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Unsere Augen verbinden die visuelle Umgebung mit dem Gehirn mittels spezialisierter chemischer Synapsen, die Ribbonsynapsen genannt werden. Ribbonsynapsen sind kontinuierlich aktive Synapsen, die eine tonische Transmitterfreisetzung auf einem hohen Niveau durchführen (Heidelberger et al., 2005; Schmitz, 2009; Lagnado und Schmitz, 2015). Für diese Aufgabe benötigen Ribbonsynapsen eine permanente Bereitstellung von aktivierten synaptischen Vesikeln, die dann ihren Neurotransmitterinhalt mittels Exozytose in den synaptischen Spalt freisetzen. Das synaptische Ribbon (deutsch: „synaptische Band“) ist die charakteristische, namensgebende Strukturspezialisierung der Ribbonsynapsen, welche an der aktiven Zone verankert ist (Sjostrand, 1953; Sterling et al., 2005). Dabei ist das synaptische Ribbon mit einer großen Anzahl von synaptischen Vesikeln assoziiert, die in der aktiven Zone für die kontinuierliche Exozytose zur Verfügung gestellt werden und ist zudem für die Organisation des synaptischen Vesikelzyklus sowie für die Aktivierung („Primen“) von synaptischen Vesikeln wichtig (Zenisek et al., 2000; Jackman et al., 2009; Joselevitch und Zenisek, 2020). Ribeye ist die Hauptkomponente des synaptischen Ribbons und findet sich in seiner spezifischen Zusammensetzung ausschließlich bei Ribbonsynapsen, wobei es essenziell für den Aufbau der synaptischen Ribbons ist (Schmitz et al., 2000; Maxeiner et al., 2016; Shankhwar et al., 2022). Das Protein Ribeye kann unterteilt werden in eine für Ribeye-spezifische aminoterminale A-Domäne, die primär strukturelle Aufgaben besitzt, und eine carboxyterminale B-Domäne, welche zu großen Teilen identisch mit CtBP2 ist, einem ubiquitär exprimierten Co-Repressor-Protein im Zellkern (Schmitz et al., 2000; Schmitz, 2009; Maxeiner et al., 2016). Während der letzten Jahre wurde Ribeye als Ziel für verschiedenste Interaktionen innerhalb des synaptischen Ribbons identifiziert und ist vermutlich der wichtigste Faktor, um die exakte Funktion der namensgebenden synaptischen Ribbons der Ribbonsynapsen zu verstehen (tom Dieck et al., 2005; Alpadi et al., 2008; Magupalli et al., 2008; Sheets et al., 2011; Schwarz und Schmitz, 2017; Müller et al., 2019). Ribbonsynapsen sind nicht nur in den Augen zu finden, sie sind ebenso wichtig fürs Hören und das Gleichgewicht. Deshalb sind Ribbonsynapsen ebenfalls in der Cochlea und dem Vestibularorgan zu finden, sie kommen aber ebenso in Photorezeptor-ähnlichen Zellen der Zirbeldrüse vor sowie im lateralen Seitenorgan und Elektrorezeptoren bei Fischen (Sterling et al., 2005; Moser, Brandt, et al., 2006; Nouvian et al., 2006; Matthews und Fuchs, 2010). Neben dem Hauptstrukturprotein Ribeye sind darüber hinaus noch weitere Proteine am synaptischen Ribbon zu erwarten, die spezifische Funktionen an der Oberfläche der Ribbons ausführen. Um diese und auch verwandte Fragen bezüglich der Molekularanatomie und funktionellen Rolle der Ribbons durch morphologische, biochemische und molekulare Techniken zu klären, sind Antikörper gegen Ribeye als funktionelle Werkzeuge von enormer Bedeutung. In meiner Dissertationsarbeit habe ich daher zwei neue monoklonale Antikörper, 10F8 und 13B5, gegen die B-Domäne von Ribeye analysiert und dabei die Funktionalität und Spezifität beider Antikörper für Ribeye durch verschiedene morphologische und biochemische Untersuchungen charakterisiert und belegt. Ich konnte zeigen, dass beide Antikörper Ribeye innerhalb der Augen von Mäusen und Rindern spezifisch erkennen, wobei starke und selektive Signale mit der Immunfluoreszenz-Technik gezeigt werden konnten. Für den Ribeye-Antikörper 10F8 konnte ich auch auf ultrastruktureller, elektronenmikroskopischer Ebene seine Bindung an die synaptischen Ribbons zeigen. Beide Antikörper zeigten im Western