TY  - THES
A1  - Keller, Sascha
T1  - Struktur- und Funktionsanalysen an BMP Ligand-Rezeptor-Komplexen
T1  - Structural and Functional Analysis of BMP Ligand-Receptor Complexes
N2  - Für BMPs wie auch die anderen Mitglieder der TGF-beta-Superfamilie beginnt der Signalweg mit der Bindung des Liganden an zwei Typen transmembranärer Rezeptoren. Die Ligand-Rezeptor Interaktionen sind dabei durch unterschiedliche Affinität und Spezifität gekennzeichnet und bilden wahrscheinlich die Grundlage für das breite Spektrum biologischer Funktionen. In dieser Arbeit wurde mittels einer Struktur- und Funktionsanalyse von BMP Ligand-Rezeptor Komplexen die molekulare Basis für die Affinität und Spezifität dieser Wechselwirkungen untersucht. Hierfür wurde die Kristallstruktur des BMP-2 : BR-IAec Ligand-Rezeptor Komplexes bei einer Auflösung von 1,9Å ermittelt. Mit der höheren Auflösung war die Charakterisierung der geometrischen Parameter eines Netzwerks von zehn Wasserstoff-Brückenbindungen in der Interaktionsfläche zwischen BMP-2 und BR-IAec möglich. Deren zentrale Bedeutung für dieWechselwirkung konnte auch durch funktionelle Analyse bestätigt werden. So stellen die im Zentrum der Bindungsfläche liegenden Wasserstoff-Brückenbindungen BMP-2 Leu51 (N) : BR-IAec Gln86 (OE1) und BMP-2 Leu51 (O) : BR-IAec Gln86 (NE1), sowie die BMP-2 Asp53 (N) : BR-IAec Cys77 (O) H-Brücke die Hauptdeterminanten der Ligand-Rezeptor Bindung dar. Darüber hinaus ließ sich aus der strukturellen Analyse des "wrist"-Epitops von BMP-2 eine besondere Bedeutung der Prä-Helix Schleife L2, sowie der im Kontakt eingeschlossenen Wassermoleküle für die Anpassung der Bindungsfläche an unterschiedliche Interaktionspartner ableiten. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage für ein neues Modell zur Beschreibung von Affinität und Spezifität der hochaffinen BMP-Typ I Rezeptor Interaktion. Dabei stellen die Wasserstoff-Brückenbindungen den Hauptanteil zur Bindungsenergie, während die hydrophobe Umgebung in der Interaktionsfläche die Bildung von Wasserstoff-Brückenbindungen energetisch begünstigen und hydrophobe Wechselwirkungen nur geringfügigen Einfluss auf die Affinität nehmen. Die vorliegenden Arbeit beschreibt zudem die Präparation und Kristallisation von binären Ligand-Typ I Rezeptor Komplexen für BMP-2, BMP-6 und GDF-5, sowie die der ternären Komplexe von BMP-2, BR-IAec und ActR-IIec bzw. BR-IIec. Die extrazellulären Domänen der hierfür verwendeten Rezeptoren wurden durch Expression in E.coli oder Sf-9 Insektenzellen erhalten. Ihre funktionelle Charakterisierung erfolgte durch BIAcore Interaktionsanalyse an immobilisierten Liganden, wobei in Abhängigkeit vom Ligand-Rezeptor Komplex unterschiedliche Affinitäten ermittelt werden konnten. In Übereinstimmung mit den hierbei erhaltenen Daten wurden die Ligand-BMP Typ IB Rezeptor Komplexe für BMP-2, BMP-6 und GDF-5, sowie der GDF-5 : BR-IAec Ligand-Rezeptor Komplex präpariert. Des Weiteren konnte die Bildung des ternären BMP-2 : BR-IAec : ActR-IIec Ligand-Rezeptor Komplexes in Lösung nachgewiesen werden. Für all diese Komplexe konnten Kristallisationsbedingungen ermittelt werden. Trotz Optimierung dieser Bedingungen reichte die Qualität der erhaltenen Kristalle nicht für eine Aufklärung der Struktur aus. Für eine detailliertes Verständnis der Mechanismen der Rezeptoraktivierung muss die strukturelle und funktionelle Charakterisierung von BMP Ligand-Rezeptor Komplexen fortgeführt werden. Die präsentierten Ergebnisse deuten darauf hin, dass über die Kenntnis der einzelnen Affinitäten und die gezielte Modifikation der Interaktionspartner eine erfolgreiche Strukturanalyse dieser Ligand-Rezeptor Komplexe möglich ist.
N2  - BMPs, like other members of the TGF-beta superfamily initiate their signaling pathways through binding to two types of transmembrane receptors. These ligand-receptor interactions are characterized by different affinities and specificities that may in turn account for the variety of cellular responses. The aim of this work was to examine the molecular basis for the affinities and specificities of these interactions using structural and functional analysis of BMP ligand-receptor complexes. Therefore, the crystal structure of the BMP-2 : BR-IAec ligand-receptor complex was determined at 1,9Å resolution. At this high resolution it was possible to characterize the geometrical parameters of a network of ten hydrogen bonds within the interface. Their particular importance for the interaction could be confirmed by functional analysis. The hydrogen bonds BMP-2 Leu51 (N) : BR-IAec Gln86 (OE1) and BMP-2 Leu51 (O) : BR-IAec Gln86 (NE1) which are located in the center of the interface, as well as the BMP-2 Asp53 (N) : BR-IAec Cys77 (O) H-bond are the main binding determinants of the ligand-receptor interaction. Furthermore, the structural analysis of the ’wrist’ epitope of BMP-2 revealed the importance of the pre-helix loop L2 and of the water molecules in the interface that are required for adaptation of the contact surface to different binding partners. These results form the basis of a new model describing the affinity and specificity of the BMP-type I receptor interaction: hydrogen bonds contribute most of the binding energy, while the hydrophobic environment increases the strength of the hydrogen bonds. The hydrophobic interactions themselves have only a minor effect on the affinity. Furthermore, this work presents the preparation and crystallization of the binary ligand-type I receptor complexes for BMP-2, BMP-6 and GDF-5, as well as the ternary complex of BMP-2 and BR-IAec with either ActR-IIec or BR-IIec. The extracellular receptor domains have been expressed in E.coli or Sf-9 insect cells. Their functional characterization has been carried out using BIAcore measurements with immobilized ligands that confirmed the differences in affinities depending on the particular ligand receptor complex under study. In accordance with these data, the ligand-type IB receptor complexes of BMP-2, BMP-6 and GDF-5, as well as the GDF-5 : BR-IAec ligand-receptor complex have been prepared. Additionally, the formation of the ternary BMP-2 : BR-IAec : ActR-IIec ligand-receptor complex could be shown. Crystallization conditions have been obtained for all complexes. However, the quality of the crystals was not sufficient for structure determination, despite intensive optimization of these conditions. For a detailed understanding in the mechanisms of receptor activation the structural and functional characterization of BMP ligand-receptor complexes should be continued. Therefore, the presented results suggest that, with knowledge of the individual affinities and the selective modification of the binding partners, a successful structure determination of these ligand-receptor complexes might be possible.
KW  - Knochen-Morphogenese-Proteine
KW  - Wirkstoff-Rezeptor-Bindung
KW  - Kristallstruktur
KW  - Bone Morphogenetic Protein
KW  - Ligand-Rezeptor Komplex
KW  - Kristallstrukturanalyse
KW  - Wasserstoffbrückenbindung
KW  - Hauptbindungsdeterminante
KW  - bone morphogenetic protein
KW  - ligand-receptor complex
KW  - crystal structure analysis
KW  - hydrogen bonds
KW  - main binding determinant
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-12467
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mronz, Markus
T1  - Die visuell motivierte Objektwahl laufender Taufliegen (Drosophila melanogaster) - Verhaltensphysiologie, Modellbildung und Implementierung in einem Roboter
T1  - Visually motivated object choice in walking fruit flies (Drosophila melanogaster) – behavioural physiology, modelling and implementation in a robot
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurden offene Fragen zur Objektwahl, zur Objektbeibehaltung und zur Aufgabe von Zielobjekten bei laufenden Taufliegen (Drosophila melanogaster) untersucht. Die Erkenntnisse zur Objektwahl wurden als kybernetisches Modell formuliert, auf einem eigens dafür konstruierten, autonom navigierenden Roboter mit Kameraauge implementiert und dessen Verhalten bei verschiedenen Landmarkenkonstellationen quantitativ mit dem Orientierungsverhalten laufender Fliegen verglichen. Es war bekannt, dass Drosophila in einer Wahlsituation zwischen unterschiedlich weit entfernten Objekten eine ausgeprägte Präferenz für nahe Objekte zeigt, wobei die Entfernung über das Ausmaß der retinalen Bildverschiebung auf dem Auge (Parallaxe) erfasst wird. In der vorliegenden Arbeit wurde analysiert, ob die Parallaxe streng aus der Eigenbewegung der Fliege resultieren muss oder ob Eigenbewegung der Objekte Nähe vortäuschen und deren Attraktivität erhöhen kann. Es wurde gezeigt, dass die Präferenz für ein Objekt bei Drosophila umso größer wird, je mehr Bewegung dessen Abbild auf der Retina erzeugt; die relative Verschiebung des Objektabbildes muss dabei nicht mit der Eigenbewegung der Fliege gekoppelt sein. Überraschenderweise verschwand die Präferenz für nahe Objekte, wenn eine zusammenstehende Gruppe aus einer nahen und mehreren fernen Objekten präsentiert wurden, solange sie zusammen einen Sehwinkel von weniger als etwa 90° einnahmen. Diese Beobachtung ist konform mit einer Vorstellung, wonach Bewegung über größere Augenbereiche integriert und nicht einzelnen Objekten zugeordnet wird. Obwohl Drosophila bei gleichem Präsentationsort auf der Retina die größere parallaktische Bewegung bevorzugte, wurden bei gleicher Entfernung dennoch frontalere gegenüber lateraleren Objekten bevorzugt. Es wird postuliert, dass der frontale und der caudale Sehbereich eine Verstärkung erfahren, die die physikalisch bedingt geringere Parallaxe überkompensiert. Laufende Fliegen reagieren verzögert auf die Präsentation eines Objekts; dies wird im Sinne einer zeitlichen Bewegungsintegration interpretiert. Die darauf folgende Richtungsänderung hängt vom Präsentationswinkel des Objektes ab. Erscheint das Objekt frontolateral, findet eine Hinwendung statt, erscheint es caudolateral, kommt es bevorzugt zur Abwendung. Eine weitere wichtige kognitive Leistung der Fliege ist das Aufgeben eines zuvor ausgewählten Ziels, wenn sich dieses Ziel während des Anlaufs als unerreichbar herausstellt. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass Fliegen mit stark reduzierten Pilzkörpern erheblich mehr Zeit benötigen als wildtypische Fliegen, um vom gewählten Zielobjekt abzulassen. Dieser dem Perseveranzverhalten bei Parkinson-kranken Menschen ähnliche Phänotyp wurde unabhängig von der Methode der Ausschaltung der Pilzkörper gefunden. Die Dauer der Perseveranz nahm mit zunehmender Attraktivität des Zielobjekts, d. h. mit abnehmender Distanz, zu. Es wird vorgeschlagen, dass die Pilzkörper für die Evaluierung von eingehender sensorischer Information oder für Entscheidungsfindungen im Allgemeinen benötig werden. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde ein Minimalmodell für die visuelle Orientierung nach Landmarken entwickelt. Das Modell beinhaltet eine zeitliche Integration des optischen Flusses in einem frontolateralen und einem caudolateralen Kompartiment pro Auge. Je nachdem, in welchem Kompartiment eine festgesetzte Schwelle zuerst erreicht wird, kommt es entweder zu einer Hin- (frontolateral) oder zu einer Abwendungsreaktion (caudolateral). Eine Gewichtungsfunktion kompensiert die geringe parallaktische Verschiebung in diesen Sehregionen. Das Modell wurde in einem mobilen Roboter mit Kameraauge implementiert und mit dem visuellen Orientierungsverhalten der Fliege quantitativ verglichen. Der Roboter war in der Lage, viele Aspekte der Landmarkenwahl von laufenden Fliegen erfolgreich zu reproduzieren und fliegenähnliches, autonomes Orientierungsverhalten unter verschiedenen Landmarkenkonfigurationen zu zeigen.
