Overview of research projects

Funding: Deutsche Forschungsgemeinschaft, 405.350 EUR

Project Details:
Rund 30% der Epilepsiepatienten sprechen nicht auf die Therapie mit Antiepileptika an, sind also pharmakoresistent. Für einige Formen epileptischer Anfälle, z.B. neonatale Anfälle, ist die Situation noch deutlich schlechter aus. Deshalb sind neue Strategien für die Entwicklung besser wirksamer Antiepileptika von hohem medizinischen Interesse. Darüber hinaus besteht ein dringender Bedarf, Substanzen zu entwickeln, die die Entstehung von Epilepsien nach Hirninsulten verhindern, also Epilepsie-prophylaktisch (antiepileptogen) wirken. Das Diuretikum Bumetanid, ein selektiver Inhibitor von Na-K-Cl-Cotransportern (NKCCs), wird seit mehreren Jahren als hochinteressante antiepileptische und antiepileptogene Substanz diskutiert, da eine erhöhte Expression von neuronalem NKCC1 und die daraus resultierende Veränderung der Funktionalität von GABA sowohl in der Epileptogenese als auch als Mechanismus von Pharmakoresistenz bei neonatalen und adulten Epilepsien eine wichtige Rolle zu spielen scheint. Experimentelle Untersuchungen mit Bumetanid schienen diese Annahme zu bestätigen; erste klinische Untersuchungen bei neonatalen Anfällen verliefen jedoch negativ. Dies ist offensichtlich eine Konsequenz des hohen Ionisationsgrades von Bumetanid im Plasma, der eine Penetration ins Gehirn weitestgehend verhindert, wie von der Arbeitsgruppe Löscher 2010 erstmals berichtet wurde. Die Arbeitsgruppe entwickelte daraufhin lipophile Prodrugs von Bumetanid, die besser ins Gehirn penetrieren und dort Bumetanid freisetzen; mit dieser Strategie konnten jedoch einige wesentliche Nachteile von Bumetanid, z.B. die fehlende Differenzierung zwischen renalem NKCC2 und neuronalem NKCC1, nicht gelöst werden. Ziel der geplanten Untersuchungen im Rahmen dieses Antrages ist die Entwicklung und Charakterisierung neuer hirngängiger Bumetanidderivate mit möglichst selektiver Wirkung auf neuronales NKCC1. Ausgangspunkt für diese Untersuchungen sind Bumetanidderivate, die von unserem Kooperationspartner Peter Feit im Rahmen der Entwicklung von Bumetanid synthetisiert wurden und sich in ihren strukturellen und diuretischen Eigenschaften von Bumetanid möglichst deutlich unterscheiden. Ausgehend von den Ergebnissen mit diesen Derivaten wird unser Kooperationspartner Thomas Erker weitere Substanzen synthetisieren. Die inhibitorische Wirkung dieser Substanzen auf NKCC1 vs. NKCC2 wird zunächst in einem Oozyten-Expressionsassay bestimmt. Dabei wird auch die vor allem im Gehirn exprimierte NKCC1-Splicevariante NKCC1b untersucht. Die interessantesten Substanzen werden in In-vivo-Modellen an Maus und Ratte auf (a) Hirngängigkeit, (b) diuretische Wirkung, und (c) antiepileptische und antiepileptogene Wirkung untersucht. Wir erwarten von diesen umfangreichen Untersuchungen nicht nur die Optimierung der Bumetanidstruktur für die Behandlung von Hirnerkrankungen, sondern auch ein besseres Verständnis der Rolle von NKCC1 in Epileptogenese und Iktogenese.

Cooperation Partners:

