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Item type:Item, Preclinical studies on susceptibility to viral infection driving lung injury and disruptions to lung development in neonates with bronchopulmonary dysplasia(2025) Gunjak, MišaBronchopulmonary dysplasia (BPD) is the most common complication of preterm birth, with significant morbidity and mortality, and is experimentally modelled by exposure of newborn mice to hyperoxia to mimic oxygen supplementation of preterm infants. Infants with BPD have a higher risk of acquiring a respiratory virus infection and have a worse disease course. The pathophysiological mechanisms underlying this increased risk of infection and more severe pathology have not been clarified, but include oxygen creating a more permissive environment for virus infection, or oxygen modulating the lung inflammatory response to virus infection. When neonatal mice were exposed to hyperoxia (85% O2) from birth, and then challenged with pneumonia virus of mice (PVM) on postnatal day (P)4, all hyperoxia-exposed pups infected at a 1:1,000 dilution of viral stock exhibited 100% mortality by P12. In contrast, mice maintained in room air survive PVM infection over a range of virus doses (1,1000, 1:2,500, or 1:5,000), highlighting a stark, dose-dependent synergy between oxygen toxicity and viral challenge. By P11, lungs from hyperoxia-exposed mice, with or without PVM infection, exhibit pronounced alveolar simplification, with enlarged airspaces and diminished septation. The PVM infection under conditions of hyperoxia provokes marked inflammatory infiltration, whereas lungs infected under conditions of normoxia (21% O2) retain normal architecture. Whole-body plethysmography revealed a dose-dependent decline in tidal volume, expiratory volume, minute volume, and breathing frequency in hyperoxia-infected mice. Despite identical early viral replication across both oxygen conditions, the addition of hyperoxia before and concomitant with virus infection reshapes inflammatory signaling and tissue remodeling. Gene expression in lung homogenates indicated early increases of Ccl2, Cxcl10, and Ccl3 mRNA transcript abundance under hyperoxia. Antibody microarrays revealed a shift from homeostatic chemokines (CCL2, IL-25) to pro-inflammatory and fibrotic mediators (IL-6, IL-8, TGF-β1-3) upon infection, with prior and concomitant hyperoxia magnifying CCL17, IL-15, and lung fibrosis pathways. Immune cell profiling using single-cell RNA sequencing revealed that hyperoxia depleted tissue-resident alveolar macrophages (TR-AM) and expanded exudate macrophages, dendritic cells, and neutrophils. Under normoxia, PVM infection enriches a virus-responsive TR-AM subset (AM_PVM), while hyperoxia completely eliminates these protective responses. Single-cell transcriptomics confirmed the loss of AM_HYX (a stress-adapted macrophage subset) and AM_PVM cells in hyperoxia-infected mice, with extensive dendritic cell expansion. Intranasal clodronate liposome–mediated TR-AM depletion in normoxia-treated, virus-infected animals mimicked the lethal phenotype noted in hyperoxia-infected animals, with 100% mortality by P15. These mice exhibited excessive lung inflammation, impaired respiratory function, and a hyperoxia-like proteomic signature, even as viral loads reduced. Therefore, TR-AM dysfunction and skewed inflammatory chemokine signaling, and not viral load, were associated with fatal outcome. Together, these findings reveal that hyperoxia disrupts macrophage-mediated immune regulation in the newborn mouse lung, converting a balanced antiviral defense into maladaptive inflammation. Strategies to preserve or restore TR-AM function may therefore protect preterm infants from severe respiratory viral disease. These novel findings might explain the predisposition of BPD patients to a high risk of respiratory virus infection and worse clinical outcomes.Item type:Item, Analyse des Einflusses von seltenen Codons auf das „Ribosome Pausing“ und die Effizienz der Translation und Replikation des Hepatitis C Virus(2025) Hess, Carolin SophieDas Hepatitis C Virus zählt zu den humanpathogenen Viren mit einzelsträngigen RNA-Genomen mit positiver Polarität. Es befällt vorwiegend Leberzellen und verursacht bei knapp 70 % der Betroffenen eine chronische Hepatitis C. Trotz der Verfügbarkeit hochwirksamer antiviraler Medikamente wird der Behandlungserfolg durch die oftmals späte Diagnosestellung und den begrenzten Medikamentenzugang limitiert. Unbehandelt führt die chronische Hepatitis C im Verlauf einiger Jahre zu einer Leberzirrhose, die mit einem erhöhten Risiko für ein hepatozelluläres Karzinom einhergeht, das in vielen Fällen nicht mehr kurativ therapiert werden kann. Ein Impfstoff wurde bislang nicht entwickelt. Obwohl HCV-Infektionen bis heute ein weltweites