N2  - The present study addresses open questions regarding visual orientation behaviour of walking fruit flies (Drosophila melanogaster), in particular how they choose near over far objects and how they maintain or adaptively abandon their choice. The findings led to a cybernetic model, suitable to autonomously control a mobile robot with panoramic vision, which was constructed, built and quantitatively compared to fly behaviour during this study. For a wide range of landmark constellations the robot exhibits fly-like orientation behaviour. Drosophila is known to choose, with a high probability, the nearest of several similar objects first. Distance to objects is measured by the extent of the retinal shift of their images on the eye (parallax motion). The present study asked whether parallax motion needs to directly result from the fly’s self-motion or whether motion of objects can increase their attractiveness because they appear to be closer to the fly. The data show that flies prefer objects the more, the larger the shift of the object image becomes on the retina. This is independent of the source of the retinal shift, object motion or self-motion of the fly. Surprisingly, the preference for near objects disappeared when a near object was presented together with several distant objects within a viewing angle of less then 90°. This observation led to the assumption that motion parallax is spatially integrated over larger areas of the eye and not seen as an entity of the single object. Physically, the extent of parallax motion caused by a stationary object on the retina of a walking fly depends not only on the distance but also on the angle under which it is seen. Although Drosophila prefers the larger amount of visual motion at a given presentation angle, it clearly prefers frontal over lateral objects. In order to account for the preference for frontal objects an amplification of the frontal and caudal eye regions is postulated which would otherwise receive less parallax motion. It turned out that walking flies respond only delayed to the presentation of a single object. This delay is consistent with the idea of temporal integration of parallax motion in order to judge distance. Astonishingly, the following course change depends on the viewing angle of the object. If an attractive object is shown in the frontolateral eye region the flies turn towards it. If it appears in the caudolateral part of the retina the flies preferentially turn away from it. Among the key abilities of animals must be the ability to give up on a once chosen target object if that object turns out to be inaccessible. The present study proves that flies with a strong reduction in mushroom body volume need considerably more time to give up on an object. The phenotype resembles the perseverance behaviour of humans suffering from Parkinson’s disease and was found regardless of the methods of interference with the mushroom bodies. The duration of the erroneously continued approach in flies with a strong reduction in mushroom body volume increases with decreasing distance between platform rim and landmark. In the absence of landmarks the defective flies behave normally, suggesting that mushroom bodies are involved in the evaluation of incoming sensory stimuli or in more general decision making processes. Modelling and implementation. Based on the findings outlined above a minimal model for landmark orientation has been established. The minimal model is based on a temporal integration of visual motion in four compartments, a frontolateral and a caudolateral compartment per eye. Depending on which compartment reaches a certain threshold first, a turning response will be elicited either towards (frontolateral compartment) or away from the target object (caudolateral compartment). Frontal and caudal eye regions naturally receive less parallax motion than lateral eye regions. To compensate for the small amount of parallax motion in the respective eye regions a weighting function has been introduced. The algorithm was finally implemented on a mobile robot equipped with a fish-eye lens mounted on camera allowing for panoramic vision. The behaviour of the robot was measured and quantitatively compared to the orientation behaviour of walking fruit flies. The robot reproduced successfully many aspects of the fruit fly's landmark orientation behaviour and showed fly-like autonomous orientation behaviour in the presence of various landmark arrangements.
KW  - Taufliege
KW  - Bewegungssehen
KW  - Orientierung
KW  - Bewegungssehen
KW  - Insekt
KW  - Orientierung
KW  - Fliege
KW  - vision
KW  - motion
KW  - insect
KW  - orientation
KW  - fly
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-11748
ER  - 
TY  - THES
A1  - Herzner, Gudrun
T1  - Evolution of the pheromone communication system in the European Beewolf Philanthus triangulum F. (Hymenoptera: Crabronidae)
T1  - Die Evolution des Pheromonkommunikationssystems des Europäischen Bienenwolfs Philanthus triangulum F. (Hymenoptera: Crabronidae)
N2  - Darwin’s theory of sexual selection explains the evolution of flamboyant male traits through female choice. It does not, however, address the question why males typically court and females choose. This asymmetry is now thought to be the result of the dichotomy in reproductive expenditures: Females invest primarily in parental care and males invest predominantly in mate attraction or competition. Based on this view, several hypotheses for the origin and maintenance of female preferences have been proposed. They include the classical sexual selection models, i.e. female choice for direct and indirect benefits as well as the more recent concepts of female choice for genetic compatibility and receiver bias models. The complementary choice scenario assumes that females choose mates with regard to genetic compatibility. The receiver bias concept views male traits and female preferences within the framework of communication theory and encompasses various more or less distinct models, two of which are sensory exploitation and sensory trap. Both models postulate that male signals evolved in response to pre-existing perceptual biases of females. The sensory trap hypothesis additionally emphasizes that pre-existing female preferences for certain cues evolved in non-sexual contexts, like e.g. foraging. Males that mimic these cues and elicit a favourable out-of-context response by females may increase their reproductive success. This thesis examines the evolution of the pheromone communication in the European Beewolf Philanthus triangulum. Beewolf females are specialized hunters of honeybees and provision their progeny with paralyzed prey. Male beewolves establish and scent mark territories with a pheromone from a head gland to court females. The concordant occurrence of the otherwise rare alcohol (Z)-11-eicosen-1-ol in the male pheromone and in the alarm pheromone of honeybees, the exclusive prey of the females, suggests a sensory trap process as an explanation for the evolution of the male pheromone in P. triangulum. According to this hypothesis, we tested three predictions: First, foraging honeybees should emit eicosenol. Via chemical analysis we could show that honeybee workers in fact smell of eicosenol during foraging. The occurrence of eicosenol on the cuticle and in the headspace of honeybees is a new finding. Second, beewolf females should use eicosenol as a cue for prey detection or identification. Using behavioural assays, we demonstrated that prey recognition in beewolf females is accomplished by olfactory cues and that eicosenol is an essential cue in this process. The sensory sensitivity of beewolf females to eicosenol must be extremely high, since they perceive the trace amounts present in the head space of honeybees. This sensitivity may be due to specialized olfactory receptors on the antennae of beewolf females. An inventory of the flagellar sensilla of both sexes showed that females carry one type of sensillum that is missing in males, the large sensillum basiconicum. This chemo-sensitive sensillum most likely plays a role in prey recognition. The third prediction is that beewolf males incorporate bee-like substances, including eicosenol, into their pheromone, and possibly catch females in a sensory trap. A reanalysis of the male pheromone revealed, among others, eicosenol and several alkanes and alkenes as pheromonal compounds. Our own analyses of the chemical profiles of honeybee workers and beewolf pheromone disclosed a surprisingly strong resemblance between the two. Eight of the eleven substances of the male pheromone are also present on the cuticle and in the headspace of honeybees. Notwithstanding this similarity, the male pheromone does not function as a sensory trap for females. Nevertheless, the extensive congruence between the odour bouquets of the females’ prey and the male pheromone strongly suggests that the male signal evolved to exploit a pre-existing female sensory bias towards bee odour, and, thus represents a case of sensory exploitation. In addition to the above described scenario concerning mostly the ‘design’ of the male pheromone, we addressed possible indirect benefits female beewolves may gain by basing their mating decisions on signal ‘content’. We show that the pheromone of male beewolves varies between families and may, thus, contain information about the degree of relatedness between the female and a potential mate. Females could use this information to choose genetically complementary males to avoid inbreeding and the production of infertile diploid sons. Collectively, our results provide strong evidence for a receiver bias process in the evolution of the male pheromone of P. triangulum. They further indicate that the pheromone composition may subsequently have been influenced by other natural or sexual selection pressures, like e.g. complementary female choice.
N2  - Darwins Theorie der Sexuellen Selektion deutet die Evolution übersteigerter Männchenmerkmale als Ergebnis der Weibchenwahl. Sie erklärt jedoch nicht, warum Männchen in der Regel um Weibchen werben und Weibchen unter den werbenden Männchen wählen. Man glaubt heute, daß dies auf eine Asymmetrie im reproduktiven Aufwand zwischen den Geschlechtern zurückzuführen ist: Weibchen investieren überwiegend in elterliche Fürsorge, Männchen v.a. in Balzsignale. Hierauf basierend wurden mehrere Hypothesen zur Evolution von Präferenzen bei weiblicher Partnerwahl vorgeschlagen. Dazu gehören die klassischen Modelle der Sexuellen Selektion, wie ‚direct’ und ‚indirect benefit’ sowie die neueren Konzepte der Weibchenwahl aufgrund genetischer Kompatibilität und die 'Receiver Bias' Modelle. Letztere betrachten Männchenmerkmale und Weibchenpräferenzen im Rahmen der Kommunikationstheorie und umfassen mehrere ähnliche Modelle wie z.B. 'Sensory Exploitation' und 'Sensory Trap'. Sie postulieren, daß das Design von Männchensignalen in Anpassung an existierende Präferenzen der Weibchen entsteht. Die 'Sensory Trap' Hypothese betont zudem, daß diese sensorischen Präferenzen der Weibchen für bestimmte Signale in einem der natürlichen Selektion unterliegenden (nicht sexuellen) Kontext entstanden, so z.B. zum Auffinden von Nahrung. Männchen imitieren diese Signale um vorteilhafte Reaktionen der Weibchen auszulösen und so ihren Reproduktionserfolg zu erhöhen. Die vorliegende Dissertation untersucht die Evolution der Pheromonkommunikation des Europäischen Bienenwolfs. Bienenwolfweibchen sind spezialisierte Jäger der Honigbiene und versorgen ihre Nachkommen mit gelähmter Beute. Bienenwolfmännchen etablieren Reviere und markieren diese mit einem Pheromon um Weibchen anzulocken. Das übereinstimmende Vorkommen des sonst sehr seltenen Alkohols (Z)-11-Eicosen-1-ol sowohl im Pheromon der Männchen als auch im Alarmpheromon der Honigbienen, der ausschließlichen Beute der Weibchen, deutete darauf hin, daß es sich bei dem Pheromon um eine 'Sensory Trap' für Weibchen handeln könnte. Entsprechend dieser Hypothese testeten wir drei Vorhersagen: Erstens, furagierende Honigbienen sollten nach Eicosenol riechen. Mit Hilfe chemischer Analysen konnten wir erstmals zeigen, daß Honigbienensammlerinnen nach Eicosenol riechen. Zweitens sollten Bienenwolfweibchen Eicosenol für die Identifikation ihrer Beute nutzen. Wie wir in unseren Verhaltenstests zeigen konnten, verlassen sich die Weibchen für die Beuteerkennung auf Duftsignale. Hierbei ist Eicosenol eine notwendige Komponente für die Identifizierung der Honigbienen. Die sensorische Empfindlichkeit der Weibchen für Eicosenol scheint extrem hoch zu sein, da sie diese nur in Spuren im Luftraum um Honigbienen vorhandene Substanz, wahrnehmen können. Die hohe sensorische Empfindlichkeit der Weibchen könnte durch spezialisierte olfaktorische Rezeptoren bedingt sein. Die Analyse der antennalen Sensillen zeigte, daß Weibchen einen Sensillentyp besitzen, der bei Männchen nicht vorkommt: die großen Sensilla basiconica. Diese chemosensitiven Sensillen könnten eine entscheidende Rolle bei der Beuteerkennung spielen. Die dritte Vorhersage ist, daß Bienenwolfmännchen die für Honigbienen typischen Substanzen, darunter auch Eicosenol, in ihr Pheromon integrieren, um Weibchen in einer 'Sensory Trap' zu fangen. Eine Neuanalyse des Männchenpheromons zeigte, u.a. Eicosenol und einige Alkane und Alkene als Pheromonbestandteile. Unsere Analysen zeigten eine überraschende Übereinstimmung der chemischen Profile von Honigbienen und Bienenwolfmännchen. Acht der elf Substanzen des Pheromons finden sich auch im Duft der Honigbiene. Trotz dieser erstaunlichen Ähnlichkeit fungiert das Männchenpheromon nicht als 'Sensory Trap' für Weibchen. Die ausgeprägte Kongruenz der Düfte von Weibchenbeute und Männchenpheromon deutet aber darauf hin, daß bei der Evolution des Männchenpheromons vermutlich eine bereits existierende sensorische Präferenz der Weibchen für Bienenduft ausgenutzt wurde, d.h. daß es sich dabei um 'Sensory Exploitation' handelt. Das oben beschriebene Szenario für die Evolution des Männchenpheromons betrifft hauptsächlich das Design des Männchensignals. Darüber hinaus haben wir den möglichen Informationsgehalt des Pheromons untersucht. Das Pheromonmuster variiert beim Europäischen Bienewolf mit der Familienzugehörigkeit. Das Pheromon könnte somit Information über den Verwandtschaftsgrad zwischen einem Weibchen und einem potentiellen Paarungspartner enthalten. Weibchen könnten diese Information nutzen um sich nur mit genetisch kompatiblen Männchen zu paaren und auf diese Weise Inzucht zu vermeiden. Die vorliegenden Ergebnisse liefern starke Evidenzen für einen 'Receiver Bias' Prozess bei der Evolution des Pheromons von P. triangulum. Sie deuten außerdem darauf hin, daß die Zusammensetzung des Pheromons in der Folge durch weitere Selektionsdrücke, wie z.B. Weibchenwahl für genetische Kompatibilität, beeinflusst wurde.