Diverse

Funding: Deutsche Forschungsgemeinschaft, 349.232 EUR

Project Details:
Angesichts der Pharmakoresistenz von häufigen Hirnerkrankungen wie Epilepsie oder Depressionen gegenüber gängigen Therapieverfahren und der potentiellen Bedeutung von Efflux-Transportern wie P-Glycoprotein (Pgp) für Resistenzmechanismen sind die Entschlüsselung der Regulationsmechanismen von Pgp an der Blut-Hirn-Schranke (BHS) sowie die Suche nach innovativen Therapieeinsätzen, von grundlegender Bedeutung. Die bisherigen Untersuchungen zur Regulation von Pgp konzentrierten sich hauptsächlich auf transkriptionelle Anpassungen (Veränderungen der Aktivität der Transkriptionsfaktoren und der Pgp-Expression), post-transkriptionelle Modifikationen (Veränderungen des Pgp-Proteins und Regulation der Translation der Pgp-mRNA durch mikroRNAs), Pgp-Trafficking-Mechanismen von bereits exprimierten Pgp von intrazellulären Kompartimenten zur apikalen Membran, sowie Pgp-modulierende Signaltransduktion. Eine gänzlich neue Betrachtungsweise in der BHS-Forschung wird durch den im Rahmen von Voruntersuchungen neu entdeckten Zell-Zell-Pgp-Transfer bedingt. Vermutlich wird der Pgp-Transfer in den Hirnendothelzellen über direkten Zell-Zell-Kontakt und/oder über Exosomen vermittelt, in denen wir Pgp identifiziert haben. Dieser neue Prozess soll im beantragten Projekt vergleichend mit anderen Pgp-Regulationsmechanismen an der menschlichen BHS untersucht werden. In einem anschließenden Schritt sollen die wichtigsten pharmakologischen Befunde der In-vitro-Untersuchungen an einer neuen humanisierten Mauslinie mittels In-vivo-Imaging auf ihre Bedeutung für die In-vivo-Regulation der BHS untersucht werden. Wir erwarten von unseren Untersuchungen die Charaktersierung eines neuen Regulationsmechanismus von Pgp an der BHS und damit die Möglichkeit des pharmakologischen Eingriffs in Resistenzmechanismen von Hirnerkrankungen.

Cooperation Partners:

Diverse

Project Details:
Erstellung von Referenzwerten für den Säure-Basen-Haushalt und die Blutgasanalyse bei gesunden Heimtierkaninchen. Es wurden 80 gesunde Kaninchen, die für Vorsorgeuntersuchungen, Kastrationen oder Impfungen vorgestellt wurden, beprobt.

Results:

Brezina T, Thöle M, Mischke R, Fehr M: Referenzwerte für die arterielle Blutgasanalyse beim Kaninchen am Rapid Lab 348EX. Kleintierprax 62: 703, 2017

Funding: teilweise zugehörig zum Projekt FERTHIK

Project Details:
Ermittlung des Bedarfs sowie der Wünsche und Anforderungen von Studierenden und Lehrenden zu Aufzeichnungen tiermedizinischer Vorlesungen und dem Gebrauch des TiHo-YouTube-Kanals durch die Studierenden an der TiHo im Zusammenhang mit den Lernstationen im Clinical Skills Lab (CSL).
Der Einsatz von Videomaterial in der tiermedizinische Lehre soll mit dieser Untersuchung beforscht werden. Die ermittelten Ergebnisse sollen die Einführung der Vorlesungsaufzeichnung an der TiHo sowie die Produktion von Videos für den YouTube-Kanal optimieren, so dass diese den Ansprüchen und Anforderungen der zukünftigen Benutzer entsprechen.

Results:

Müller, Lina Rebecca (2018): Der Einsatz von Videomaterial in der veterinärmedizinischen Lehre. Hannover. Online unter: https://elib.tiho-hannover.de/receive/tiho_mods_00000097

Funding: Rassehundezuchtverbände , 50.000 EUR

Project Details:
Das Forschungsvorhaben hat zum Ziel, die genetischen und strukturellen Varianten mit signifikantem Einfluss auf idiopathische Epilepsie bei verschiedenen Hunderassen zu erforschen. Für diesen Zweck werden laufend Proben von mehr als 10 verschiedenen Rassen gesammelt. Der Schwerpunkt liegt momentan bei den Rassen Großer Schweizer Sennenhund, St. Bernhardshund, Deutsch Drahthaar und weiteren Rassen. Betroffene Hunde und sorgfältig ausgewählte Kontrolltiere werden auf dem canine Illumina high density Beadchip genotypisiert und anschließend ausgewählte Hunde mittels Next-Generation-Sequencing sequenziert. Von Hunden mit Verdacht auf idiopathische Epilepsie wird an Tierkliniken die Ausschlussdiagnostik nach einem vorgegebenen Schema durchgeführt.
besonders langer Lebensdauer werden spezifisch Proben gesammelt. Die Suche nach genomweit assoziierten SNPs (single nucleotide polymorphisms) soll helfen, die für idiopathische Epilepsie entscheidenden Genloci zu identifizieren. Mit Hilfe des Projekts sollen die Züchter unterstützt werden, Hunde mit der erwünschten Freiheit von idiopathischer Epilepsie züchten zu können.