Gesundheitsproblem darstellen, ist über den molekularen Ablauf der Translation und Replikation sowie den Wechsel zwischen beiden Prozessen bis heute vieles nicht bekannt. Es bedarf daher weiterer Forschung zur Aufschlüsselung des viralen Replikationszyklus. In vorausgegangenen Studien von G. Gerresheim wurden zwei pausierende Ribosomen auf und vor dem NS5B-Stoppcodon sowie eine Häufung von konservierten, ineffizienten Codons in der NS5B codierenden Region vor dem Stoppcodon detektiert. Im Rahmen dieser Arbeit sollte analysiert werden, ob die ineffizienten Codons eine funktionelle Bedeutung in der Translation oder Replikation des HCV haben. Dazu wurden verschiedene subgenomische HCV-Replikons entwickelt, bei denen die ineffizienten Codons still, d. h. ohne Veränderung der Aminosäuresequenz oder der Sekundärstruktur der RNA, zu effizienten Triplets mutiert wurden. Um die Auswirkungen auf die Translations- und Replikationseffizienz im Vergleich zum Wildtyp zu erfassen, wurden die Replikons in Huh-7.5 Hepatomzellen transfiziert und zu definierten Zeitpunkten HiBiT-Translationsreporter-Assays durchgeführt. Die Translation der Genome wurde dabei als ein indirektes Maß für die Abundanz der Genome betrachtet. Die stille Mutation der ineffizienten zu effizienten Codons hatte in den Assays einen signifikanten negativen Einfluss auf die Replikation der Konstrukte, während die Translation nicht beeinträchtigt wurde. Das Pausieren der Ribosomen auf den ineffizienten Codons in der C-terminalen NS5B-Region scheint somit für die effiziente Initiation der HCV-Replikation durch die NS5B-Polymerase relevant zu sein, möglicherweise sogar als NS5B-Dimer. Dies könnte dadurch vermittelt werden, dass die schon gefaltete katalytische Domäne der NS5B-Polymerase durch das Pausieren genügend Zeit hat, cotranslational auf dem nahe gelegenen 3´-Ende des Genoms ihr Template für die Minusstrang-Synthese in cis zu binden.Item type:Item, Perioperative blutbasierte Biomarkeranalytik und klinische Implikationen im Kontext elektiver kardialer on-pump Bypasschirurgie(2025) Zajonz, Thomas SimonIn der ersten Untersuchung dieser kumulativen Habilitationsschrift wurde evaluiert, ob die Anwendung eines CPB bei CABG zentrale immunmodulatorische Elemente auf unterschiedlichen Ebenen inhibiert und neben der direkten proinflammatorischen Komponente simultan suppressiv auf antiinflammatorische endogene Signalkaskaden einwirkt. Elektive on-pump CABG wies einen gering supprimierenden Effekt auf die Aktivität der AAT-inhibierenden ATP-vermittelten IL-1β-Liberation und Antiprotease-Aktivität, als zentrale Modulatoren der Akute-Phase-Reaktion, auf. Auf Basis der Assoziation dieser untersuchten Biomarker mit cholinergen Signalkaskaden, stellte sich die Frage, ob on-pump CABG die photometrisch analysierte Aktivität von Cholinesterasesubtypen beeinflusst, als blutbasierter Surrogatparameter der cholinergen Homöostase. Zusätzlich wurde exploriert, ob etwaige Alterationen dieser Biomarker mit inflammatorischen Markern und postoperativen Organdysfunktionen assoziiert sind. Die Identifikation signifikanter Alterationen der Butyrylcholinesteraseaktivität im Vergleich zu präoperativen Ausgangswerten war mit dem Auftreten eines POD assoziiert, wobei das POD-Risiko mit zunehmendem Aktivitätsabfall anstieg. Während die Identifikation singulärer Parameter und Biomarker prädiktives Potenzial zur Identifikation von Risikopatienten aufweist, konnte die Kombination von singulären prädiktiven Parametern in Multiparameter-Indices mit einer Steigerung der prädiktiven Kapazität assoziiert werden²⁶². Die Integration der BChE-Aktivität in einen klinisch validierten Prognoseindex zur Prädiktion eines POD und dessen Parameteroptimierung mit Faktoren, welche innerhalb von 24 Stunden postoperativ verfügbar sind, resultierte in einer signifikant gesteigerten Prognosefähigkeit gegenüber dem originären Index und erscheint klinisch implementierbar. Die Integration dieser Ergebnisse in die klinische Praxis könnte eine frühzeitige Risikostratifizierung und gezielte Intervention bei Patienten mit hohem postoperativen Delir-Risiko verbessern. Da die Anwendung eines cCPB während kardiochirurgischer Operationen mit der Initiierung einer Akute-Phase-Reaktion und Organdysfunktionen assoziiert ist, erfolgten Modifikationen der extrakorporalen Zirkulation um diese zu reduzieren. Ein zentraler Ansatz besteht in der Minimierung der Systeme und damit einhergehender Reduktion von Blut-Fremdoberflächenkontakt, geringeren Primingvolumen und limitierten Blut-Luft-Kontakt. In diesem Zusammenhang wurden Alterationen von Biomarkern aus dem Bereich der mitochondrialen Nukleinsäuren und Proteinen untersucht. Die Anwendung der MiECC im Vergleich zum cCPB resultierte in einer signifikant geringeren Liberation zirkulierender mtDNA als