KW  - Philantus
KW  - Pheromon
KW  - Sexuelle Selektion
KW  - Evolution
KW  - Evolution
KW  - Pheromon
KW  - Sexuelle Selektion
KW  - Sensory Exploitation
KW  - Sensory Exploitation
KW  - Evolution
KW  - Pheromone
KW  - Sexual selection
KW  - Sensory exploitation
KW  - Sensory trap
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-11651
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TY  - THES
A1  - Prüfert, Kristina
T1  - Lamina assoziierte Polypeptide 2, Lamin-B-Rezeptor und Lamine : Untersuchungen an Vertebratenmodellen
T1  - Lamina associated polypeptides 2, lamin B receptor and lamins: investigations on vertebrates
N2  - Der Zellkern ist ein wichtiges Organell von eukaryotischen Zellen, der durch eine Doppelmembran vom Cytoplasma abgetrennt wird. Mit Hilfe des Zebrafischs als Modellorganismus und kultivierten Zellen verschiedener Vertebraten wurde in mehreren Teilprojekten Untersuchungen an integralen (Lamina assoziiertes Polypeptid 2, Lamin B Rezeptor) und peripheren Membranproteinen (Lamine) der in inneren Kernmembran durchgeführt. Eines der am besten untersuchten integralen Membranproteine der inneren Kernmembran ist das Lamina assoziierte Polypeptid 2 (LAP2). Durch alternatives Splicen entstehen aus einem einzigen Gen eine Reihe verschiedener Isoformen die entwicklungs- und gewebespezifisch exprimiert werden. In Säuger sind 6 verschiedene Isoformen (LAP2α, β, δ, ε, γ, ζ) bekannt, von denen alle mit Ausnahmen von LAP2α und ζ, in die innere Kernmembran integriert sind. Das LAP2α ist ausschließlich im Nukleoplasma lokalisiert und wurde bis jetzt nur bei Säugern beschrieben. Durch die Identifikation eines genomischen Klons ICRFc 7101293Q5 (RZPD) sowie vergleichende Datenbankanalysen konnte der strukturelle Aufbau des Zebrafisch LAP2-Gens ermittelt werden. Das Gen kodiert innerhalb von 19 kb (ohne regulatorische Sequenzen) 15 Exons aus denen durch alternatives Splicen 3 verschieden Isoformen hervorgehen (zLAP2 β, γ, ω). Mit Hilfe des “Radiation Hybrid mappings“ wurde das LAP2 Gen auf der “Linkage group“ 4 des Zebrafischs, zwischen den EST-Markern fc01g04 (213,97) und fb49f01 (215,69cR) lokalisiert. Aufgrund der zusätzlichen Identifikation der genomischen Sequenz des Hühner LAP2-Gens konnten die genomischen Sequenzen der LAP2 Gene von niederen Vertebraten (Zebrafisch), über die Vögel (Huhn), bis zum Säuger (Mensch) miteinander verglichen werden. Dabei zeigte sich einerseits, dass die ω Isoform des Zebrafischs nicht im Genom von Huhn und Säugern vorhanden ist: Andererseits ist die α Isoform der Säuger ebenfalls in keinem der anderen Spezies (Huhn, Zebrafisch) zu finden ist. Weiterhin konnte bei zusätzliche Proteinanalysen mit monoklonalen und polyklonalen Antikörpern, gegen die konservierte aminoterminale Domäne der LAP2 Proteine, in 10 Tage alten Hühner Embryonen nur ein Protein mit einem vergleichbaren Molekulargewicht zum LAP2β anderer Spezies eindeutig detektiert werden. Aufgrund dieser Befunde und der Tatsache, dass die kodierenden Exonsequenzen zwischen Mensch und Huhn eine größere Ähnlichkeit zeigen als zwischen Mensch und Zebrafisch, liegt die Vermutung nahe, dass die α-Isoform eine Neuheit der Säugern darstellt. Ein weiteres integrales Membranprotein, dass erstmals beim Zebrafisch untersucht wurde, ist der Lamin B Rezeptor (zLBR). Mit Hilfe von radioaktiv markierten Sonden, konnte zwei Klone identifiziert werden die sowohl die gesamte cDNA-Sequenz (MPMGp567K10194Q3 (RZPD) als auch die gesamte genomische Sequenz (ICRFc71M10137Q5 (RZPD) beinhalten. Anhand von vergleichenden Datenbankanalysen, konnte der strukturelle Aufbau des Zebrafisch LBR-Gens ermittelt werden. Dieses kodiert innerhalb von 12 kb (ohne regulatorische Sequenzen) mit 13 Exons für ein 616 Aminosäure großes Protein. Vergleichbar mit dem LBR anderer Spezies besitzt der Zebrafisch LBR ebenfalls 8 Transmembrandomänen in seiner carboxyterminalen Domäne mit denen er in der inneren Kernmembran verankert ist. Der Aminosäurenvergleich mit anderen Spezies zeigte, dass die Aminosäurensequenz sowohl des aminoterminalen Bereichs als auch im Bereich der Transmembrandomänen hoch konserviert ist. Weiterhin wurden polyklonalen Antikörpern gegen die ersten 210 Aminosäuren des zLBRs hergestellt, die für zukünftige immunologische Analysen verwendet werden können. Ebenso wie die integralen Membranproteine spielen auch die Lamine eine wichtige Rolle bei nukleären Prozessen. Die B-Typ Lamine zeichnen sich alle durch ein konserviertes CxxMMotiv am Carboxyterminus aus. Das CxxM-Motiv wird nach posttranslational modifiziert, wodurch es lipophile Eigenschaften erlangt und somit für die anfängliche Verankerung der Lamine in der inneren Kernmembran verantwortlich ist. Bei A-Typ Laminen ist dieses Motiv nicht in der Primärsequenz enthalten oder es wird nach dem Einbau in die Kernlamina proteolytisch abgespalten. Eine Besonderheit stellt das meiotische Lamin C2 dar, welches ein Spliceprodukt des Lamin A Gens der Säuger ist. Das Lamin C2 besitzt zwar kein CxxMMotiv an seinem Aminoterminus, dafür aber ein Hexapeptid (GNAEGR) nach dem Startmethionin. Die posttranslationale Modifikation dieser Sequenz verleiht dem Protein lipoplile Eigenschaften. Anhand von funktionellen Analysen konnte durch die Überexpression GFP-Fusionsproteinen verschiedener wildtypischer Lamine und Lamin Mutanten gezeigt werden, dass die Interaktion der Lamine über das CxxM-Motiv oder das GNAEGR-Motiv mit der inneren Kernmembran, das Wachstum der Kernhülle induziert. In einem letzten Projekt konnte mit Hilfe spezifischer “antisense-“ Oligonukleotide, die als "Morpholinos" bezeichnet werden, die Expression von LAP2, LBR und den B-Typ Laminen B1 und B2 in Zebrafisch Embryonen reprimiert werden. Die Blockade der mRNA-Translation der entsprechenden Gene erfolgte in allen Fällen innerhalb der ersten 24 Stunden vollständig. Obwohl die Anzahl der beobachteten Embryonen relativ gering war, so zeigte sich bei allen Embryonen eine deutliche Entwicklungsverzögerung und unterschiedlich starke Entwicklungsstörungen. Die morphologischen Auswirkungen waren bei der Reduktion des LAP2 oder der Lamine geringer als bei der Reduktion des LBR, da in beiden Fällen maternale Proteine, wie das LA2ω oder das B-Typ Lamin LIII, nicht reduziert werden konnten.
N2  - The nucleus is an essential organelle of eucaryotic cells and separated by a double membrane, the nuclear envelope, from the cytoplasm. Using the zebrafish as one model organism and also cultured cells of various vertebrates, analysis of integral (lamina associated polypeptide 2, lamin B receptor) and peripheral membrane proteins (lamins) of the inner nuclear membrane were performed. One of the best investigated protein of the inner nuclear membrane is the lamina associated polypeptide 2. By alternative splicing the LAP2 gene encodes a number of isoforms that are expressed in a developmental and tissue specific manner. In mammals 6 different isoforms (LAP2α, β, δ, ε, γ, ζ) are known, and all of them except for LAP2α and LAP2ζ get integrated into the inner nuclear membrane. LAP2α is predominantly found in the nucleoplasm and has so far only been described in mammals. Due to the identification of the genomic clone ICRFc 7101293Q5 (RZPD) and an additional contig-sequence published by a database of the Sanger Institute, I was able to analyse the genomic structure of the zebrafish lamina associated polypeptide 2 (zLAP2) gene. It spans approximately 19 kb (with no regulatory sequences) and contains 15 exons. By alternative splicing the 15 exons encode 3 isoforms (zLAP2 β, γ, ω). Using the method of “radiation hybrid mapping” the zLAP2 gene could be localised onto the linkage group 4 between the EST-markers fc01g04 (213,97) and fb49f01 (215,69cR). The additional identification of the genomic LAP2 sequence of chicken, made it possible to compare the genomic sequences of lower vertebrate LAP2 (zebrafish), avian LAP2 (chicken) and mammal LAP2 (human). This comparison revealed that the zebrafish LAP2ω was not found in the chicken and the mammalian genome. On the other hand sequences encoding a LAP2α isoform were not detected in the chicken and zebrafish genome. The analysis of total proteins of 10 day old chicken embryos and fibroblasts using monoclonal and polyclonal antibodies raised against the evolutionary conserved aminoterminal domain confirmed the abundance of a LAP2α isoform. The predominant isoform detected was comparable to LAP2β of other species. These results suggest, in addition to the fact that the exons of human LAP2 show a higher identity to the exons of the chicken LAP2 than to the exons of the zebrafish LAP2, that the α Isoform is a novelty of mammals. A second integral membrane protein, which I focused on, is the lamin B receptor of zebrafish(zLBR). By using radioactive labelled probes of a previously identified LBR fragment, I was able to identify to clones that were coding for the cDNA- (MPMGp567K10194Q3 (RZPD) and the genomic sequence (ICRFc71M10137Q5 (RZPD). By further computer analysis a genomic sequence was determined and revealed that the LBR gene spans over 12 kb nucleotides (no regulatory sequences included). The gene contains 13 exons and encodes a protein of 616 amino acids. Comparable to other species the zLBR contains 8 transmembrane domains in its carboxyterminal domain. Comparison of LBRs of different species on the amino acid level demonstrated that the aminoterminal region and the carboxyterminal domain are highly conserved. Especially the carboxyterminal domain coding for the membrane spanning domains exhibited a high conservation. Furthermore polyclonal antibodies, specific for the amino acids 1-210 were raised and can be used for immulological analysis in the future. Comparable to integral membrane proteins of the inner nuclear membrane lamins are also essential for nuclear processes. A main feature of B type lamins is the carboxyterminal CxxM-motif. This motif undergoes a posttranslational isoprenylation and is responsible for the correct targeting and initial association of the lamins to the inner nuclear membrane. A type lamins on the other and do not possess a CxxM-motif in the primary sequence (mammalian lamin C, C2). In the lamin A isoform the CxxM-motif is encoded in the primary structure but gets proteolytically removed after the protein was targeted to the lamina. The lamin C2, a meiotic splice variant of lamin A, demonstrates a peculiarity. It does not encode a CxxM-motif but possesses the hexapeptide GNAEGR at its aminoterminal end. The GNEAGR-sequence also undergoes a posttranslational modification and becomes myristoylated. Functional studies using overexpressed GFP-fusion proteins of different wildtype lamins and lamin mutants demonstrated that both the CxxM motif and the GNAEGR motif promote nuclear membrane proliferation. With the help of specific antisense oligonucleotides, known as "Morpholinos", I was able to block the expression of LAP2, LBR and B-type lamins B1 and B2 in zebrafish embryos. The mRNA translation of each gene was block completely for at least 24 hours after fertilisation. Although only few embryos were investigated I realised an obvious delay in development and developmental defects in different degrees in all analysed embryos. The degree of morphological deformations was more obvious in knock downs of LBR, than after the reduction of LAP2 or the B type lamins, where maternal proteins, like LAP2ω and the B Type lamin LIII could not get reduced.
