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Land-use change is among the most important human impacts on habitat quality and species diversity. In this study, we investigated the effects of land use on river habitat quality and sediment granulometry in a larger tropical river, affected by urbanization and agricultural land use. We selected 15 representative sampling reaches in the Rio das Mortes basin, 12 of them along the main river from its headwater to its mouth, and 3 in major tributaries. A habitat survey was conducted in these reaches in the dry season 2010 and sediment samples were taken for granulometry analyses. Sub-basin land cover of reaches was dominated by natural vegetation (41.6 to 60.2% of total land cover), followed by agricultural land cover (38.4% to 56.9%) and urban land cover (1.4% to 5.6%). Sediments were dominated by poorly to moderately sorted silts to sands, little conducive to diverse biological communities. According to the river habitat survey, all investigated river reaches exhibited moderately to totally disturbed habitat integrity, due to diverse and often co-occurring human impacts, such as riparian deforestation, water abstraction, sand and gravel extraction, and margin erosion. Only one of the investigated sampling reaches exhibited the minimum riparian forest corridor width demanded by the Brazilian Forest Code. Our results indicated that river habitat and sediment quality mainly depended on conditions in the direct vicinity of river reaches. Accordingly, initial cost-effective restoration of aquatic habitats could be achieved by relatively simple channel restoration measures and the protection of the riparian corridor in the investigated tropical river.

Asthma belongs to the most prevalent chronic airway diseases and is caused by an inadequately Th2-biased immune response to environmental allergens. Evidence has been accumulated that delayed apoptosis induction in Th2-lymphocytes occurs in asthma and potentially plays an important role in the persistent inflammatory process associated with the disease. Therefore, selective induction of apoptosis in activated Th2 lymphocytes may prove a valuable therapeutic approach in the future. In our laboratory it was shown that D-43787, initially identified as a binding partner of cyclophilin A, inhibits Th2 cytokines selectively and triggers apoptosis in human primary CD4+ T cells. The aim of the thesis was to elucidate the mechanism of D-43787-induced apoptosis and to elucidate the Th2 selectivity of this compound. Using caspase activity assays a simultaneous activation of caspase-3, -6 and -8 in D-43787-treated CD4+ T cells was determined after 8 hours, whereas only caspase-6 activity increased thereafter. Further investigations with specific caspase inhibitors revealed that a caspase-6 inhibitor was able to abolish D-43787-induced caspase activation. Moreover, in vitro differentiated mouse T helper cells showed significantly elevated caspase-6 mRNA level in the Th2 subset concomitant with enhanced susceptibility of these cells to apoptosis induction by D-43787. Knock-down of caspase-6 and cyclophilin A in JURKAT cells by RNAi lead to a significant reduction of apoptotic cells after D-43787-treatment compared to the control. Furthermore, analysis of a potential complex of procaspase-6, cylophilin A and D-43787 revealed that caspase-6 was not activated, whereas prolyl-endopeptidase and serine protease activity of this complex was detectable. These results indicate a direct interaction of caspase-6, cyclophilin A and D-43787 leading to a Th2 selective apoptosis induction which may serve as a novel anti-asthmatic therapy approach in the future. A second part of this thesis was the analysis of 20 apoptosis inducing substances with regard to their potential anti-inflammatory and anti-tumor properties. Of these