Biomarker zellulärer Destruktion bzw. als DAMP. Diese Reduktion war mit einer geringeren inflammatorischen Patientenantwort assoziiert. Von klinischer Relevanz war die Beobachtung, dass erhöhte mtDNA-Konzentrationen mit einem erhöhten Risiko für POAF assoziiert waren. Dieses prädiktive Potenzial kann möglicherweise genutzt werden, um im Zusammenhang mit Risikostratifikationskonzepten Patienten frühzeitig und prolongiert rhythmologisch zu überwachen und gegebenenfalls zu therapieren. Die Evaluation suPAR, eines Glykoproteins, das in inflammatorische und koagulative Kaskaden integriert ist und potenziell die Genese von Organdysfunktionen nach on-pump CABG beeinflusst, demonstrierte, dass der Einsatz eines MiECC-Systems mit reduzierten suPAR-Konzentrationen assoziiert war. Dies kann als attenuierte inflammatorische Patientenreaktion interpretiert werden. Sekundär identifizierte die Untersuchung eine signifikante Assoziation mit AKI, wobei eine positive Korrelation zwischen suPAR-Konzentration und AKI-Risiko nachgewiesen wurde. Die limitierte prädiktive Validität könnte möglicherweise im Kontext von AKI-Multi-Biomarker-Panels optimiert werden. Abschließend wurde auf Proteinebene sDLL1 analysiert, das im Kontext septischer Erkrankungen als vielversprechender Biomarker beschrieben wurde. In der untersuchten on-pump CABG-Kohorte wies sDLL1 Alterationen unabhängig vom angewendeten CPB-System, der Bypassdauer, medikamentöser Dauertherapie oder Komorbiditäten (mit Ausnahme von Diabetes mellitus Typ II) auf. Neben dieser Robustheit gegenüber diversen Einflussvariablen zeigten die beobachteten sDLL1-Alterationen prädiktives Potenzial für das Auftreten einer AKI und eines POD. Die beobachtete limitierte prädiktive Validität bezüglich einer AKI des Biomarkers sDLL1 und die Assoziation mit der Inzidenz eines POD bedürfen weiterer Evaluation in Folgestudien und könnten für den klinischen Einsatz in Multi-Biomarker-Panels von Relevanz sein.Item type:Item, Analysis of Hormones and Coccidiostats in Dust from Animal Husbandry(2026) Pauelsen, FrancesThe growth of the global population is accompanied by an increasing consumption of animal-derived food products. To meet this steadily growing demand, hormones, coccidiostats and other veterinary pharmaceuticals are employed to enhance the efficiency and profitability of breeding and fattening facilities while ensuring a certain level of animal welfare. The use of various veterinary pharmaceuticals leads to environmental contamination via multiple exposure pathways. Whilst the primary routes of entry via manure and slurry are well established, stable dust has hitherto received little consideration as a potential exposure pathway. This dissertation systematically investigates the occurrence of steroid hormones (oestrogens, androgens, and progestogens) and coccidiostats (ionophores and synthetic compounds) in stable dust from various animal husbandry facilities using liquid chromatography–tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). A novel LC-MS/MS method was developed for the analysis of stable dust samples and fully validated according to Commission Implementing Regulation (EU) 2021/808, enabling the detection of 22 steroids and coccidiostats at trace analytical concentrations in complex matrices. Extraction parameters were optimised and validated through systematic optimisation experiments (Design of Experiments). For 17 of the 22 analytes, specificity, selectivity, and uncertainty related performance characteristics of the method comply with international requirements for residues in foodstuffs. Analysis of 50 stable dust samples from laying hen facilities, broiler chicken operations and breeding sow facilities revealed coccidiostat concentrations in the mg/kg range (e.g. narasin up to 15.72 mg/kg, nicarbazin up to 11.50 mg/kg) and steroid hormone levels ranging from 0.30–2.62 mg/kg in some instances. Archive samples from the 1980s demonstrate the persistence of these substances over decades. A risk assessment using PEC/PNEC ratios for aquatic organisms indicates an elevated environmental risk. The results provide further indications that stable dust represents a previously underestimated environmental and exposure compartment. Sub-therapeutic doses of coccidiostats in dust particles may promote the development of resistant parasite strains. The inhalation of dust contaminated with various pharmaceutical residues moreover may presents a previously underestimated occupational health risk. This work contributes substantially to the understanding of a novel entry route of veterinary pharmaceuticals and feed additives into the environment and provides a scientific foundation for future hygiene and occupational safety measures in intensive animal husbandry within the context of the One Health Approach.