Cooperation Partners:

Tierkliniken

Funding: BLE, 268.000 EUR

Project Details:
Vernetzung vorhandener amtlicher und wirtschaftseigener Daten zu einem treuhänderisch und als Public-Private-Partnership verwalteten DatenInformationsSystem zur Verbesserung von Tierwohl und Tiergesundheit beim Schwein.

Cooperation Partners:

Institut für Biometrie, Epidemiologie und Informationsverarbeitung

Funding: DFG, 254.000 EUR

Project Details:
Co-Infektionen im Atemtrakt spielen in der modernen Nutztierhaltung, vor allem beim Schwein, eine dominierende Rolle. Die Bekämpfung von Co-Infektionen ist schwierig, da die Pathogenese wesentlich komplexer ist als die von Monoinfektionen. Die Problematik ist seit vielen Jahren bekannt, dennoch gibt es bisher nur wenige wissenschaftliche Erkenntnisse zu den grundlegenden molekularen Interaktionen zwischen Erregern und Wirt bei Co-Infektionen. Im Tiermodell ist dies nur sehr schwer zu analysieren. Umso wichtiger sind geeignete in vitro Co-Infektionsmodelle, die möglichst nahe an die in vivo Situation heranreichen. Im beantragten Projekt planen wir die Etablierung und den Einsatz solcher Modelle und nutzen dafür zwei sehr wichtige Erreger im porcinen Atemtrakt, Influenzaviren und Streptococcus suis. Beide Erreger spielen zudem auch als Verursacher von Zoonosen beim Menschen eine Rolle; insofern hat das Projekt auch eine humanmedizinische Komponente und trägt dem "One-Medicine"-Konzept Rechnung.
Ziel des Projekts ist die Aufklärung von Wechselwirkungen zwischen Streptokokken und Influenzaviren bei der Co-Infektion porciner Atemwegsepithelzellen. Es geht uns sowohl darum, wie sich eine primäre Infektion mit Influenzaviren auf die Empfänglichkeit des Epithels gegenüber einer Infektion mit S. suis auswirkt, als auch darum, wie eine primäre Infektion mit S. suis eine folgende Infektion mit Influenzaviren beeinflusst. Eine unserer Arbeitshypothesen dazu ist, dass eine Primärinfektion mit Influenzaviren zur Expression von Hämagglutinin auf der Epithelzelloberfläche führt und damit einen Rezeptor für die Adhärenz von S. suis zur Verfügung stellt. Umgekehrt könnte eine Primärinfektion mit S. suis zur Reduzierung der Cilienaktivität und damit zu einer erhöhten Empfänglichkeit der betreffenden Zellen gegenüber Influenzaviren führen. Für beide Hypothesen haben wir bereits Hinweise aus Vorarbeiten.
Die erwarteten Ergebnisse aus dem Projekt werden grundlegende Erkenntnisse darüber liefern, wie sich beide Erreger bei Co-Infektionen des porcinen Atemtrakts gegenseitig beeinflussen.

Results:

Derzeit ist ein Verlängerungsantrag in Begutachtung.

 

Bisherige Ergebnisse finden sich in folgenden Publikationen:

Meng F, Wu N-H, Seitz M, Herrler G, Valentin-Weigand P. Efficient suilysin-mediated invasion and apoptosis in porcine respiratory epithelial cells after streptococcal infection under air-liquid interface conditions. Sci Rep 2016 May 27; 6:26748. doi:10.1038/srep26748.

 

Tong J, Fu Y, Wu N-H, Rohde M, Meng F, Valentin-Weigand P*, Herrler G*. Sialic acid-dependent interaction of group B streptococci with influenza virus-infected cells reveals a novel adherence and invasion mechanism. Cell Microbiol. 2018; 20:e12818. https://doi.org/ 10.1111/cmi.12818.*equal contribution

 

Vötsch D, Willenborg M, Weldearegay YB, Valentin-Weigand P. Streptococcus suis - the "two faces" of a pathobiont in the porcine respiratory tract. Front Microbiol 2018 Mar 15;9:480. doi: 10.3389/fmicb.2018.00480. (review article)

 

Tong J, Fu Y, Meng F, Krüger N, Valentin-Weigand P*, Herrler G*. The sialic acid binding activity of human parainfluenza virus 3 and mumps virus glycoproteins enhances the adherence of group B streptococci to HEp-2 cells. Front Cell Infect Microbiol. 2018 Aug 17; 8:280. doi: 10.3389/fcimb.2018.00280. eCollection 2018.*equal contribution

 

Meng F, Tong J, Vötsch J, Willenborg M, Herrler G, Wu N, Valentin-Weigand P. Viral co-infection replaces effects of suilysin on adherence and invasion of Streptococcus suis into respiratory epithelial cells grown under air-liquid interface conditions Infect Immun. 2019 Jul 23;87(8). pii: e00350-19. doi: 10.1128/IAI.00350-19. Print 2019 Aug.