KW  - Wirbeltiere
KW  - Kernhülle
KW  - Membranproteine
KW  - Kernmembran
KW  - LAP2 alpha
KW  - Zebrafisch LBR
KW  - CxxM-Motiv
KW  - nuclear envelope
KW  - LAP2 alpha
KW  - zebrafish LBR
KW  - CxxM-motif
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-11619
ER  - 
TY  - THES
A1  - Spall, Thomas
T1  - Optische Visualisierung neuronaler Aktivität : Etablierung des in-vivo Calcium-Imaging mit dem genetisch codierten Sensor Yellow Cameleon 2.1 und Untersuchung der olfaktorischen Codierung im Gehirn von Drosophila melanogaster
T1  - Optical visualization of neuronal activity: Establishment of Calcium Imaging using the genetically expressed Sensor Yellow Cameleon 2.1 and Examination of olfactory Coding in the brain of Drosophila melanogaster
N2  - Die Messung der räumlich aufgelösten Aktivität von neuronalen Zellverbänden ist ein wichtiges Werkzeug, um die Funktionsweise von Gehirnen zu verstehen. Für diese Arbeit diente die Fruchtfliege Drosophila melanogaster mit ihrer gut beschriebenen Genetik und Neurobiologie als Untersuchungsobjekt. Bei der vorgelegten Arbeit lag eine zweigeteilte Aufgabenstellung vor: Zum einen wurde die Technik des in – vivo Calcium – Imagings mit Hilfe des genetisch codierten Sensors Yellow Cameleon 2.1 am Lehrstuhl komplett neu etabliert, zum anderen wurde mit der neuen Technik das Zusammenspiel der funktionellen Elemente neuronaler Systeme anhand der Fliegenolfaktorik untersucht. Sowohl die Experimente zur Depolarisation durch KCl, als auch die Experimente zur olfaktorischen Codierung, wurden mit dem Calciumsensor Yellow Cameleon 2.1 durchgeführt. Es wurde ausgehend von der Vorgängerversion Yellow Cameleon 2.0 durch gezielte Mutagenese von Sören Diegelmann erstellt. Eine Photomultiplier – basierte in – vitro Funktionsanalyse des rekombinanten Sensorproteins ergab eine Zunahme der Ratio EYFP / ECFP mit steigender Calciumkonzentration. Dabei konnte auch der ratiometrische FRET – Effekt des Cameleons verdeutlicht werden: Mit steigender Calciumkonzentration verschiebt sich das Verhältnis von EYFP – Fluoreszenz zu ECFP – Fluoreszenz zu höheren Ratiowerten. Durch Zugabe des Calciumchelators EGTA konnte außerdem die reversible Arbeitsweise des Sensors nachgewiesen werden. Das in die Fliege eingebrachte Yellow Cameleon 2.1 – Konstrukt wurde mittels der GAL4 – UAS – Technik in verschiedenen olfaktorischen Gehirnzentren exprimiert. Von besonderer Relevanz für die Experimente zur olfaktorischen Codierung war dabei die GAL4 – Treiberlinie GH146. Mit ihrer Hilfe konnte das Fusionsprotein in den olfaktorischen Projektionsneuronen des Fliegengehirns exprimiert, und so die Duftrepräsentation im postsynaptischen Neuropil der Antennalloben bzw. in den präsynaptischen Neuropilen der Calyces und des lateralen Protocerbrums untersucht werden: Die Stimulation von 3 individuellen Fliegen mit den Düften Benzaldehyd, Isoamylacetat und Octanol liefert duftspezifische neuronale Aktivitätsmuster im Antenallobus. Die auf die Duftstimuli mit Calciumsignalen reagierenden Areale haben eine Größe von 10 – 30 µm, liegen also in der Größenordnung von individuellen Glomeruli. Die Duftrepräsentation in den Antennalloben zeigt außerdem einen kombinatorischen Aspekt: Jeder Duft evoziert ein charakteristisches Aktivitätsmuster bestehend aus einem oder mehreren Glomeruli. Die Aktivitätsmuster verschiedener Düfte können sich überlagern, d.h. individuelle Glomeruli können durch verschiedene Düfte aktiviert werden, das gesamte Aktivitätsmuster, d.h. die Summe der aktivierten Glomeruli eines bestimmten Duftes, ist jedoch charakteristisch. Die Duftrepräsentation in den Antennalloben von Drososophila geschieht also in Form eines glomerulären Codes, ein Prinzip der Duftverarbeitung, das auch in anderen Insekten und Vertebraten nachgewiesen werden konnte. Für den Calyx des Pilzkörpers ergaben sich innerhalb eines Individuums, bei wiederholter Stimulation mit demselben Duft, ebenfalls duftspezifische Aktivitätsmuster. Dabei waren die auf den Duftstimulus hin antwortenden neuronalen Areale diskret über den Calyx hinweg verteilt. Insgesamt zeigt das hohe Maß an Reproduzierbarkeit der Aktivitätsmuster für einen gegebenen Duft, dass im Calyx, wie in den Antennalloben, eine duftspezifische räumliche Repräsentation vorliegt. Der kombinatorische Aspekt der Codierung konnte auch hier beobachtet werden. Die einzelnen Spots der im Calyx gemessenen Aktivitätsmuster liegen in der Größenordnung von 5 +/- 2 µm und entsprechen somit in ihrer Größe den elektronenmikroskopisch beschriebenen Microglomeruli. Durch die Calcium – Imaging Experimente am lateralen Protocerebrum konnte nachgewiesen werden, dass die Erhöhung der Duftkonzentration eine räumliche Ausdehnung des aktivierten Neuropils zur Folge hat. Die EYFP –, ECFP – und Ratio – Intensitäten, die aus einer “Region of Interest“ im anterioren Bereich des lateralen Protocerebrums berechnet wurden, zeigen weiterhin, dass mit steigender Duftkonzentration auch die Stärke des Calciumsignals zunimmt. Dabei gibt es zwischen den 4 getesteten Düften statistisch signifikante Unterschiede: Methylcyclohexanol evoziert über den gesamten Verdünnungsbereich hinweg die schwächste neuronale Aktivität, Isoamylacetat evoziert in den Verdünnungsstufen 10-3 und 10-1 die stärkste neuronale Aktivität. D.h. neben der räumlichen Ausdehnung des Signals, führt die Konzentrationserhöhung auch zu einer gesteigerten Intensität des Calciumsignals, wobei sich die Signalintensitäten für verschiedene Düfte und Verdünnungsstufen unterscheiden können. Mit der verwendeten Versuchsanordnung und Datenauswertung, war es jedoch bislang nicht möglich eine räumliche Repräsentation der Düfte im lateralen Protocerebrum nachzuweisen.
N2  - Measuring the spatiotemporal activity of neuronal cell populations is an important tool towards a further understanding of brain functions. This thesis investigates the brain activity of the model system Drosophila melanogaster with its well described genetics and neurobiology, thereby consisting of two major parts: On the one hand the in – vivo Calcium – Imaging technique by means of the genetically encoded sensor Yellow Cameleon 2.1, had to be newly established in our laboratory, on the other hand the interaction of functional elements within the neuronal olfactory pathway of the fruitfly was to be examined using this new technique. Both the experiments on KCl – induced depolarization and the experiments on olfactory coding were accomplished with the Yellow Cameleon 2.1 sensor. This molecular probe was generated by Sören Diegelmann by targeted in – vitro mutagenesis of the previous version Yellow Cameleon 2.0. A photomultiplier based in – vitro functional analysis of the recombinant sensor protein resulted in an increase of Calcium signals with rising Calcium ion concentrations, thereby revealing the ratiometric FRET effect of the Cameleons: With rising Calcium concentration the relationship between EYFP – fluorescence and ECFP – fluorescence shifts towards higher ratio values EYFP / ECFP. By application of the Calcium chelator EGTA the reversible function of the sensor could be demonstrated as well. By means of the GAL4 – UAS – technique, the Yellow Cameleon 2.1 construct transformed into the fly`s germline could be expressed in different olfactory brain centers. In the present work the GAL4 – strain GH146 was of special relevance for the experiments on olfactory coding. The GH146 – driven Cameleon 2.1 line expresses the sensor protein in olfactory projection neurons of the fly`s brain and therefore permits the examination of odorant coding within the postsynaptic neuropile of the antennal lobes, the presynaptic neuropiles of the calyces and the lateral protocerebrum, respectively: The stimulation of 3 individual flies with the odorants benzaldehyde, isoamylacetate and octanol revealed odorant – specific spatial activity patterns within the antennal lobes. The areas activated by the odorant stimulation were of similar size as individual glomeruli (~10 – 30 µm). The glomerular – like odor representation in the antennal lobes shows a combinatorial aspect: Each odorant induces a characteristic acitivity pattern consisiting of one or more glomeruli. Activity patterns evoked by different odorants can overlap, i.e. individual glomeruli can be activated by different odorants. In spite of from this combinatorial aspect, the activity pattern for a given odorant remains specific. Odorants are therefore represented in a glomerular code within the antennal lobes of Drosophila. The glomerular code represents an olfactory processing principle which could be demonstrated for other insects and vertebrates as well. Repeated stimulation of an individual fly with the same odorant revealed that intraindividual optical recordings from the mushroom body calyx were reproducible and generated odorant – specific activity patterns as well. The response patterns to different odorants were clearly spatially organized, with discrete areas of activity distributed over the calyx area. The reproducibility of the different patterns strongly suggest that odorant representations within the calyx are spatially specific, i. e. the spatial glomerular code of the antennal lobes could be somehow transformed into a spatial odorant – specific acitvity pattern in the calyx. Interestingly, the combinatorial aspect of olfactory encoding could be seen in the calyces as well. The spots of activity observed in the calyx are within the range of 5 +/- 2 µm and thus correspond in size to the boutons forming the presynaptic part of the so called microglomeruli described by electron microscopy. The Calcium – Imaging experiments at the level of the lateral protocerebrum showed a spatial expansion of the activated neuropiles with increasing odorant concentrations. The EYFP – , ECFP – intensities and their ratio values, which were computed from a region of interest within the anterior range of the lateral protocerbrum, reveal an increase in signal intensity with rising odorant concentrations. Within this reference the 4 odorants examined show satistically significant differences: methlycyclohexanol evoked the weakest Calcium signals over the entire dilution range, isoamylacetate evoked the strongest Calcium signals at the dilutions 10-3 and 10-1. This means that apart from the spatial expansion of the signal, the concentration increase leads to an increase in signal intensity, while the signal intensities for different odorants at a given dilution can differ. However, using the described experimental assembly and data evaluation, it was not possible to prove a spatial odorant representation within the lateral protocerebrum.
KW  - Terpyridinderivate <2
KW  - 2':6'
KW  - 2"->
KW  - Polymerkomplexe
KW  - Fluoreszenz
KW  - Drosophila
KW  - optisches Imaging
KW  - Yellow Cameleon 2.1
KW  - olfaktorische Codierung
KW  - Drosophila
KW  - optical Imaging
KW  - Yellow Cameleon 2.1
KW  - olfactory coding
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-11575
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hassel, Jessica C.
T1  - Untersuchungen zur Apoptoseregulation durch die Melanom induzierende Rezeptortyrosinkinase Xmrk
T1  - Investigations on apoptosis regulation by the melanoma inducing receptor tyrosine kinase Xmrk
N2  - Überexpression der konstitutiv aktiven Rezeptortyrosinkinase Xmrk im Zahnkarpfen Xiphophorus führt zur Ausbildung maligner Melanome. Expressionsstudien in transgenen Medaka-Fischen haben gezeigt, daß Xmrk allerdings nur in bestimmten Geweben wie Hirn, Epithelien, Auge und Pigmentzellen zur Tumorbildung führt. Zellen, die durch Xmrk transformiert werden können, scheinen somit über entsprechende Komponenten der durch Xmrk induzierten intrazellulären Signaltransduktion verfügen zu müssen. Bisher wurde eine Reihe von Signalproteinen identifiziert, die von Xmrk rekrutiert und aktiviert werden. Dazu gehören die PLC-g, die Adapterproteine Shc und Grb2, die PI3K, die Fyn-Kinase aus der Familie der Src-Kinasen und der Transkriptionsfaktor STAT5. Um die Signaltransduktion von Xmrk in induzierbarer Form untersuchen zu können, wurde eine mit EGF stimulierbare Rezeptorchimäre HER-mrk, deren extrazellulärer Anteil vom humanen EGF-R und deren intrazellulärer Anteil von Xmrk stammt, in der IL-3 abhängigen murinen pro-B-Zellinie Ba/F3 exprimiert. EGF-Stimulation dieser als BaF Hm bezeichneten Zellen führt zu IL-3 unabhängigem Wachstum und zu Langzeitüberleben. Stimulation des aus der gleichen Genfamilie stammenden EGF-Rezeptors hingegen, wird er in Ba/F3 Zellen exprimiert, kann kein Langzeitüberleben vermitteln. Erste Untersuchungen zeigten, daß das durch HER-mrk vermittelte Langzeitüberleben in Ba/F3 Zellen nicht auf einer höheren Rezeptorexpression verglichen mit den EGF-R exprimierenden Zellen beruht. Allerdings korreliert die Rezeptordichte mit der DNA-Syntheseleistung der Ba/F3 Zellen. Durch verschiedene carboxyterminal verkürzte HER-mrk Rezeptormutanten wurde eine unterschiedliche Anzahl von Substratbindungsstellen von Xmrk deletiert. Expression dieser HER-mrk Rezeptormutanten in Ba/F3 Zellen zeigte, daß für die Auslösung der Replikation der DNA keine C-terminale Substratbindungsstelle notwendig ist, während für eine Vollendung der Zellteilung mit Zellvermehrung und für Langzeitüberleben zwei membrannahe Substratbindungsstellen ausreichend sind. Der Vergleich der durch die verschiedenen Rezeptoren induzierten Signalwege bzw. der Substratinteraktionen von HER-mrk, seinen Mutanten und dem EGF-R gab Hinweise auf für die Antiapoptose entscheidende Signalwege. Untersuchungen zur Aktivierung von STAT1, 3 und 5 zeigten, daß HER-mrk zu einer Aktivierung aller drei STAT-Proteine führt, während der EGF-R in Ba/F3 Zellen nur STAT1 und 3, nicht aber STAT5 aktivieren kann. Die HER-mrk Rezeptormutanten zeigten, daß für die Aktivierung von STAT5 durch HER-mrk keine carboxyterminale Substratbindungsstelle notwendig ist, diese aber möglicherweise durch Stabilisierung der Rezeptorbindung seine Aktivierung verstärken. Für die Aktivierung von STAT1 und 3 hingegen sind carboxyterminale Substratbindungsstellen entscheidend. Das für ein antiapoptotisches Protein kodierende STAT5-Zielgen bcl-X wurde als HER-mrk Zielgen identifiziert. Auch die schwächere STAT5 Aktivierung durch die trunkierte HER-mrk Rezeptormutante Hm delta1006 hatte eine bcl-X Transkription zur Folge, während der EGF-R bcl-X nicht induzierte. Untersuchungen weiterer antiapoptotischer Signalwege zeigten, daß die mrk-Kinase sowie ihre Rezeptormutante Hm delta1006 im Gegensatz zum EGF-R auch zu einer Induktion von bcl-2 führen. Da diese Mutante kein Langzeitüberleben vermittelt, ist somit die Induktion der Genexpression antiapoptotischer Proteine wie Bcl-XL und Bcl-2 nicht ausreichend für Antiapoptose. Es bedarf somit der Kombination mehrerer antiapoptotischer Signalwege, um Langzeitüberleben zu sichern. Expression der Rezeptorchimäre HER-mrk in murinen Melanozyten führt bei Stimulation der mrk-Kinase zur Transformation der Zellen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte eine starke Induktion von bcl-X nach HER-mrk Stimulation in den Melanozyten nachgewiesen werden. Bei der Untersuchung humaner Melanomzellinien, die in der Expression verschiedener Rezeptortyrosinkinasen oft ein sehr unterschiedliches Muster zeigen, konnte eine konstitutive Aktivität von STAT5 in allen untersuchten Zellinien nachgewiesen werden, während STAT1 und 3 nur eine schwache und inhomogene Basalaktivität aufwiesen. Es zeigt sich folglich ein ähnliches Bild wie im Xiphophorus-Melanom, in dem ausschließlich STAT5 konstitutiv aktiv ist. Die untersuchten humanen Melanomzellinien zeigten durchweg eine Expression von Bcl-XL. Andere Signalwege wie z.B. die Aktivierung der MAPK hingegen zeigten ein heterogenes Muster bei den verschiedenen Zellinien. Erste Experimente in A375 Zellen deuten darauf hin, daß die Expression von dominant negativem STAT5 zur Reduktion der bcl-X Transkription und zur Apoptose der Zellen führt (Wellbrock, unveröffentlicht). Der STAT5/Bcl-XL Signalweg scheint folglich ganz entscheidend für die Antiapoptose von Melanomen zu sein.