Blot die charakteristischen Ribeye-Banden. Die Spezifität der Antikörper für Ribeye wurde durch Untersuchungen an der Ribeye Knockout Maus ultimativ belegt. Um die Bindungsstelle weiter zu charakterisieren, habe ich Fusionsproteine der Untereinheiten der B-Domäne hergestellt. Beide Antikörper reagierten hierbei ausschließlich mit der sogenannten Substrat-bindenden (SBD)-Untereinheit der B-Domäne von Ribeye. Zur Bestimmung des exakten Epitops innerhalb SBD-Untereinheit der B-Domäne habe ich die Dot Blot-Methode mit überlappenden Peptidsequenzen benutzt und konnte dadurch die genaue Bindungsstelle der beiden Antikörper bestimmen. Diese Antikörper können nun eingesetzt werden, um eine mögliche Expression von Ribeye in den verschiedenen Regionen des ZNS im Detail zu untersuchen. Eine bereits ausgetestete mögliche Expression von Ribeye im Cerebellum konnte nicht verifiziert werden. Weiterhin können die neuen Antikörper von großer Bedeutung für die weitere biochemische Charakterisierung des synaptischen Ribbonkomplexes in Retina und Innenohr sowie der Zirbeldrüse sein.

The treatment of infections with HIV or HCV is challenging. Thus, novel drugs and new computational approaches that support the selection of therapies are required. This work presents methods that support therapy selection as well as methods that advance novel antiviral treatments. geno2pheno[ngs-freq] identifies drug resistance from HIV-1 or HCV samples that were subjected to next-generation sequencing by interpreting their sequences either via support vector machines or a rules-based approach. geno2pheno[coreceptor-hiv2] determines the coreceptor that is used for viral cell entry by analyzing a segment of the HIV-2 surface protein with a support vector machine. openPrimeR is capable of finding optimal combinations of primers for multiplex polymerase chain reaction by solving a set cover problem and accessing a new logistic regression model for determining amplification events arising from polymerase chain reaction. geno2pheno[ngs-freq] and geno2pheno[coreceptor-hiv2] enable the personalization of antiviral treatments and support clinical decision making. The application of openPrimeR on human immunoglobulin sequences has resulted in novel primer sets that improve the isolation of broadly neutralizing antibodies against HIV-1. The methods that were developed in this work thus constitute important contributions towards improving the prevention and treatment of viral infectious diseases.

Many human diseases are related to a disturbed balance of intracellular pro- and antioxidants, in favour of the pro-oxidants. This event is called Oxidative Stress (OS). The latter is characterised, for instance, by elevated levels of reactive species and diminished concentrations of antioxidants. The development of multifunctional redox modulators, which are able to exploit the pre-existing redox imbalance in abnormal cells promises new treatments for those diseases. Whilst healthy cells remain mostly unaffected, cell death in such abnormal cells is induced preferentially via apoptosis. Based on this notion, the first part of the present work describes the development of new redox modulators based on quinones and chalcogens. The compounds synthesised were investigated in detail regarding their toxicity and their redox-modulating and anti-inflammatory properties in various cell culture assays. These show high effiency and selectivity and hence represent a promising class of new multifunctional agents. The second part of this work addresses the synthesis and analytical characterisation of potential redox modulators based on porphyrins. Hence 12 hitherho unknown selenium-containing metal-free porphyrins were synthesised and extensively studied using UV/VIS spectroscopy, mass spectrometry and different NMR-techniques.