TY  - THES
A1  - Reichert, Nina
T1  - The Role of LIN9 in Mouse Development
T1  - Die Rolle von LIN9 in der Mausentwicklung
N2  - LINC, the human homologue of an evolutionary conserved complex, regulates the transcription of a set of genes essential during the G2/M transition (Osterloh et al., 2007; Schmit et al., 2007). One component of the LINC core module is LIN-9. LIN-9 is essential for the transcriptional activation of LINC target genes and also promotes differentiation in association with pRB (Gagrica et al., 2004). However, nothing is known about its function in vivo. Histological and molecular analysis revealed that Lin9 is ubiquitously expressed throughout embryonic development and in all examined adult organs. Additionally, Lin9 mRNA is expressed in ES cells and blastocysts. Moreover the analogous distribution of the other LINC components suggested that they all function in the same cells and most likely in the same pathway. To deeper investigate the role of LIN9 in cell cycle and differentiation in vivo, a Lin9 gene trap mouse model (GT) was successfully generated and examined. Heterozygouse Lin9GT/+ mice were inconspicuous and develop normally. However, homozygouse knockout embryos were never obtained. The Lin9GT/GT embryos die at peri-implantation, probably due to a defect in the development of the epiblast, which could be shown with in situ hybridization with specific lineage markers. In vitro, the ICM of Lin9-deficient blastocysts did not develop properly. These data suggest that the loss of Lin9 leads to embryonic lethality at peri-implantation, and indicates that LIN9 is required for proper formation of the epiblast. In parallel, the first conditional Lin9 mouse model based on the Cre-loxP technology was generated. The Lin9fl/fl allele can be deleted by Cre-recombinase, in vivo and in vitro. Therefore an inducible system with Lin9fl/fl mice harboring Cre-ERT2 was established. The MEFs generated from these transgenic mice carried a nearly complete knockout upon induction with tamoxifen. Deletion of LIN9 in MEFs had a major impact upon the cell cycle and growth rates. Specifically, they arrested in G2/M phase and stopped to proliferate. Taken together, I was able to generate a lin9 gene trap and a lin9 conditional knockout mouse model. All results obtained so far demonstrate, that Lin9 is an essential gene for embryonic development and cell cycle control. It will be of great interest to further investigate Lin9-deficiency to gain insights into the mechanism of cell cycle control in early embryonic development and cell differentiation.
N2  - LINC, das humane Homolog eines evolutionär konservierten Komplexes, reguliert die Transkription von Genen, die essentiell für die G2/M Transition sind (Osterloh et al., 2007; Schmit et al., 2007). Eine Komponente des LINC Komplexes ist LIN-9. LIN-9 ist für die transkriptionelle Aktivierung LINC spezifischer Zielgene essentiell und kann, in Assoziation mit pRB, die Differenzierung humaner Zellen fördern (Gagrica et al., 2004). Bisher ist jedoch nichts über die in vivo Funktion LIN9s bekannt. Histologische und molekulare Analysen der Maus machen deutlich, dass Lin9 während der embryonalen Entwicklung und in allen untersuchten adulten Organen ubiquitär exprimiert wird. Zusätzlich wird Lin9 mRNA in ES Zellen und in Blastocysten exprimiert. Außerdem legt die analoge Verteilung anderer LINC Komponenten nahe, dass sie sehr wahrscheinlich gemeinsam in den gleichen Zellen und Signalwegen agieren. Um die Funktion des LIN9 Proteins im Zellzyklus und der Differenzierung in vivo genauer zu erforschen, wurde ein Lin9 „Gene Trap“ Maus Modell (GT) generiert und untersucht. Heterozygote Lin9GT/+ Mäuse sind unauffällig und entwickeln sich normal. Allerdings wurden keine Lin9 knockout Embryonen erhalten. Lin9GT/GT Embryonen sterben in der peri-Implantationsphase, vermutlich auf Grund eines Entwicklungsdefekts des Epiblasten, was mit in situ Hybridisierung von Abstammungslinien spezifischen Markern gezeigt werden konnte. Die ICM Lin9 defizienter Blastocysten entwickelte sich in vitro nicht richtig. Diese Daten machen deutlich, dass der Verlust von Lin9 zu embryonaler Letalität im Peri-Implantations-stadium führt, und zeigt dass Lin9 für die richtige Ausbildung des Epiblasten benötigt wird. Gleichzeitig wurde das erste konditionelle Lin9 Maus Modell, basierend auf der Cre-loxP Technologie, generiert. Das Lin9fl/fl Allele kann in vivo und in vitro mit der Cre-Recombinase deletiert werden. Deshalb wurde ein induzierbares System mit Lin9fl/fl Mäusen, die zusätzlich Cre-ERT2 tragen, etabliert. Die MEFs dieser transgenen Mäuse trugen nach Induktion mit Tamoxifen einen kompletten Lin9 Knockout. Die Deletion von LIN9 hat dramatische Auswirkung auf den Zellzyklus und die Wachstumsrate der MEFs. Neben der Akkumulation in der G2/M Phase des Zellzyklus kommt es zu einem vollständigen Proliferationsstop. Zusammenfassend war es möglich, ein Lin9 „Gene Trap“ und ein konditionelles Knockout Maus Modell zu generieren. Beide Mausmodelle belegen, dass Lin9 ein essenzielles Gen für die Embryonalentwicklung und die Kontrolle des Zellzyklus ist. Die weitere Erforschung der LIN9 Defizienz wird dazu beitragen, grundlegende Mechanismen der frühen Zellzykluskontrolle und der embryonalen Entwicklung zu verstehen.