N2  - Overexpression of the constitutively active receptor tyrosine kinase Xmrk, a member of the EGF-R family, in the fish Xiphophorus leads to the formation of malignant melanoma. Studies in transgenic Medaka fish showed that Xmrk only induced tumour formation in distinct tissues like brain, epithelia, eye and pigment cells. This showed that cells, which can be transformed by Xmrk need to have the appropriate components of the Xmrk signal transduction pathways. Until now PLC-g, the adaptor proteins Shc and Grb2, PI3K, the Src kinase Fyn and the transcription factor STAT5 have been identified as signalling proteins recruited and activated by Xmrk. To further investigate the mrk kinase induced signal transduction the receptor chimera HER-mrk was expressed in the IL-3 dependent pro-B cell line Ba/F3. This receptor chimera consists of the extracellular part of the human EGF receptor and the intracellular part of Xmrk. EGF stimulation, therefore, leads to mrk specific signalling in Ba/F3 cells. In HER-mrk expressing Ba/F3 cells EGF can replace the physiological growth factor IL-3 for proliferation and long term survival. In contrast stimulation of the EGF receptor if expressed in Ba/F3 cells does not have this effect. The long term survival triggered by HER-mrk was not based on higher receptor densities of HER-mrk expressing Ba/F3 cells compared to EGF-R expressing ones. Even a strong EGF-R expression could not mediate long term survival whereas even a low HER-mrk receptor expression was sufficient. Expression of C-terminal truncated HER-mrk receptor mutants in Ba/F3 cells showed that for induction of DNA synthesis no C-terminal substrate binding site is needed and that to complete cell division and for long term survival the two membrane proximal binding sites are important. This made it possible to define the crucial pathways for antiapoptotic signalling. Further analysis revealed that Her-mrk activates STAT1, 3 and 5 proteins, whereas the EGF-R could only activate STAT1 and 3, but not STAT5 in Ba/F3 cells. Strikingly, the HER-mrk receptor mutants showed that STAT5 activation by HER-mrk is not dependent on one of the known substrate binding sites but that C-terminal phosphotyrosines enhance the activation of STAT5, possibly by stabilizing the binding to the receptor. For the activation of STAT1 and 3, however, C-terminal substrate binding sites are needed. With regard to antiapoptotic signalling pathways a possible induction of the STAT5 target gene bcl-X has been investigated. Indeed, HER-mrk leads in contrast to the EGF-R to an induction of bcl-X transcription. Even the weaker STAT5 activation by the HER-mrk receptor mutant Hm delta1006 is followed by bcl-XL expression. Investigation of other antiapoptotic singalling pathways showed that the mrk kinse also leads to an induction of bcl-2 expression in contrast to the EGF-R. Strinkingly this was also seen for the receptor mutant Hm delta1006, which is not able to mediate long term growth in Ba/F3 cells. Therefore induction of the expression of the antiapoptotic proteins bcl-XL and bcl-2 seems not to be sufficient for long term survival. This suggests that a combination of different pathways is needed. Expression of the receptor chimera HER-mrk in murine melanocytes induces transformation of the cells under treatment with EGF. With this study it could be shown that mrk stimulation in these melanocytes leads to a strong induction of bcl-X which seems to be based on the activation of STAT5. Investigation of different human melanoma cell lines which often show varying expression of different receptor tyrosine kinases revealed constitutive activation of STAT5 in all of the tested cell lines. STAT1 and 3 however were only weakly activated and showed different activation patterns in the melanoma cell lines. Therefore in human melanoma cell lines a similar picture as for the Xiphophorus melanoma was found. While bcl-XL could not be investigated in the fish melanoma due to lacking cross reactivity of the antibody, northern probes and RT-PCR primers, the human melanoma cell lines showed expression of bcl-XL. Other pathways like the activation of MAPK, however, displayed a heterogenous activation pattern in the different cell lines. First experiments in A375 cells gave evidence that expression of dominant negative STAT5 is followed by reduction of bcl-X transcription and apoptosis of the cells (Wellbrock, unpublished). The STAT5/bcl-XL pathway therefore seems to be crucial for antiapoptosis in melanomas.
KW  - Apoptose
KW  - Rezeptortyrosinkinase
KW  - Melanom
KW  - STAT
KW  - Bcl-X
KW  - apoptosis
KW  - receptor tyrosine kinase
KW  - melanoma
KW  - STAT
KW  - bcl-X
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-11319
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmitt, Thomas
T1  - Communication in the hymenoptera : chemistry, ecology and evolution
T1  - Kommunikation bei Hymenopteren - Chemie, Ökologie und Evolution
N2  - Insects exhibit complex systems of communication with chemical signalling being the most important mode. Although there are many studies on chemical communication in insects, the evolution of chemical signals is not well understood. Due to the conflict of interests between individuals, different selective pressures might act on sender and receiver. In this thesis I investigate different types of communication where either the sender, the receiver or both parties yield benefits. These studies were conducted with one digger wasp species, honeybees, one chrysidid wasp, and three ant species. Senders might benefit by exploiting existing preferences of receivers. Such sensory exploitation might influence the evolution of male signals that are designed to attract females. The sex pheromone of male European beewolves Philanthus triangulum (Hymenoptera, Crabronidae) might have evolved according to the sensory exploitation hypothesis. A three-step scenario is supported by our studies. First, a major component of the honeybee alarm pheromone, (Z)-11-eicosen-1-ol, is also found on the cuticles and in the air surrounding foraging honeybees. Second, it could be shown, that (Z)-11- eicosen-1-ol plays a crucial role as kairomone for prey identification of honeybees by beewolf females. Third, a reanalysis of the beewolf male sex pheromone shows a remarkable similarity of compounds between the pheromone and the honeybee cuticle, besides the co-occurrence of (Z)-11-eisosen-ol. The majority of the cuticular hydrocarbons of honeybees occur also in the headspace of foraging workers. These results strongly support the hypothesis that beewolf males evolved a pheromone that exploits the females’ pre-existing sensory sensitivity. In addition, the male sex pheromone shows a significantly higher similarity among brothers than among non-related individuals, which might enable beewolf females to discriminate against brothers and avoid detrimental effects of breeding. Together with the studies on the possible sensory exploitation this result shows that both, male and female beewolves probably gain more benefits than costs from the pheromone communication and, thus, the communication system as a whole can be regarded as cooperative. To maintain the reproductive division of labour in eusocial colonies, queens have to signal their presence and fecundity. In the ant Camponotus floridanus (Hymenoptera, Formicidae) queens mark their own eggs with a distinctive pattern of cuticular hydrocarbons. Two different hypotheses have been developed. One suggests a form of worker manipulation by the queen. The alternative hypothesis assumes a cooperative signal that provides information on the condition of the queen. The results of our investigation clearly favour the latter hypothesis. Chemical mimicry is a form of non-cooperative communication that benefits predominantly the sender. We provided conclusive evidence that the cockoo wasp, Hedychrum rutilans (Hymenoptera, Chrysididae), the primary brood parasitoid of Philanthus triangulum, evades recognition by beewolf females most probably by chemical mimicry of the odour of its host. Furthermore, the adaptation of the chemical signature in the social ant parasite Protomognathus americanus (Hymenoptera, Formicidae) to its Leptothorax (Hymenoptera, Formicidae) hosts was investigated. Although this parasite is principally adapted to its hosts’ cuticular hydrocarbon profile, there are still pronounced differences between the profiles of parasites and hosts. This might be explained by the trade-off, which the parasites faces when confronted locally with two host species with different cuticular hydrocarbon profiles. Non-cooperative communication in the sense that only receivers benefit was discovered in the exploitation of honeybees volatile cuticular hydrocarbons by beewolf females. By using emitted (Z)-11-eicosen-1-ol as a kairomone, the receiver, the beewolf female, yields the benefits and the sender, the honeybee prey, bears all the costs. The results of these studies contribute to the understanding of the evolution of cooperative and non-cooperative communication with chemical signals taking into account differential benefits for sender and/or receiver.
N2  - Insekten weisen ein komplexes System der Kommunikation auf, wobei chemische Signale die wichtigste Rolle spielen. Obwohl viele Studien über chemische Kommunikation an Insekten durchgeführt wurden, ist die Evolution von chemischen Signalen nicht gut verstanden. Aufgrund von Interessenkonflikten wirken unterschiedliche Selektionsdrücke auf Sender und Empfänger. In dieser Dissertation untersuchte ich verschiedene Typen von Kommunikation, bei denen entweder der Sender, der Empfänger oder beide von der Kommunikation profitieren. Als Modellorganismen wurden eine Grabwespenart (Crabronidae), Honigbienen (Apidae), eine Goldwespenart (Chrysididae) und drei Ameisenarten (Formicidae) studiert. Sender können von der Ausnutzung existierender Präferenzen der Empfänger profitieren. Eine solche Ausnutzung kann die Evolution von Männchensignalen beeinflussen, die entwickelt wurden, um Weibchen anzulocken. Solch eine „sensory exploitation“ könnte die Evolution des Sexualpheromons von Männchen des Europäischen Bienenwolfs Philanthus triangulum (Hymenoptera, Crabronidae) beeinflußt haben. Unsere Studien unterstützen das folgende Drei-Stufen-Szenario: Erstens, eine Hauptkomponente aus dem Honigbienenalarmpheromon, das (Z)-11- Eicosen-1-ol, wurde auf der Kutikula und in der Umgebungsluft furagierender Honigbienen nachgewiesen. Zweitens konnte gezeigt werden, daß (Z)-11-Eicosen-1-ol eine wichtige Rolle als Kairomon bei der Identifizierung der Honigbiene als Beute durch Bienenwolfweibchen spielt. Schließlich zeigte eine detaillierte chemische Analyse des Bienenwolfmännchenpheromons, daß außer dem Auftreten von (Z)-11- Eicosen-1-ol weitere bemerkenswerte Übereinstimmungen zwischen dem Pheromon und der Honigbienenkutikula auftreten. Die meisten der kutikulären Substanzen der Honigbiene finden sich auch in der Umgebungsluft furagierender Honigbienen. Diese Ergebnisse bestätigen, daß bei der Evolution des Pheromons der Bienenwolfmännchen bereits existierende sensorische Fähigkeiten der Weibchen eine wichtige Rolle spielten und somit die „sensory exploitation“ Hypothese unterstützt wird. Das Sexualpheromon der Bienenwolfmännchen zeigt außerdem eine signifikant größere Ähnlichkeit zwischen Brüdern im Vergleich zu nicht verwandten Individuen. Dies könnte den Bienenwolfweibchen ermöglichen, bei der Paarung gegen Brüder zu diskriminieren und damit einen nachteiligen Effekt der Inzucht bei Nachkommen zu vermeiden. Dieses Ergebnis zeigt zusammen mit den Studien zur möglichen „sensory exploitation“, daß Männchen und Weibchen wahrscheinlich mehr Nutzen als Kosten aus diesem Kommunikationssystem erzielen und deshalb das System insgesamt als kooperativ betrachtet werden kann. Um die reproduktive Arbeitsteilung in eusozialen Kolonien aufrecht zu erhalten, müssen Königinnen ihre Anwesendheit und Fekundität signalisieren. Bei der Ameisenart Camponotus floridanus (Hymenoptera, Formicidae) markieren die Königinnen ihre eigenen Eier mit einem unverwechselbaren kutikulären Kohlenwasserstoffmuster. Zwei unterschiedliche Hypothesen, die diese Form der Kommunikation erklären, wurden formuliert. Eine Hypothese schlägt eine Manipulation von Arbeiterinnen durch die Königin vor. Eine Alternativhypothese geht von einem kooperativen Signal aus, das Informationen über den Zustand der Königin übermittelt. Die Ergebnisse unserer Untersuchungen stützen eindeutig letztere Hypothese. Chemische Mimikry ist eine Form von nicht-kooperativer Kommunikation, von der ausschließlich der Sender profitiert. Die Goldwespe, Hedychrum rutilans (Hymenoptera, Chrysididae), der wichtigste Brutparasitoid von Philanthus triangulum, entgeht der Entdeckung durch das Bienenwolfweibchen wahrscheinlich durch Imitierung des Geruchs seines Wirtes. Weiterhin wurde die Anpassung der chemischen Signatur des sozialen Ameisenparasiten Protomognathus americanus (Hymenoptera, Formicidae) an seine Leptothorax Wirtsarten untersucht. Obwohl dieser Parasit prinzipiell an das kutikuläre Kohlenwasserstoffprofil seines Wirtes angepaßt ist, gibt es trotzdem ausgeprägt Unterschiede zwischen den Profilen des Parasits und seines Wirtes. Dies könnte durch einen „trade-off“ erklärt werden, dem die Parasiten ausgesetzt sind, wenn sie lokal mit zwei Wirtsarten mit unterschiedlichen kutikulären Kohlenwasserstoffprofilen konfrontiert werden. Nicht-kooperative Kommunikation im Sinne, daß nur der Empfänger profitiert, wurde bei der Ausnutzung der flüchtigen kutikulären Kohlenwasserstoffen der Honigbiene durch seinen Prädator, das Bienenwolfweibchen, gezeigt. Durch die Nutzung von (Z)- 11-Eicosen-1-ol als Kairomon profitiert nur der Empfänger, das Bienenwolfweibchen, wohingegen der Sender, die Honigbiene (Beute), alle Kosten trägt. Die Ergebnisse dieser Studien tragen zu einem besseren Verständnis der Evolution von kooperativer und nicht-kooperativer Kommunikation mit chemischen Signalen unter Berücksichtigung des unterschiedlichen Nutzens für Sender und/oder Empfänger bei.
