamic gut barrier, but also to negotiate tolerance between the microbiome in the gut lumen and the mucosal immune system in the bowel wall. While dysregulation of the epithelial barrier has been implicated as a key driver of inflammatory bowel disease (IBD), the molecular mechanisms underlying such dysregulation are not well understood. Here, we demonstrate a critical role for epithelial Optic atrophy 1 (OPA1), a dynamin-related guanosine triphosphatase (GTPase) involved in mitochondrial fusion, in intestinal barrier integrity and gut immune homeostasis. Mitochondrial fusion-related genes, including OPA1, were negatively regulated in experimental intestinal inflammation and in patients with IBD. Importantly, we found fragmented mitochondrial networks in intestinal crypts of IBD patients, suggesting a role for mitochondrial fission and fusion in the pathogenesis of these diseases. Mice with a conditional knockout of Opa1 in IECs (Opa1i∆IEC) spontaneously developed chronic intestinal inflammation, characterized by mucosal ulceration and immune cell infiltration. This inflammation in Opa1i∆IEC mice was driven by microbial translocation and was associated with increased cell death in IECs and impaired barrier function. Opa1-deficient IECs, as well as human organoids with OPA1 inhibition, exhibited disruption of the mitochondrial network, including mitochondrial fragmentation, altered size and ultrastructure, closely resembling those seen in IBD patient samples. Pharmacological inhibition of the GTPase dynamin-1-like (Drp1) protein partially reversed this phenotype. In summary, our findings highlight the essential role of epithelial OPA1 in maintaining intestinal immune homeostasis and epithelial barrier function. These results further provide a mechanistic explanation for the mitochondrial dysfunction observed in IBD, and identify mitochondrial fusion as a novel pathway and a potential therapeutic target.

Doctoral thesis

Open Access

Effects of hyperthermia combined with chemotherapy on head and neck cancer cells

(2026) Terzieva, Preslava

Hintergrund und Ziele: Die hier vorgestellte Arbeit, „Die Effekte von Hyperthermie in Kombination mit Chemotherapie gegen Krebszellen aus dem Hals-Nasen-Ohren Bereich“, soll die Auswirkung von drei hyperthermischen Temperaturen (42°C, 45°C und 47°C) auf diverse HNO-Krebszellen mit und ohne Zugabe von Zytostatika (Cisplatin, Docetaxel und Mitoxantron) untersuchen. Die hohe Prävalenz von HNO-Krebs als Ganzes und die seit Jahren gleichbleibende 5-Jahren Überlebensrate machen die Erforschung von effektiven und noch nebenwirkungsarmen Therapien wie der Hyperthermie besonders relevant. Vielversprechende Ergebnisse aus diesem Projekt könnten als Grundlage von weiteren Studien mit superparamagnetischen Eisenoxidnanopartikeln (SPIONs) dienen, da diese eine lokale Applikation der Hyperthermie, sowie der Chemotherapeutika erlauben. Darüber hinaus ist es bekannt, dass HNO-Krebszellen arznei- und hitzeresistent werden können, indem sie Hitzeschockproteine (HSPs) hochregulieren, bspw. HSP60, HSP70 und HSP90. Dieses Phänomen ist ebenfalls von Interesse für die vorliegende Arbeit. Abschließend wurden auch die vermuteten HSP inhibierenden Effekte vom antidiabetischen Metformin in einem weniger umfassenden Maß untersucht. Methoden: Die Zellproliferation wurde mithilfe von IncuCyte® Live Cell Analysis Assays untersucht, die Änderungen in der Zellkonfluenz 144 Stunden lang verfolgen (6 Tage). HSP Expression wurde mit Western Blots gemessen, und zwar bei 37°C, 42°C, 45°C und 47°C. Weiterhin wurden fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen bei 37°C und 42°C für alle drei genannten HSPs angefertigt. Die gleichen Methoden wurden für einige von den Zelllinien nach Zugabe von Metformin durchgeführt. Es wurden vier immortalisierte Zelllinien benutzt, nämlich A-253, Detroit562, FaDu und SCC-9, sowie zwei primäre Linien namens pdSCC-1 und pdSCC-2, beide wurden von der HNO-Klinik in Erlangen gespendet. Ergebnisse und Beobachtungen: Die erste Hyperthermiestufe (42°C) hatte alleine generell gesehen keinen signifikanten Effekt auf die Zellproliferation und auf die bei 37°C gemessenen Wirkungsstärken der drei Zytostatika. Auf der anderen Seite hat 47°C immer zum Zelltod geführt, sowohl alleine, als auch in allen getesteten Kombinationen, wie den IncuCyte® Aufnahmen zu entnehmen ist. Dies legt nahe, dass in letzterem Fall die Hyperthermie die Hauptrolle in der Reduktion der Zellkonfluenz gespielt hat, und nicht die zugegebenen Chemotherapeutika. Einzelne Zellen aus jeder der vier immortalisierten Linien konnten sich jedoch auch nach 47°C gegen Ende der Beobachtungszeit erholen. A-253, Detroit562 und FaDu zeigten eine Tendenz, sich bei höheren Temperaturen vom Boden der Kulturflaschen abzulösen, mit möglicher nachfolgender Wiedererlangung der Adhärenz. Cisplatin und Mitoxantron zeigten verstärkte Wirkung bei 45°C in bestimmten Fällen. Interessanterweise hat der Hitzeschock Docetaxel wenig bis nicht beeinflusst, und das bei jeder Hyperthermiestufe. Die beobachteten Effekte waren abhängig von der Zellkonfluenz vor Applikation der Therapie und von der benutzten Arzneimitteldosis. Die Ergebnisse der Metforminversuche waren weniger einleuchtend, da keine Replikate durchgeführt werden konnten. Trotzdem wurde eine Einschränkung der Expression von HSP60, HSP70 und HSP90 in A-253 Zellen sowohl bei 37°C registriert, als auch bei 42°C. Metformin alleine zeigte auch je nach Dosis einen antiproliferativen Effekt in allen vier immortalisierten Linien, und verstärkte die Wirkung von den Zytostatika bei 42°C und 45°C in manchen Fällen. Schlussfolgerungen: Die Kombination von Hyperthermie mit Cisplatin oder Mitoxantron erscheint als eine vielversprechende Therapiemodalität für HNO-Krebs, jedoch nur bei höheren Temperaturen (≥45°C). Dass sich manche Zellen durch die Hyperthermie ablösen und später an einer anderen Stelle wieder adhärent werden können, sollte in weiteren Studien berücksichtigt werden, da dieses Phänomen eventuell eine unerwünschte Krebszellmigration und Metastasierung ermöglichen könnte. Die Zugabe von Metformin zur üblichen Therapie könnte in manchen Fällen von Nutzen sein, was ebenfalls weiterhin untersucht werden sollte. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass HNO-Krebszellen unterschiedlich auf Hyperthermie und Zytostatika reagieren, was ihre Vielfalt betont und dazu zeigt, wie wichtig eine molekulare Stratifizierung vor einer Therapie sein könnte.