KW  - Zellzyklus
KW  - Knockout <Molekulargenetik>
KW  - Cell cyle
KW  - Knockout
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30889
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kukat, Christian
T1  - Fusion, Fission und Nucleoids in Megamitochondrien
T1  - Fusion, fission and nucleoids in megamitochondria
N2  - In rho0-Zellen, die über keine mitochondriale DNA (mtDNA) mehr verfügen, entstehen während der Kultivierung Megamitochondrien durch endogene Milchsäure-Azidifizierung des Kulturmediums. Diese Riesenorganellen bilden sich dabei durch mitochondriale Fusionsereignisse und/oder eine Hemmung der Fission. In Zellen mit mitochondrialem Genom ist es ebenso möglich Megamitochondrien durch artifizielles Ansäuern des Kulturmediums zu induzieren. Diese Erkenntnisse wurden im Rahmen dieser Arbeit als Werkzeug verwendet, um Einblicke in mitochondriale Fusions- und Fissionsereignisse zu erlangen. Zunächst wurde die Fusion mitochondrialer Matrixkompartimente mithilfe der photoaktivierbaren Variante des grünen fluoreszierenden Proteins (PA-GFP) untersucht. Hiermit konnte gezeigt werden, dass das Vermischen der Matrixkompartimente nach der Fusion ein sehr schneller Prozess ist. Die Analyse der Bildung und Rückbildung der Megamitochondrien erfolgte sowohl konfokal- als auch elektronenmikroskopisch, wobei sich zeigte, dass die Matrix der Riesenorganellen kaum mehr Cristae beinhaltet. Die Rückbildung der Megamitochondrien zum normalen Netzwerk ist ein sehr schneller Prozess, bei dem schon nach 15 min keine vergrößerten Organellen mehr sichtbar sind. Dies indiziert, dass der Rückbildungsprozess wahrscheinlich durch Veränderungen von verfügbaren Proteinen durchgeführt wird, ohne die Induzierung von Proteinneusynthese. Untersuchungen auf ultrastruktureller Ebene zeigten, dass es während der Rückbildung zur Formation von drei unterschiedlichen Mitochondrientypen kam, die sich in ihrer Morphologie stark unterschieden. Weiterhin wurden vergleichende Studien zur Bildung der Megamitochondrien durchgeführt, bei denen der Einfluss von Atmungsketten-Inhibitoren auf die Bildung von Milchsäure-induzierten Riesenorganellen untersucht wurde. Die Resultate deuten für die Megamitochondrieninduktion auf eine Abhängigkeit auf ein intaktes Membranpotential hin. Immunzytochemisch wurde die endogene Lokalisation der mitochondrialen Fusions- und Fissionsproteine Mitofusin 2, hFis1 und Drp1/DNM1L am Modellsystem der Megamitochondrieninduktion aufgeklärt. Es zeigte sich, dass diese Proteine punktförmig an der äußeren Membran der Riesenorganellen lokalisieren Um das Modellsystem an lebenden Zellen zu nutzen, wurden Vektoren konstruiert, die fluoreszenzmarkierte Proteine der mitochondrialen Fusions- und Fissionsmaschinerie exprimierten. Hiermit konnte einerseits die Lokalisation von Mitofusin 1, Mitofusin 2, hFis1 und Drp1/DNM1L in lebenden Zellen nach Induktion der Megamitochondrien analysiert werden und andererseits der Einfluss der Überexpression dieser Proteine auf die Bildung der Riesenorganellen dokumentiert werden. Die Ergebnisse machten deutlich, dass nur die Überepxression von hFis1 die Bildung der Megamitochondrien verhinderte. Ein weiterer Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit lag in der Visualisierung und Dynamik mitochondrialer Nucleoids in lebenden Zellen. Nucleoids sind Protein-DNA-Komplexe, in denen mitochondriale Genome organisiert sind. Mit dem Farbstoff PicoGreen gelang es mtDNA in lebenden Zellen zu färben und Dynamikstudien der punktförmigen Strukturen mikroskopisch festzuhalten. Während sich mtDNA im mitochondrialen Netzwerk nur marginal aufgrund stattfindender Fusions- und Fissionsereignisse bewegte kam es in den Milchsäure-induzierten Megamitochondrien zu einer extensiven und extrem schnellen Bewegung von mitochondrialer DNA. In anschließenden Versuchen wurde der mitochondriale Transkriptions- und Verpackungsfaktor TFAM als fluoreszentes Fusionsprotein in Zellen transfiziert und Kolokalisationsstudien zeigten, dass das Fusionsprotein mit mtDNA kolokalisiert. In den Riesenorganellen