KW  - Hautflügler
KW  - Chemische Kommunikation
KW  - Pheromone
KW  - kutikuläre Kohlenwasserstoffe
KW  - chemische Kommunikation
KW  - Hymenopteren
KW  - pheromones
KW  - cuticular hydrocarbons
KW  - chemical communication
KW  - Hymenoptera
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-11267
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gerlach, Gabriele
T1  - Funktionelle Charakterisierung des BvgAS BH-Zwei-Komponentensystems von Bordetella holmesii
T1  - Functional characterization of the BvgAS BH two component system of Bordetella holmesii
N2  - Zur Gattung Bordetella gehören mehrere zum Teil sehr eng miteinander verwandte Keime, die bislang, mit Ausnahme des Umweltisolats B. petrii, ausschließlich in Assoziation mit einem Wirtsorganismus nachgewiesen werden konnten. Hierzu gehören zum einen die „klassischen“ Arten, deren pathogenes Potential vom obligat humanpathogenen Erreger des Keuchhustens, B. pertussis, dem ebenfalls humanpathogenen Keim B. parapertussis bis hin zu B. bronchiseptica, dem Erreger von Atemwegserkrankungen in verschiedenen Säugetieren, reicht. Zum anderen wurde dieser Gattung mit B. avium, B. hinzii, B. trematum, B. holmesii und B. petrii in den letzten Jahren „neue“ Arten zugeordnet, die zum Teil humanpathogenes, zum Teil tierpathogenes Potential besitzen. Da die evolutionären Beziehungen der „neuen“ Bordetella-Arten innerhalb der Gattung Bordetella bislang noch wenig untersucht wurden, wurde im Rahmen dieser Arbeit die Verbreitung und Konservierung von bekannten Bordetella-Genen und IS-Elementen bei den „neuen“ Bordetella-Arten untersucht. Aufgrund der vermehrten Hinweise auf ein humanpathogenes Potential von B. holmesii und seiner Assoziation mit einem dem Keuchhusten ähnlichen Krankheitsbild wurde der Schwerpunkt dieser Untersuchungen auf die Analyse der phylogenetischen Beziehungen zwischen B. holmesii und dem B. bronchiseptica-Cluster gelegt. Während durch den Nachweis der bei dem B. bronchiseptica-Cluster vorkommenden IS-Elemente IS481 und IS1001 die durch die 16S rDNA-Sequenz ermittelte Position von B. holmesii innerhalb des B. bronchiseptica-Clusters bestätigt werden konnte, ergab eine vergleichende Sequenzanalyse der in der Gattung Bordetella hoch konservierten Proteine OmpA, BvgA und BvgS die interessante Beobachtung, dass dieser Organismus in dieser Hinsicht viel mehr Ähnlichkeiten zu den „neuen“ Bordetella-Arten besitzt und in diesem Zusammenhang phylogenetisch eher im Umfeld von B. avium anzusiedeln ist. Bei der Charakterisierung von vier unterschiedlichen B. holmesii-Blutisolaten wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei variante B. holmesii-Stämme identifiziert, die sich hinsichtlich der fehlenden Expression des intakten Response-Regulators BvgABH von wildtypischen B. holmesii-Isolaten unterscheiden. Im weiteren konnte gezeigt werden, dass bei diesen phasenvarianten Stämmen die fehlende Expression auf eine Punktmutation innerhalb der bvgABH-Nukleotidsequenz zurückzuführen ist. Diese wird in beiden Fällen an der selben Nukleotidposition durch die Insertion eines Adenosinrestes hervorgerufen. Obwohl dieser Sequenzabschnitt nicht durch eine repetitive Nukleotidfolge gekennzeichnet ist und somit keinerlei Ähnlichkeiten mit einer für Frameshift-Mutationen anfälligen Stelle besitzt, könnte es sich bei der identifizierten DNA-Region dennoch um einen „hot spot“ für eine Punktmutation handeln, da die zwei varianten B. holmesii-Stämmen unabhängig voneinander aus unterschiedlichen Blutkulturen isoliert wurden. Von besonderer Bedeutung war zudem die Beobachtung, dass sich unter diesen varianten Stämmen auch der bei den Stammsammlungen als Referenzstamm abgelegte B. holmesii-Stamm ATCC51541 befindet. Da im Rahmen dieser Arbeit keinerlei offensichtliche phänotypische Unterschiede zwischen den varianten und den wildtypischen B. holmesii-Stämmen festgestellt werden konnten, bleibt die Bedeutung der Phasenvariation bei B. holmesii bislang noch ungeklärt. Im weiteren wurde mit Hilfe eines „Genome Walks“ die an den bvgABH-Leserahmen angrenzenden DNA-Bereiche für B. holmesii ermittelt. Dabei konnte 5 bp nach dem bvgABH-Stoppcodon ein weiterer Leserahmen (bvgSBH) identifiziert werden, welcher Homologien zu der Histidinkinase BvgS aus B. pertussis besitzt. Interessanterweise stellte sich bei der Sequenzanalyse heraus, dass der Konservierungsgrad des bvgASBH-Locus aus B. holmesii und des bvgAS-Locus aus B. pertussis auf DNA-Ebene sehr gering ist. Diese Beobachtung erklärt wiederum, warum der bvgASBH-Genlocus aus B. holmesii früher nicht durch DNA/DNA- Hybridisierungs-Experimente mit einer B. pertussis spezifischen DNA-Sonde nachgewiesen werden konnte und sein Vorhandensein erst nach dem Einsatz von degenerierten Primern über PCR-Analysen detektiert werden konnte. Im weiteren konnte über den „Genome Walk“ gezeigt werden, dass die an dem bvgAS-Locus angrenzenden DNA-Bereiche innerhalb der Gattung Bordetella nicht konserviert sind. Zum einen ist der bvgASBH-Locus aus B. holmesii nicht wie bei dem B. bronchiseptica-Cluster in 5´-Richtung von dem fhaB-orthologen Genlocus benachbart, da sich an dieser Stelle ein weiterer, potentieller Response-Regulator befindet. Ebenso konnten stromaufwärts von bvgASBH keinerlei Hinweise auf das Vorhandensein eines, dem bvgR-Gen der „klassischen“ Arten orthologen Leserahmens erzielt werden. Über weitere Sequenzanalysen konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass der Promotorbereich des bvgASBH-Genlocus überraschenderweise keinerlei offensichtliche Sequenzhomologien zu dem entsprechenden Promotorbereich der bvgAup-Region der „klassischen“ Arten zeigt. Dennoch konnten über in silico-Analysen mehrere Sequenzmotive innerhalb der bvgABHup-Region identifiziert werden, die als „inverted repeat“-Strukturen angeordnet sind und die zum Teil eine hohe Übereinstimmung zu der für die „klassischen“ Bordetella-Arten beschriebene BvgA-Konsensussequenz 5´-T/A T T C C/T T A-3 besitzen. Während sich diese Wiederholungssequenzen hinsichtlich ihrer Symmetrie und ihrer Anordnung von denen innerhalb der für das B. bronchiseptica-Cluster beschriebenen bvgAup-Region unterscheiden, konnten auffällige Parallelen zu der Promotorregion des vag- (virulence activated gene) Gens bvgR festgestellt werden. Obwohl sowohl der Response-Regulator BvgABH aus B. holmesii als auch das BvgA-Protein aus B. pertussis in vitro an die „inverted repeat“ Strukturen der bvgABHup-Region binden kann, führte eine Analyse der GFP-Expression der Reportergenfusion bvgABHup-gfp zu der erstaunlichen Beobachtung, dass die Reportergenfusion in B. pertussis durch die Bindung des BvgA-Proteins reprimiert wird, während sie im Gegensatz dazu in B. holmesii durch die Bindung des BvgABH-Proteins aktiviert wird. Die molekulare Grundlage für diese unterschiedlichen Regulationsmechanismen konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht ermittelt werden. Trotz einer umfangreichen Sequenzkonservierung zwischen dem Response-Regulator BvgABH aus B. holmesii und BvgA aus B. pertussis ist das BvgABH-Protein nicht in Lage, die Funktion des BvgA-Proteins aus B. pertussis in vitro bzw. in vivo zu ersetzen. Im Gegensatz dazu konnte mit Hilfe von Komplementationsexperimenten gezeigt werden, dass die Histidinkinase BvgSBH aus B. holmesii in der Lage ist, die Funktion des in dem B. pertussis Stamm 347 mutierten BvgS-Proteins zu übernehmen. Überraschenderweise unterschiedet sich jedoch das BvgSBH-Protein hinsichtlich der Wahrnehmung der Umweltstimuli von BvgS, da die Aktivität der Histidinkinase BvgSBH in dem hybriden B. pertussis Stamm BP 347 (pRK415-bvgASBH ATCC51541) nicht vollständig durch Sulfationen moduliert werden kann. Dies ist möglicherweise darauf zurückzuführen, dass im Gegensatz zu den cytoplasmatischen Regionen die BvgSBH- und BvgS- Sensorproteine vor allem in ihren sensorischen Bereichen einen sehr geringen Konservierungsgrad aufweisen.