arctigenin, camptothecin, embelin, imperatorin and resveratrol appeared to be anti-inflammatory agents. Arctigenin and resveratrol inhibited TNF-alpha and IFN-gamma production of PBMC without apoptosis induction and caspase activation. Resveratrol exerted also anti-cancer activities by triggering apoptosis in JURKAT cells via caspase activation. Camptothecin showed similar actions to resveratrol, whereas IFN-gamma was more affected than TNF-alpha. Embelin and imperatorin selectively inhibited IFN-gamma production without influencing TNF-alpha. However, embelin potentially induces apoptosis in JURKAT cells while normal PBMC were not affected rendering this substance suitable for cancer therapy. Asthma bronchiale ist eine der häufigsten chronischen Atemwegserkrankungen weltweit. Die Hauptursache der Pathogenese ist eine inadäquate Th2-vermittelte Immunantwort auf Umweltallergene. Möglicherweise spielt eine verminderte Apoptoseinduktion in Th2-Lymphozyten eine wichtige Rolle bei der Persistenz der chronischen Entzündung bei Asthma bronchiale. Daher könnte eine selektive Induktion der Apoptose in Th2-Zellen einen innovativen Therapieansatz darstellen. In unserem Labor konnte gezeigt werden, dass D-43787, zunächst als Bindungspartner von Cyclophilin A identifiziert, selektiv Th2-Zytokine inhibiert und Apoptose in humanen primären CD4+ T-Zellen auslöst. Die Untersuchung der beteiligten Komponenten und des Signalweges waren das Hauptziel der vorliegenden Arbeit. Durch Caspase-Aktivitätsassays konnte nach 8 Stunden eine gleichzeitige Aktivierung der Caspasen-3, -6 und -8 in D-43787-behandelten CD4+ T-Zellen detektiert werden, wobei im Verlauf von 24 Stunden nur die Caspase-6 Aktivität deutlich weiter anstieg. Darüber hinaus zeigten Untersuchungen mit spezifischen Caspase-Inhibitoren, dass lediglich der Caspase-6 Inhibitor Z-VEID-FMK in der Lage war die D-43787-induzierte Caspaseaktivierung zu inhibieren. In Versuchen mit in vitro-differenzierten Maus-T-Helferzellen konnte festgestellt werden, dass Th2-Zellen signifikant mehr Caspase-6 mRNA exprimierten als die Th1-Subpopulation. Gleichzeitig waren die Th2 Lymphozyten auch sensitiver gegenüber D-43787-induzierter Apoptose. Im Vergleich dazu führte die Herunterregulation von Caspase-6 und Cyclophilin A mittels RNA-Interferenz zu einer signifikanten Reduktion der D-43787-induzierten Apoptose in JURKAT-Zellen. Während Cyclophilin A und D-43787 nicht in der Lage waren die proteolytische Aktivität der Caspase-6 zu induzieren, zeigte der Komplex jedoch Prolyl-Endopeptidase und Serinprotease-Aktivität. Diese Ergebnisse führen zu der Hypothese, dass eine direkte Interaktion von Caspase-6, Cyclophilin A und D-43787 stattfindet, die zu einer selektiven Apoptoseinduktion in Th2-Zellen führt und somit einen neuen Ansatz zur Asthma-Therapie darstellen könnte. Als zweites Ziel dieser Arbeit wurden 20 Apoptose-induzierende Substanzen hinsichtlich ihrer potentiell anti-entzündlichen und anti-tumoralen Eigenschaften untersucht. Von diesen Substanzen wiesen vor allem Arctigenin, Camptothecin, Embelin, Imperatorin und Resveratrol eine entzündungshemmende Wirkung auf. Arctigenin und Resveratrol inhibierten dabei die TNF-alpha und IFN-gamma Produktion in PBMCs ohne gleichzeitige Aktivierung der Apoptose oder Caspasen. Resveratrol zeigte darüber hinaus auch antiproliferative Eigenschaften, indem die Substanz Apoptose ausschließlich in JURKAT-Zellen auslöste. Campthothecin wirkte ähnlich wie Resveratrol, wobei hier die IFN-gamma Sezernierung stärker beeinträchtigt wurde als die von TNF-alpha. Embelin und Imperatorin hemmten selektiv die IFN-gamma Produktion ohne TNF-alpha zu beeinflussen. Embelin induzierte darüber hinaus Apoptose in JURKAT-Zellen während primäre Lymphozyten nicht beeinträchtigt wurden. Diese Eigenschaft macht Embelin zu einem geeigneten Wirkstoff in der Krebs-Therapie.