präsentierten punktförmige TFAM-gefärbte Nucleoids ein sehr dynamisches Verhalten mit schneller Bewegung. In rho0-Zellen ohne mitochondriale DNA war die TFAM-Fluoreszenz hingegen gleichmäßig verteilt. Ein weiterer Nucleiodbestandteil ist das mitochondriale DNA-Einzelstrangbindeprotein SSBP1, welches in Megamitochondrien ebenso ein sehr dynamisches Verhalten aufwies. Eine mitochondrial-zielgesteuerte und EGFP-markierte Restriktionsendonuklease wies ebenfalls das typische, punktförmige Nucleoidmuster im mitochondrialen Netzwerk auf, was auf eine Interaktion mit der mtDNA schließen lässt. In rho0-Zellen ohne mtDNA kam es jedoch zur gleichmäßigen Verteilung des Konstruktes in den Mitochondrien. Zusammenfassend wurden in dieser Arbeit sowohl Einblicke in die Biologie der Megamitochondrien gewonnen, als auch Erkenntnisse über die Dynamik mitochondrialer Protein-DNA-Komplexe, wobei der Schwerpunkt hierbei auf einer Analyse mit Hilfe optischer Methoden lag.
N2  - During the cultivation of rho0 cells, which are devoid of mitochondrial DNA (mtDNA), excessive endogenous lactic acid production during the fermentation process drives the development of megamitochondria. These giant organelles are formed by mitochondrial fusion events and/or the repression of fission. Megamitochondria formation is inducible in cells containing mtDNA by an artificial acidification of the culture medium by lactic acid. This work exploits these findings in order to investigate mitochondrial fusion and fission events. Fusion of mitochondrial matrix compartments was examined with the aid of the photoactivatable variant of the green fluorescent protein (PA-GFP), showing that the mixing of matrix components after fusion is an extremely fast process. Formation and reversion of megamitochondria was analyzed by confocal and electron microscopy, revealing that the matrix of giant organelles contains only rudiment structures of cristae organization. Reversion of the megamitochondria to a normal network displays fast kinetic characteristics. This indicates that the restoration process most likely is performed by alterations of novel protein expression. Additional assessment on an ultrastructural level displayed the occurrence of three different types of mitochondria during the reversion, which strongly differed in their morphology. To gain insights into the mechanism of megamitochondria formation and reversion comparative studies were performed with various inhibitors of the respiratory chain. The results indicated a dependence on an intact membrane potential for the induction of megamitochondria. Localization of the endogenous mitochondrial fusion and fission proteins mitofusin 1, hFis1 and Drp1/DNM1L were analyzed in megamitochondria by immunocytochemistry, demonstrating that these proteins localize foci-like to the outer membrane of the giant organelles. Fluorescently tagged proteins of the mitochondrial fusion and fission apparatus (mitofusin 1, mitofusin 2, hFis1 and Drp1/DNM1L) were used in localization and overexpression experiments in living cells by transient transfection. The results revealed that only the overexpression of hFis1 inhibited the formation of megamitochondria. Another main focus of this thesis was the visualization and dynamics of mitochondrial nucleoids in living cells. Nucleoids are protein-DNA complexes representing organizational units for the mitochondrial genomes The dye PicoGreen was used to stain mtDNA in living cells and the dynamics of nucleoid movement was analyzed by fluorescent and confocal microscopy. While mitochondrial DNA showed only marginal movements due to ongoing fusion and fission events in a mitochondrial network, an extensive and extremely fast movement in the lactic acid-induced megamitochondria could be observed. In subsequent experiments the mitochondrial transcription and packaging factor TFAM was fluorescently tagged and transfected into cells. Colocalization studies showed that this fusion protein colocalizes with mitochondrial DNA. In the giant organelles foci-like TFAM-stained nucleoids displayed a