Funding: DFG, 226.000 EUR

Project Details:
Viral-bakterielle Co-Infektionen: Auswirkung von Streptococcus suis auf die Influenzavirus-Infektion in differenzierten porzinen Atemwegsepithelzellen

Funding: Deutsche Forschungsgemeinschaft, 306.000 EUR

Project Details:
Für das Polyphenol Resveratrol (trans-3,5,4?-trihydroxystilben) wurden in den letzten Jahren verschiedene positive Effekte beschrieben. Neben anti-kanzerogenen und anti-inflammatorischen Effekten wurden positive Wirkungen im Zusammenhang mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen sowie Obesitas und assoziierten Erkrankungen, darunter antihyperglykämische Effekte, beobachtet. Die zu Grunde liegenden Mechanismen werden intensiv erforscht, wobei eine Vielzahl von Signalwegen durch Resveratrol beeinflusst wird.
Aufgrund eines möglichen Einsatzes von Resveratrol als Nahrungsergänzungsmittel wurde bislang im Hinblick auf die Bioverfügbarkeit die intestinale Metabolisierung von Resveratrol untersucht, es liegen jedoch wenige Studien zu Einflüssen von Resveratrol auf die intestinale Nährstoff- und Elektrolytaufnahme vor.
Am porcinen Dünndarm konnte eine signifikante Inhibition der Glucoseaufnahme durch Resveratrol in In-vitro-Versuchen nachgewiesen werden, die zumindest zum Teil unabhängig von intrazellulären Signalwegen stattzufinden scheint. Besonders im Hinblick auf eine antihyperglykämische Wirkung von Resveratrol ist dieser Befund von Bedeutung.
In diesem Projekt soll deswegen zum einen durch funktionelle Studien untersucht werden, ob neben dem intestinalen Glucosetransport weitere Elektrolyt- und Nährstofftransportsysteme durch Resveratrol beeinflusst werden.
Zum anderen soll der zu Grunde liegende Mechanismus weiter aufgeklärt werden. Unter anderem wird in der Literatur eine Resveratrol-vermittelte Aktivierung der AMP-aktivierten Proteinkinase (AMPK) als bedeutsam für seine Wirkung beschrieben. Da eine AMPK-Aktivierung laut Stand der Forschung eine Erhöhung der intestinalen Glucoseaufnahme zur Folge haben sollte, was im Gegensatz zu den o.g. Arbeiten steht, ist von Interesse, ob Resveratrol im porcinen Dünndarm überhaupt zu einer Aktivierung von AMPK führt.
Als ein möglicher Mechanismus, der trotz einer AMPK-Aktivierung zu einer Inhibition des Glucosetransportes führen könnte, ist die Beeinflussung des Membranpotentials als Triebkraft für elektrogene Transportprozesse, genauer die Beeinflussung der Leitfähigkeit von Kaliumkanälen, durch AMPK denkbar. Eine solche Beeinflussung des Membranpotentials wäre jedoch auch direkt durch Resveratrol vermittelbar. Diese Zusammenhänge werden durch funktionelle und molekularbiologische Studien untersucht.
Als Mechanismus, durch den Resveratrol unabhängig von intrazellulären Signalwegen einen Einfluss auf den Nährstofftransport ausüben könnte, soll eine Resveratrol-Transporter-Interaktion am Beispiel des Na+-abhängigen Glucosetransporters 1 untersucht werden. Auch ist eine Einlagerung von Resveratrol in die Zellmembran denkbar, die durch eine Veränderung in der Struktur von Membranmikrodomänen zu Veränderungen in den Aktivitäten intestinaler Elektrolyt- und Nährstofftransporter führen könnte, was durch molekularbiologische Methoden untersucht wird.

Results:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30309374

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29510506

Funding: DFG MA 5202/1-1;-2, 199.700 EUR

Project Details:
The project aim was to describe and characterize enteric mechanosensitive neurons and their role for sensory processing in the ENS. This was achieved using voltage sensitive dye imaging in primary cultures of guinea pig and human enteric neurons.
The idea at the basis of this project was to advance the knowledge on sensory processing in the ENS and to find novel models that apply for basic enteric neurobiology as well as for disease associated sensorimotor disorders in the gut.