dc.contributor.author
Breitkreuz-Korff, Olga
dc.date.accessioned
2018-06-07T17:42:10Z
dc.date.available
2018-03-26T09:30:49.718Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/4165
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-8365
dc.description.abstract
Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) reguliert den Stoffaustausch zwischen Blut und
Gehirn. Dies erschwert den Durchtritt zahlreicher Pharmaka ins ZNS und
limitiert Therapiemöglichkeiten zerebraler Erkrankungen. Bisherige
Behandlungstrategien basieren auf einer unspezifischen BHS-Öffnung bzw. hohen
Wirkstoffdosierungen, verbunden mit starken Nebenwirkungen und eingeschränkter
Effizienz. Ein Optimierungsansatz ist die transiente parazelluläre Öffnung der
BHS, welche durch Gehirnkapillarendothelzellen gebildet wird. Claudine (Cldn),
wesentlicher Bestandteil von Tight Junctions (TJs), dichten den
Parazellularraum ab und sind daher ein vielversprechendes Drug Target. In den
TJs der BHS wird hauptsächlich Cldn5 exprimiert. Des Weiteren wurden Cldn1, -3
und -12 sowie Cldn22, -24 und -25 nachgewiesen. Im Rahmen der Arbeit wurde
gezeigt, dass Cldn12, Cldn22, -24 und -25 schwache, heterophile trans
Interaktionen eingingen, jedoch nicht zur parazellulären Abdichtung beitrugen.
Cldn3 hingegen wies in vivo eine BHS-abdichtende Wirkung auf. Der Cldn3-Knock
out (Cldn3-KO) hatte im Kapillarendothel die Verringerung von Cldn1 zur Folge
sowie eine erhöhte Permeabilität der BHS für kleine Moleküle. Die erhöhte
Permeabilität im KO wirkte sich in ischämiegeschädigtem Hirnareal in einer im
Vergleich zum Wildtyp geringeren Schwellung und Infarktgröße aus, begleitet
von einer Reduktion von Occludin und Zonula Occludens-1 in den TJs. Damit ist
Cldn3 als relevant für die Integrität der BHS einzustufen. Aufgrund seiner
schwachen Expression ist es aber kein geeignetes Target für eine
Cldn3-basierte BHS Öffnung. Der Cldn5-spezifische Modulator BO1 verringerte
die Cldn5-Proteinmenge und die Permeabilität der BHS gegenüber Ladungsträgern
konzentrationsabhängig und reversibel für bis zu 48 h. Dabei reduzierte BO1
über den β Catenin Pathway die Cldn5-Transkription. Unter Verwendung von
2-Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin (HPβCD) als Lösungsvermittler wurde nach
dreifacher i.v. Gabe eine permeabilitätssteigernde BO1-Wirkung in vivo
erreicht. Diese Vorbehandlung ermöglichte die signifikante Wachstumsreduktion
eines Glioblastoms durch das ansonsten nicht gehirngängige Zytostatikum
Paclitaxel. Somit wurde BO1 als neuer Ansatz zur Verbesserung der ZNS-
Gängigkeit eines Wirkstoffs nachgewiesen. Damit trägt diese Arbeit wesentlich
zum besseren Verständnis der BHS-Modulation durch TJ-Regulation bei mit dem
Potential zur Verbesserung der Wirkstofffreisetzung für verschiedene
Erkrankungen des ZNS.
de
dc.description.abstract
The blood-brain barrier (BBB) efficiently regulates the transport of compounds
between blood and brain, limiting the delivery of hydrophilic drugs into the
CNS. Hence, specific treatment of cerebral diseases, e.g. glioblastoma or
stroke, is severely restricted. Today therapies are based on an unspecific
opening of the BBB and a high drug dosage, which is less efficient and causes
adverse reactions. An optimum strategy is the transient paracellular opening
of the BBB formed by endothelial cells. Their paracellular tightening is
mediated by specific claudin (cldn) subtypes forming intercellular tight
junctions (TJs). This makes Cldns a promising drug target. In BBB TJs, Cldn5
is the dominantly expressed protein. Yet, Cldn1, -3, -12, -22, -24 and -25 are
also expressed. This dissertation shows, that Cldn12, -22, -24 and -25 formed
weak, heterophilic trans-interactions. But they did not contribute to the
paracellular tightening. Cldn3 had a BBB tightening function in vivo.
Cldn3-knock out resulted in a reduction of Cldn1 in the brain capillary
endothelial cells and an upregulated permeability of the BBB for small
molecules. In the postischemic brain, this resulted in a reduced swelling and
smaller infarction size compared to that of the wild type. Additionally, a
reduction of occludin (Occl) and zonula occludens protein 1 (ZO-1) was shown.
This proves, that even though Cldn3 is critical for the integrity of the BBB.
However, due to its low expression it is not suited as target to improve drug
delivery through the BBB. For Cldn5-based enhancement of the BBB permeability
the Cldn5-specific small molecule BO1 was developed. It decreased
concentration-dependently Cldn5 protein amount and the transendothelial
electrical resistance as tightness marker of the BBB for ca. 48 h.
Furthermore, it down-regulated Cldn5-transcription through a β Catenin
involving pathway. Using 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD) as solubility
enhancer an in vivo active BO1-concentration was achieved, causing higher BBB
permeability after triple i.v. injection. BO1 increased the uptake of sodium
fluorescein into the brain. Moreover, it enabled a better uptake of the
cytostatic agent paclitaxel, which normally does not cross the BBB, leading to
a significant reduction of the gliobastoma. So, BO1 is a novel approach to
transiently increase drug delivery through the BBB. Collectively, this thesis
offers new insights into the modulation of the BBB via TJs and a new
perspective to improve pharmacotreatment of cerebral diseases.
en
dc.format.extent
IX, 118 Seiten
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
tight junctions
dc.subject
blood-brain barrier
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::572 Biochemie
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Charakterisierung und Modulation von Claudinen zur Öffnung der Blut-Hirn-
Schranke
dc.contributor.contact
breitkreuz.korff@gmail.com
dc.contributor.firstReferee
PD Dr. Ingolf E. Blasig
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Sigmar Stricker
dc.date.accepted
2018-03-16
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000106784-3
dc.title.translated
Characterization and Modulation of Claudins to Open the Blood-Brain Barrier
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000106784
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000023481
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access