very dynamic performance with fast movement. However, in rho0 cells without mitochondrial DNA the TFAM-fluorescence was uniformly distributed. An additional nucleoid constituent and marker for mitochondrial DNA is the mitochondrial single-stranded DNA-binding protein SSBP1, and it could be shown that SSBP1 also exhibits very dynamic characteristics in megamitochondria. A mitochondrial-targeted and EGFP-tagged restriction endonuclease also exhibited the typical, punctual nucleoid pattern in the mitochondrial network, suggesting an mtDNA interaction. In rho0 cells, however, the construct was uniformly distributed in the mitochondrial matrix. In summary, in the present thesis optical and mechanistic insights into the biology of megamitochondria were obtained. This approach was further exploited to study the dynamics of mitochondrial protein-DNA complexes with optical methods.
KW  - Mitochondrium
KW  - Cytologie
KW  - Mitochondrien
KW  - mitochondria
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30467
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TY  - THES
A1  - Schmitt, Johannes
T1  - Proteine der Kernhülle und deren Rolle bei der Umgestaltung des Zellkerns meiotischer und postmeiotischer Zellen von Säugern
T1  - Proteins of the nuclear envelope and their role in the rearrangement of the nucleus in meiotic and post-meiotic mammalian cell
N2  - Während der Spermatogenese finden erstaunliche Differenzierungsprozessen statt. Reguliert wird die Spermatogenese sowohl hormonell als auch durch Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Zelltypen und der extrazellulärer Matrix. Unterteilt wird die Spermatogenese in drei funktionelle Einheiten. Die Proliferationsphase, die Meiose und die Spermiogenese. Im Laufe der Proliferationsphase gehen aus den Spermatogonien, Spermatocyten hervor, die die Meiose durchlaufen. Während der Prophase I der Meiose kommt es zur Reduktion und Rekombination des genetischen Materials, was mit charakteristischen und höchst dynamischen Bewegungsvorgängen der Telomere einhergeht. Auf die Meiose folgt die Spermiogenese, in der das genetische Material in seine „Transportform“ überführt wird und aus einer stationären, zellverbundenen Einheit ein mobiles autark funktionierendes Vehikel des genetischen Materials wird; das Spermium. Um das Verständnis dieser Vorgänge zu erweitern wurden in dieser Arbeit die Verteilungsmuster einiger Proteine in der Kernhülle von Zellen der Spermatogenese, in Hinblick auf ihre dynamische Umverteilung untersucht. Bei diesen Proteinen handelte es sich um die SUN-Domänen Proteine und das meiosespezifische Lamin C2. Die SUN-Domänen Proteine sind Teil des membrandurchspannenden LINC-Komplexes, der Komponenten des Nukleoplasma mit denen des Cytoplasma verbindet. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die SUN-Domänen Proteine, Sun1 und Sun2 während der Meiose exprimiert werden, und an den Anheftungsplatten meiotischer Chromosomen lokalisieren und deren dynamisches Verteilungsmuster dem Verteilungsmuster der Telomere während der Prophase I der Meiose entsprechen. Dies deutet darauf hin, dass Sun1 und Sun2 eine tragende Rolle, während der koordinierten Bewegungsprozessen der Prophase I der Meiose spielen. In der Spermiogenese sind die SUN-Domänen Proteine, Sun1 und Sun3 vertreten. Dabei weist deren unterschiedliche Lokalisation an entgegengesetzten Zellpolen darauf hin, dass Sun1 und Sun3 möglicherweise unterschiedliche Funktionen bei der Umgestaltung des Spermienkopfes während der Spermiogenese erfüllen. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war die Etablierung einer Mauslinie um die Rolle von Lamin C2 in der Meiose untersuchen zu können. Hierzu wurde eine Lamin C2 Knock-out Studie begonnen. In ersten Untersuchungen der knock-out Tiere konnte eine Größenreduktion der Hoden beobachtet werden. Ebenso konnte ein Abbruch der Meiose vermerkt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen, dass sowohl die SUN-Domänen Proteine, als auch Lamin C2, wichtige Rollen in dem komplexen Arrangement der Spermatogenese übernehmen.