N2  - Members of the genus Bordetella form a group of closely related organisms. With the exception of the environmental isolate B. petrii, Bordetella species were known until now exclusively in close association with host organsims. The three “classical” Bordetella species possess different pathogenic potential, ranging from the strictly human pathogen and etiological agent of whooping cough, B. pertussis and the likewise human pathogen B. parapertussis to B. bronchiseptica, which causes respiratory infections in a wide range of warm-blooded animals. On the other hand, within the past few years new species have been included in the genus Bordetella, namely, B. avium, B. hinzii, B. trematum, B. holmesii and B. petrii, which are pathogenic for human and/or animals. Since little is known about the phylogenetic relationship of the “new” Bordetella species within the genus Bordetella, these species were inverstigated considering the distribution and conservation of well-characterized Bordetella genes and IS elements. Because of the increasing indication of B. holmesii as an human pathogen and its association with pertussis-like symptomes these experiments were focused on the analysis of its phylogenetic relationship to the B. bronchiseptica cluster. Whereas the observation that the IS elements IS481 and IS1001, characteristic for the B. bronchiseptica cluster, are also found in B. holmesii, supports the 16S rDNA based close relationship of B. holmesii to the B. bronchiseptica cluster, the comparative analysis of OmpA, BvgA and BvgS protein sequences does not. In this regard, B. holmesii is more closely related to other “new” Bordetella species, being directly adjacent to B. avium. During the characterization of four different B. holmesii blood isolates, two variant B. holmesii strains were identified which differ from B. holmesii wild-type strains regarding the expression of the intact response regulator BvgABH. DNA sequence analysis revealed that the lack of expression of BvgABH arises from frameshift mutations which in both cases are due to the presence of an extra A residue within the bvgABH nucleotid sequence. Since the sequence around the site of this point mutation is not characterized by runs of a particular nucleotide there is no evidence for a “classical” context for frameshift mutations. Nevertheless, this DNA region may represent a “hot spot” for frameshift mutations as the two variant B. holmesii strains were isolated independently from different blood cultures. Remarkably, the type strain of B. holmesii is one of the two identified phasevariant strains. However, the role of phase variation in the natural biology of B. holmesii remains unclear since no obvious phenotypic differences could be detected between variant and wildtyp strains. Using the “genome walking” technique a bvgS orthologous gene (bvgSBH) was identified 5 bp downstream of the bvgABH stopcodon. DNA sequence analysis revealed that the bvgASBH locus of B. holmesii and the bvgAS locus of B. pertussis have very limited similarity at the DNA level explaining previous failures to identify the bvgASBH loci in B. holmesii using DNA/DNA hybridization studies and the necessity to make use of degenerate oligonucleotide primers to detect this orthologous genelocus via PCR. The “genom walking” approach further revealed that the flanking regions of the bvgAS loci are not conserved within the genus Bordetella since the bvgASBH locus is not immediately 5´ to the fhaB gene of B. holmesii. Instead, an open reading frame with similarity to a putative reponse regulator was detected upstream of bvgABH. Likewise no evidence of a bvgR homologous genlocus was detected downstream of bvgSBH. Further DNA sequence analysis additionally showed no obvious sequence similarities between the potential promoter region of the bvgASBH locus (bvgABHup) and the bvgAS promoter region of B. pertussis (bvgAup) but revealed the presence of several “inverted repeat” structures within the bvgABHup region which matches the BvgA binding site consensus sequence 5´-T/A T T C C/T T A-3. Whereas the symmetry and the organization of those structures are significantly different from those described within the bvgAup region, interessting similarities to the promoter region of the vag (virulene activated gene) gene bvgR could be identified. Although both, the response regulator BvgABH of B. holmesii and the BvgA protein of B. pertussis show nearly identical binding properties to the “inverted repeat” structures of the bvgABHup region in vitro, analysis of the reporter gene fusion bvgABHup-gfp leads to the observation that in B. pertussis binding of BvgA to the bvgABHup region results in repression of the reporter gene while, BvgABH binding activates GFP expression in B. holmesii. However, the molecular basis for these different regulatory mechanisms remain unclear. Despite extensive sequence conservation between the response regulator BvgABH of B. holmesii and BvgA of B. pertussis, the BvgABH protein is not able to replace the function of the BvgA protein in vitro and in vivo, respectively. In contrast, as was shown by complementation experiments, the histidine kinase BvgSBH of B. holmesii is able to replace the function of the mutated BvgS protein in the B. pertussis strain 347. Nevertheless, also interesting differences between the BvgSBH were identified considering signal recognition since the BvgSBH protein of the hybride B. pertussis strain BP 347 (pRK415-bvgASBH ATCC51541) is only weakly responsive to MgSO4. This may be due to the fact that, in contrast to the corresponding cytoplasmatic regions, the BvgSBH and BvgS sensor proteins are not well conserved in their predicted sensoric regions.
KW  - Bordetella
KW  - Genregulation
KW  - Genregulation
KW  - Bordetella
KW  - Genregulation
KW  - Bordetella
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10419
ER  - 
TY  - THES
A1  - Luo, Qin
T1  - Essential features of a PrfA-dependent : promoter of Listeria monocytogenes
T1  - Die essentiellen Eigenschaften eines PrfA-abhängigen Promotors von Listeria monocytogenes
N2  - The gram-positive, facultative intracellular pathogen Listeria monocytogenes is the causal agent of listeriosis. Most of well-known virulence genes are controlled by PrfA that belongs to the Crp-Fnr family of transcriptional activators. A PrfA-mediated transcription initiating at a virulence gene promoter, inlC promoter (PinlC) that regulates the expression of the small, secreted internalin C, was in-depth characterized by an in vitro transcription system to unravel the essential features of a PrfA-dependent promoter in this study. The obtained results indicate a dual promoter for inlC that leads to PrfA-dependent and -independent transcription in vitro and in vivo. The PrfA-dependent transcription requires, as expected, the PrfA-box, a conserved 14 bp sequence of dyad symmetry located about 40 bp upstream of the transcriptional start site of each PrfA-regulated gene. Another important structural feature for this PrfA-dependent promoter is the distance between the 3´-end of the PrfA-box and the 5´-end of the SigA-recognized –10 box fixed to 22 or 23 bp, which is observed in the interspace regions of the other known PrfA-dependent promoters, e.g. PactA, PplcA, Phly and Pmpl. The –35 box of PinlC is not necessary for PrfA-dependent transcription. The –10 box of PinlC and also that of the other PrfA-dependent promoters of L. monocytogenes closely resemble SigA-recognized –10 promoter sequences of the well-characterized gram-positive bacterium B. subtilis. Even the extended –10 motif (5´-TRTG-3´) considered to be a basic element for many SigA-recognized promoters in B. subtilis is present in PinlC. Primer extension studies reveal that both the PrfA-dependent and the independent promoter share the same –10 box. The PrfA-independent transcription of inlC depends on a –35 box located directly downstream of the PrfA-box, and the close proximity of the two sites inhibits strongly the transcription activity of the PrfA-independent promoter when the PrfA-RNA polymerase complex binds to the PrfA-box. Deletion of the PrfA-box results in PrfA-independent transcription from PinlC, which is no longer inhibited by PrfA. High concentration of GTP appears to be necessary for PrfA-dependent transcription initiated at the inlC promoter and at other PrfA-dependent promoters. Based on transcriptome analysis, Milohanic and his co-workers identified three groups of genes that were regulated differently by PrfA. Some of these genes containing putative PrfA-boxes in their 5´-upstream regulatory regions were selected for analysis of their transcriptional dependency on PrfA using again the in vitro transcription system. The data show that among these “PrfA-regulated” promoters tested, only the promoter of the hpt gene belonging to group I is clearly activated by PrfA. This promoter is also the only one that exhibited all essential features of a typical PrfA-dependent promoter as described above. In vitro transcription starting at most of the other promoters was neither positively nor negatively affected by PrfA. Transcription initiated at some of the promoters of group III genes (lmo0596 and lmo2067) is rather inefficient with SigA-loaded RNA polymerase, but is highly activated with RNA polymerase loaded with purified SigB. Addition of purified PrfA protein has no effect on the SigB-dependent transcription. These in vitro transcription results indicate that the in vivo observed PrfA effect on the expression of most of the new genes is either indirect or PrfA-mediated transcription of these genes requires - in contrast to the PrfA-dependent transcription of the known virulence genes (including hpt) - additional factors not present in the in vitro transcription assay. In addition to these new genes described by Milohanic, the promoters of two genes (lmo2420 and lmo2840) that contain putative PrfA-boxes with only a single mismatch in their upstream regulatory regions were analyzed in this study. However, transcription of none of these genes is regulated by PrfA, suggesting that these genes are either not truly regulated by PrfA or regulated by other global transcription activators that interact with PrfA by yet unknown mechanisms. By exchanging corresponding sequences between a functionally inactive promoter ParoAP2 and a typical PrfA-dependent promoter PplcA, it is found that PrfA-dependent in vitro transcription can be initiated from the hybrid promoter containing the putative PrfA-box and the SigA-recognized –10 box (TTTAAT) from the putative PrfA-dependent aroAP2 promoter, but it is inhibited strongly by the interspace sequence between these two sites apparently due to an additional RNA polymerase binding site [the –10 box (TAATAT) for the PrfA-independent transcription of ParoAP1)] within this region. Furthermore, a symmetric sequence downstream of the –10 box (TTTAAT) is also shown to be a strongly inhibitory for PrfA-dependent transcription from the putative PrfA-dependent aroAP2 promoter.
N2  - Listeria monocytogenes, ein gram-positives, fakultativ intrazelluläres Bakterium. Die meisten bekannten listeriellen Virulenzgene werden durch den positiven Regulationsfaktor PrfA, der zur Crp-Fnr-Familie von Transkriptionsfaktoren zählt, reguliert. Zu den durch PrfA regulierten Genen zählt auch inlC, das das kleine sekretierte Internalin C kodiert. Mit Hilfe des in vitro Transkriptionssystems wurde in dieser Arbeit die PrfA-abhängige Transkription des inlC-Promotors (PinlC) untersucht, um die essentiellen Eigenschaften eines PrfA-abhängigen Promotors zu charakterisieren. Die hier erhaltenen Ergebnisse deuten auf einen dualen Promotor für inlC hin, der für eine PrfA-abhängige und -unabhängige Transkription in vitro und in vivo verantwortlich ist. Ein weiteres wichtiges Merkmal für diesen PrfA-abhängigen Promotor ist der Abstand zwischen dem 3'-Ende der PrfA-Box und dem 5'-Ende der SigA-abhängigen –10 Box, der 22 oder 23 bp beträgt und auch bei anderen bekannten PrfA-abhängigen Promotoren wie PactA, PplcA, Phly und Pmpl zu finden ist. Untersuchungen zeigten, dass die –35 Box von PinlC nicht notwendig für eine PrfA-abhängige Transkription ist. Die –10 Box von PinlC und anderen PrfA-abhängigen Promotoren von L. monocytogenes ähnelt stark den SigA-abhängigen –10 Promotorsequenzen des gut untersuchten gram-positiven Bakteriums B. subtilis. Sogar das erweiterte –10 Motiv (5'-TRTG-3'), das in B. subtilis als Hauptbestandteil vieler SigA-abhängiger Promotoren betrachtet wird, ist auch in PinlC zu finden. Untersuchungen mit Primer Extension zeigten, dass der PrfA-abhängige und PrfA-unabhängige inlC-Promotor die gleiche –10 Box verwenden. Die PrfA-unabhängige Transkription von inlC ist abhängig von einer –35 Box, die direkt downstream der PrfA-Box liegt. Durch die enge Nachbarschaft dieser beiden Sequenzen wird die Transkriptionsaktivität des PrfA-unabhängigen Promotors stark inhibiert, wenn der PrfA-RNA-Polymerase-Komplex an die PrfA-Box bindet. Deletion der PrfA-Box führt zu einer PrfA-unabhängigen Transkription von PinlC, die nicht länger durch PrfA inhibiert wird. Hohe Konzentration an GTP scheint zudem für die PrfA-abhängige Transkripitonsinitiation am inlC-Promotor und anderen PrfA-abhängigen Promotoren notwendig zu sein. Basierend auf Transkriptomanalysen identifizierte Milohanic et al. drei Gruppen von Genen, die differentiell durch PrfA reguliert werden. Einige dieser Gene besitzen putative PrfA-Boxen in ihren Promotorbereichen und wurden in dieser Arbeit mit Hilfe des in vitro Transkriptionssystems auf ihre PrfA-Abhängigkeit untersucht. Die hier erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass unter allen untersuchten "PrfA-regulierten" Promotoren nur der Promotor des hpt-Gens - einem Mitglied der Gruppe I - deutlich durch PrfA aktiviert wird. Die meiste andere Promotoren wurde weder positiv noch negativ durch PrfA beeinflusst. Die Transkription von einigen Promotoren der Gruppe III Gene (lmo0596 und lmo2067) ist relativ ineffizient mit SigA-beladener RNA-Polymerase, wird aber stark aktiviert, wenn RNA-Polymerase mit gereinigtem SigB beladen wird. Zugabe von gereinigtem PrfA-Protein hat keinen Einfluss auf die SigB-abhängige Transkription. Diese in vitro-Transkriptionsergebnisse deuten darauf hin, dass der in vivo beobachtete PrfA-Effekt auf die Expression der meisten neu identifizierten Gene entweder indirekt ist oder die PrfA-vermittelte Transkription dieser Gene im Gegensatz zur PrfA-abhängigen Transkription der bekannten Virulenzgene (einschließlich hpt) zusätzliche Faktoren benötigt, die im in vitro Transkriptionsansatz nicht vorhanden sind. Neben diesen neuen von Milohanic et al. beschriebenen Genen wurden die Promotoren von zwei weiteren Genen (lmo2420 und lmo2840) untersucht, die putative PrfA-Boxen mit nur einem Mismatch aufwiesen. Die Transkription dieser beiden Gene zeigte jedoch keine Abhängigkeit von PrfA. Durch Austausch entsprechender Sequenzen zwischen einem funktionell inaktiven Promotor ParoAP2 und einem typischen PrfA-abhängigen Promotor PplcA konnte gezeigt werden, dass PrfA-abhängige in vitro Transkription von einem Hybridpromotor initiiert werden kann, der die putative PrfA-Box und SigA-abhängige –10 Box (TTTAAT) des möglicherweise PrfA-abhängigen aroAP2-Promotors besitzt. In vitro Transkription wird allerdings durch die zwischen PrfA und –10 Box liegende Sequenz des aroAP2-Promotors stark inhibiert, da offensichtlich eine zusätzliche RNA-Polymerase-Bindungsstelle [die –10 Box (TAATAT) für die PrfA-unabhängige Transkription von ParoAP1] in dieser Region vorliegt. Außerdem konnte gezeigt werden, dass eine symmetrische Sequenz downstream der –10 Box (TTTAAT) die PrfA-abhängige Transkription vom aroAP2-Promotor stark inhibiert.