N2  - During spermatogenesis amazing differentiation processes take place. Spermatogenesis is regulated by hormones and crosstalk between several cell types and the extra cellular matrix. It can be divided in three functional processes: The proliferation phase, meiosis and spermiogenesis. In the course of the proliferation phase spermatogonia become spermatocytes, which then pass through meiosis. During prophase I of meiosis the reduction and the recombination of the genetic material take place, involving characteristic and highly dynamic movements of meiotic telomeres. Meiosis is followed by spermiogenesis, where the genetic material is converted to its “transport form”, thereby turning a static, tissue associated cell into a mobile, self-sufficient vehicle of the genetic material; the sperm. To expand the knowledge of these processes, the localisation of some proteins of the nuclear envelope of spermatogenetic cells were examined in this work, in order to discover their dynamic distribution pattern. These proteins are the SUN-domain proteins and the meiosis specific lamin C2. The SUN-domain proteins are part of the transmembrane LINC-complex, which connects nucleoplasmic and cytoplasmic components. This work shows, that the SUN-domain proteins Sun1 and Sun2 are expressed during meiosis, that they are located at the attachment sites of the meiotic telomeres, and that their localisation parallels the dynamic movements of the telomeres, which take place in meiotic prophase I. These results indicate that Sun1 and Sun2 play a major role in the coordinated telomere movements during prophase I of meiosis. This work furthermore shows the specific expression of Sun1 and Sun3 during spermiogenesis. Their localisation at opposite poles of the spermatid head indicates discrete functions during the transformation of the sperm head, which takes place in this phase of spermatogenesis. Another focus of this work was the establishment of a lamin C2 knock out mouse line to analyse the role of lamin C2 in meiosis. Analysis of the knock out animals showed a reduction of testis-size in comparison to wild-type mice. Additionaly meiosis was aborted in lamin C2 deficient mice. In summary these results make evident, that the SUN-domain proteins, as well as the meiosis specific lamin C2 play an important role in the complex arrangements of spermiogenesis.
KW  - Meiose
KW  - Spermatogenese
KW  - Kernproteine
KW  - meiosis
KW  - spermatogenesis
KW  - nucleus
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-31203
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pinkert, Stefan
T1  - The human proteome is shaped by evolution and interactions
T1  - Das menschliche Proteom ist geformt durch Evolution und Interaktion
N2  - Das menschliche Genom ist seit 2001 komplett sequenziert. Ein Großteil der Proteine wurde mittlerweile beschrieben und täglich werden bioinformatische Vorhersagen praktisch bestätigt. Als weiteres Großprojekt wurde kürzlich die Sequenzierung des Genoms von 1000 Menschen gestartet. Trotzdem ist immer noch wenig über die Evolution des gesamten menschlichen Proteoms bekannt. Proteindomänen und ihre Kombinationen sind teilweise sehr detailliert erforscht, aber es wurden noch nicht alle Domänenarchitekturen des Menschen in ihrer Gesamtheit miteinander verglichen. Der verwendete große hochqualitative Datensatz von Protein-Protein-Interaktionen und Komplexen stammt aus dem Jahr 2006 und ermöglicht es erstmals das menschliche Proteom mit einer vorher nicht möglichen Genauigkeit analysieren zu können. Hochentwickelte Cluster Algorithmen und die Verfügbarkeit von großer Rechenkapazität befähigen uns neue Information über Proteinnetzwerke ohne weitere Laborarbeit zu gewinnen. Die vorliegende Arbeit analysiert das menschliche Proteom auf drei verschiedenen Ebenen. Zuerst wurde der Ursprung von Proteinen basierend auf ihrer Domänenarchitektur analysiert, danach wurden Protein-Protein-Interaktionen