KW  - Listeria monocytogenes
KW  - Virulenz
KW  - Genregulation
KW  - Listeria monocytogenes
KW  - das in vitro Transkriptionssystem
KW  - PrfA
KW  - das Promotor
KW  - Listeria monocytogenes
KW  - in vitro transcription
KW  - PrfA
KW  - promoter
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10341
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reintjes, Norbert
T1  - Taxonomy, faunistics and life-history traits of Dytiscidae and Noteridae (Coleoptera) in a West African savannah
T1  - Taxonomie, Faunistik und Lebensweise der Dytiscidae und Noteridae (Coleoptera) in einer West Afrikanischen Savanne
N2  - The studies inventoried the species of the families Dytiscidae and Noteridae (Coleoptera) in Comoé National Park in northern Ivory Coast, West Africa and investigated the ecological role of temporary and permanent water bodies for the aestivation of these aquatic beetles. The ecological studies focused on the question how the beetles cope with the temporary loss of their aquatic habitats during dry season. The climate in the study area is characterised by a pronounced dry season from about November to March/April, in which the temporary ponds and creeks in the savannah entirely desiccate. The only available water bodies during dry season in Comoé National Park are the Comoé River, pools in some of its tributaries, and a few of the large savannah ponds. The taxonomic and faunistic analysis revealed a high species richness in the study area and yielded a total of twelve species of Noteridae in four genera and 95 species of Dytiscidae in 22 genera. Thirty of these species had not yet been reported from the Ivory Coast. A description of a new species in the genus Laccophilus is given, named L. comoensis in honour of the National Park. Strong incidences exist that the material includes more species yet unknown to science. Concerning the mode of aestivation, observations in pilot studies led to the working hypothesis that the beetles pass the dry season as adults in aquatic habitats. Consequently, presence of adults in aquatic habitats throughout the dry season and cyclic migration of adults between temporary and permanent water bodies was expected. Regular sampling of water bodies throughout the dry season and beginning rainy season yielded 33,705 individuals in 72 species and 26 genera. In all the sample periods Noteridae and / or Dytiscidae were recorded. The number of species per period was between 36 and 58. It is concluded that in Comoé National Park a) at least parts of the populations of the recorded species pass the dry season as adults and b) aquatic habitats serve as a refuge for aestivation of these adult beetles. In a rocky area in the riverbed of the permanent Comoé River four sets of studies were performed during dry and beginning rainy season. According to the working hypothesis beetles should be searching for adequate aquatic habitats as long as temporary savannah waters are becoming inhospitable and are falling dry. Seven rock pools in the riverbed of the Comoé River were artificially filled and thus offered for colonization at the peak of the dry season (end of January). After five days the rock pools were quantitatively sampled by completely emptying them. All the rock pools were colonized by Dytiscidae and / or Noteridae and with a total of 1,507 individuals in 26 species abundance and diversity were high. Habitats for aestivation are needed most, when the majority of the savannah waters are fallen dry. Little precipitation on February 18th 1999 had filled rock pools in the riverbed of the Comoé River but no pools in the savannah, where the rain was immediately absorbed by the very dry soil. An inventory of beetles was performed in 21 naturally filled rock pools five to 20 days after this precipitation. The sampling yielded 8,456 individuals in 41 species. Except the smallest, all rock pools contained beetles. The result showed that Dytiscidae and Noteridae utilise the rock pools as aquatic habitat during dry season. Beetles adapted to a highly seasonal environment like the aquatic system in the study area should be good colonizers. Sampling of four, respectively five rock pools at two occasions within 24 hours after the start of precipitation examined the potential of colonizers at that period (March). Prior to these precipitations the pools had been completely dry. Dytiscidae were already present in all rock pools and a total of 434 Dytiscidae in 14 species was found. The working hypothesis of cyclic migration suggests that the beetles should leave the rock pools at the onset of the rainy season when precipitation had filled temporary water bodies in the savannah. After several precipitation events an inventory of 13 rock pools of the Comoé River in May controlled for adult beetles. Only four species with 126 individuals were still found, of which Yolina chopardi contributed 81.7%. This species seems to differ from the other recorded species in the use of habitats, since it was never recorded in the savannah. In general, however, diversity and abundance of Dytiscidae and Noteridae in the rock pools, as expected, was low after the onset of the rainy season. During the entire study of the rock pools in the riverbed of the Comoé River 10,523 individuals in 44 species and 18 genera were collected. Thus, more than half of the species recorded in Comoé National Park were found in the rock pools. The results suggest that the Comoé River and the rock pools in the riverbed serve as aquatic retreat for adult Dytiscidae and Noteridae during dry season when temporary water bodies in the savannah are desiccated. The suggested cyclic migration between water bodies predicts that newly formed savannah waters are recolonized by the beetles at the onset of the rainy season. This colonization should be a) by adults and b) airborne. Two artificial ponds in the open savannah were offered only for aerial colonization at the beginning of the rainy season. The ponds were controlled for adult Noteridae and Dytiscidae daily during one continuous phase of eleven and a second one of 16 days (end of March to end of April). On every sampling date Noteridae or Dytiscidae were recorded. In the entire study 2,744 individuals in 44 species and 16 genera were collected. After precipitation, abundance and species richness increased. Thirty-five of the encountered species had been recorded in rock pools of the Comoé River before. The principal species in the artificial savannah ponds had been principal species in samplings of the rock pools as well. The results support the hypothesis of cyclic migration: most species of Dytiscidae and Noteridae of the Comoé National Park fly from desiccating savannah waters to permanent water bodies or water bodies holding water for extended times during dry season. They pass the dry season in these waters and fly back into the savannah after precipitation at the onset of the rainy season. Exceptions from this general rule are discussed.
N2  - Die Arbeit liefert zunächst eine umfassende Bestandsaufnahme der Schwimm- und Tauchkäfer (Coleoptera: Dytiscidae, Noteridae) des Comoé Nationalparks, Elfenbeinküste, Westafrika. Darauf aufbauend untersuchte die Studie die Rolle temporärer und permanenter Gewässer für die Überdauerung dieser Wasserkäfer. Die ökologischen Untersuchungen konzentrierten sich auf die Frage, wie diese Käfer auf den saisonalen partiellen Verlust ihres aquatischen Lebensraumes während der Trockenzeit reagieren. Das Klima im Untersuchungsgebiet wird von einer ausgeprägten Trockenzeit (etwa von November bis März/April) dominiert, die zur Austrocknung der temporären Tümpel und Bäche in der Savanne führt. Die einzigen während der Trockenzeit im Comoé Nationalpark verfügbaren Gewässer sind der Comoé Fluss, Pools in einigen seiner Zuflüsse sowie einige der großen Savannentümpel. Die taxonomischen und faunistischen Studien belegten eine hohe Artenzahl der betrachteten Käferfamilien im Untersuchungsgebiet. Die Bestandserfassung registrierte aus der Familie Noteridae zwölf Arten in vier Gattungen und aus der Familie Dytiscidae 95 Arten in 22 Gattungen. Das Vorkommen von 30 dieser Arten in der Elfenbeinküste wurde zum ersten Mal dokumentiert. Eine neue Art aus der Gattung Laccophilus, zu Ehren des Nationalparks L. comoensis genannt, wurde beschrieben. Das Material enthält höchstwahrscheinlich weitere unbeschriebene Arten. Aus Vorstudien leitete sich die Arbeitshypothese ab, dass die Käfer die Trockenzeit als Imago in aquatischen Lebensräumen verbringen. Es wurde daher erwartet, dass Imagines während der gesamten Trockenzeit zu finden sind und dass diese saisonal zyklisch zwischen temporären und permanenten Gewässern hin und her wandern. Die regelmäßige Beprobung von Gewässern während der Trocken- und beginnenden Regenzeit erbrachte 33.705 Imagines aus 72 Arten und 26 Gattungen. In allen Sammelzeiträumen wurden Noteriden und / oder Dytisciden gefunden. Die Artenzahl pro Sammelperiode lag zwischen 36 und 58. Daraus ergibt sich, dass im Comoé Nationalpark a) zumindest Teile der Populationen der nachgewiesenen Arten die Trockenzeit als Imagines verbringen und b) dass diese Arten aquatische Lebensräume als Rückzugsgebiete zur Überdauerung der Trockenzeit nutzen. Auf einer felsigen Fläche im Flussbett des permanenten Comoé Flusses wurden während der Trocken- und beginnenden Regenzeit vier Versuchseinheiten durchgeführt. Wenn adulte Käfer die Trockenzeit in permanenten Gewässern überdauern, dann sollten – gemäß der o.g. Arbeitshypothese –Käfer auf der Suche nach geeigneten Gewässern sein, solange temporäre Savannengewässer trockenfallen. In einem ausgetrockneten felsigen Abschnitt des Comoé Flussbettes wurden in der Hoch-Trockenzeit (Ende Januar) sieben Felstümpel künstlich aufgefüllt und zur Besiedlung angeboten. Nach fünf Tagen wurden diese durch vollständige Entleerung quantitativ besammelt. Sämtliche Felstümpel waren von Dytisciden und / oder Noteriden besiedelt. Insgesamt fand sich mit 1.507 Individuen aus 26 Arten eine hohe Abundanz und Diversität. Geeignete Überdauerungshabitate werden insbesondere benötigt, wenn der überwiegende Teil der Savannengewässer ausgetrocknet ist. Leichte Niederschläge am 18. Februar 1999 füllten zwar Vertiefungen im felsigen Flussbett, nicht jedoch Savannentümpel, da dort das Wasser von der trockenen Erde sofort aufgenommen wurde. Eine Bestandserfassung der Käfer aus 21 natürlich gefüllten Felsgewässern fünf bis 20 Tage nach den genannten Niederschlägen, erbrachte 8.456 Individuen aus 41 Arten. Abgesehen von dem kleinsten wurden alle Felsgewässer von Dytisciden und Noteriden genutzt. Käfer in einem derart saisonalen Habitat wie es das Gewässersystem im Untersuchungsgebiet darstellt, sollten gute Besiedler sein. Beprobungen von vier bzw. fünf zuvor vollständig ausgetrockneten Felsgewässern innerhalb von 24 Stunden nach dem Beginn zweier Niederschläge im März zeigten, dass die Käfer dieses Kriterium erfüllen: in sämtlichen Felstümpeln fanden sich Dytisciden. Insgesamt wurden 434 Individuen aus 14 Arten registriert. Die Arbeitshypothese der zyklischen Migration lässt erwarten, dass die Käfer die Felsgewässer verlassen, wenn Niederschläge zu Beginn der Regenzeit temporäre Savannengewässer aufgefüllt haben. Nach mehreren Niederschlägen lieferte eine Bestandsaufnahme von Käfern in 13 Felstümpeln im Mai lediglich 126 Individuen aus vier Arten. Yolina chopardi stellte mit 81,7% den Großteil der gefundenen Individuen. Diese Art scheint sich hinsichtlich der genutzten Habitate von den anderen nachgewiesenen Arten zu unterscheiden, da sie nie in Savannengewässern gefunden wurde. Wie erwartet war jedoch insgesamt die Diversität und Abundanz der Dytisciden und Noteriden nach Beginn der Regenzeit in den Felstümpeln gering. Im Laufe der Untersuchungen der Felsgewässer im Flussbett des Comoé Flusses wurden insgesamt 10.523 Individuen in 44 Arten aus 18 Gattungen erfasst. Dies entspricht mehr als der Hälfte der im Comoé Nationalpark nachgewiesenen Arten. Die Ergebnisse legen nahe, dass der Comoé Fluss und die Felsgewässer im Flussbett für die Dytisciden und Noteriden wichtige aquatische Lebensräume während der Trockenzeit darstellen, wenn temporäre Gewässer in der Savanne ausgetrocknet sind. Die angenommene zyklische Wanderung sagt voraus, dass neu gebildete Savannengewässer zu Beginn der Regenzeit a) von Imagines und b) aus der Luft besiedelt werden. Zwei Kunsttümpel in der offenen Savanne wurden zu Beginn der Regenzeit zur Besiedlung aus der Luft angeboten und während einer elftägigen und einer 16-tägigen Phase (insgesamt Ende März bis Ende April) täglich auf adulte Noteriden und Dytisciden kontrolliert. An jedem Untersuchungstag wurden Käfer nachgewiesen. In der Studie fanden sich insgesamt 2.744 Individuen aus 44 Arten und 16 Gattungen. Nach Niederschlägen waren die Individuen- und Artenzahl erhöht. Fünfunddreißig der Arten waren zuvor in den Felsgewässer des Comoé Flusses in der Trockenzeit nachgewiesen worden. Die Hauptarten der Kunsttümpel waren auch Hauptarten der beprobten Felstümpel gewesen. Die Ergebnisse unterstützen die Hypothese der zyklischen Migration: die meisten Arten der Familie Dytiscidae und Noteridae des Comoé Nationalparks fliegen von austrocknenden Savannengewässern zu permanenten Gewässern oder Wasserkörper, die über einen längeren Zeitraum während der Trockenzeit Wasser halten. Nachdem sie dort die Trockenzeit verbracht haben, fliegen sie nach Niederschlägen zu Beginn der Regenzeit zurück in die Savanne. Ausnahmen von dieser Regel werden diskutiert.
KW  - Schwimmkäfer
KW  - Parc National de la Comoé
KW  - Dytiscidae
KW  - Noteridae
KW  - Savanne
KW  - temporäre Gewässer
KW  - Elfenbeinküste
KW  - Dytiscidae
KW  - Noteridae
KW  - savannah
KW  - temporary waters
KW  - Ivory Coast
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10287
ER  -