untersucht und schließlich erfolgte Einteilung der Proteine nach ihren vorhandenen und fehlenden Interaktionen. Die meisten bekannten Proteine enthalten mindestens eine Domäne und die Proteinfunktion ergibt sich aus der Summe der Funktionen der einzelnen enthaltenen Domänen. Proteine, die auf der gleichen Domänenarchitektur basieren, das heißt die die gleichen Domänen in derselben Reihenfolge besitzen, sind homolog und daher aus einem gemeinsamen ursprünglichen Protein entstanden. Die Domänenarchitekturen der ursprünglichen Proteine wurden für 750000 Proteine aus 1313 Spezies bestimmt. Die Gruppierung von Spezies und ihrer Proteine ergibt sich aus taxonomischen Daten von NCBI-Taxonomy, welche mit zusätzlichen Informationen basierend auf molekularen Markern ergänzt wurden. Der resultierende Datensatz, bestehend aus 5817 Domänen und 32868 Domänenarchitekturen, war die Grundlage für die Bestimmung des Ursprungs der Proteine aufgrund ihrer Domänenarchitekturen. Es wurde festgestellt, dass nur ein kleiner Teil der neu evolvierten Domänenarchitekturen eines Taxons gleichzeitig auch im selben Taxon neu entstandene Proteindomänen enthält. Ein weiteres Ergebnis war, dass Domänenarchitekturen im Verlauf der Evolution länger und komplexer werden, und dass so verschiedene Organismen wie der Fadenwurm, die Fruchtfliege und der Mensch die gleiche Menge an unterschiedlichen Proteinen haben, aber deutliche Unterschiede in der Anzahl ihrer Domänenarchitekturen aufweisen. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der Frage wie neu entstandene Proteine Bindungen mit dem schon bestehenden Proteinnetzwerk eingehen. In früheren Arbeiten wurde gezeigt, dass das Protein-Interaktions-Netzwerk ein skalenfreies Netz ist. Skalenfreie Netze, wie zum Beispiel das Internet, bestehen aus wenigen Knoten mit vielen Interaktionen, genannt Hubs, und andererseits aus vielen Knoten mit wenigen Interaktionen. Man vermutet, dass zwei Mechanismen zur Entstehung solcher Netzwerke führen. Erstens müssen neue Proteine um auch Teil des Proteinnetzwerkes zu werden mit Proteinen interagieren, die bereits Teil des Netzwerkes sind. Zweitens interagieren die neuen Proteine, gemäß der Theorie der bevorzugten Bindung, mit höherer Wahrscheinlichkeit mit solchen Proteinen im Netzwerk, die schon an zahlreichen weiteren Protein-Interaktionen beteiligt sind. Die Human Protein Reference Database stellt ein auf Informationen aus in-vivo Experimenten beruhendes Proteinnetzwerk für menschliche Proteine zur Verfügung. Basierend auf den in Kapitel I gewonnenen Informationen wurden die Proteine mit dem Ursprungstaxon ihrer Domänenarchitekturen versehen. Dadurch wurde gezeigt, dass ein Protein häufiger mit Proteinen, die im selben Taxon entstanden sind, interagiert, als mit Proteinen, die in anderen Taxa neu aufgetreten sind. Es stellte sich heraus, dass diese Interaktionsraten für alle Taxa deutlich höher waren, als durch das Zufallsmodel vorhergesagt wurden. Alle Taxa enthalten den gleichen Anteil an Proteinen mit vielen Interaktionen. Diese zwei Ergebnisse sprechen dagegen, dass die bevorzugte Bindung der alleinige Mechanismus ist, der zum heutigen Aufbau des menschlichen Proteininteraktion-Netzwerks beigetragen hat. Im dritten Teil wurden Proteine basierend auf dem Vorhandensein und der Abwesenheit von Interaktionen in Gruppen eingeteilt. Proteinnetzwerke können in kleine hoch vernetzte Teile zerlegt werden, die eine spezifische Funktion ausüben. Diese Gruppen können mit hoher statistischer Signifikanz berechnet werden, haben meistens jedoch keine biologische Relevanz. Mit einem neuen Algorithmus, welcher zusätzlich zu Interaktionen auch Nicht-Interaktionen berücksichtigt, wurde ein Datensatz bestehend aus 8,756 Proteinen und 32,331 Interaktionen neu unterteilt. Eine Einteilung in elf Gruppen zeigte hohe auf Gene Ontology basierte Werte und die Gruppen konnten signifikant einzelnen Zellteilen zugeordnet werden. Eine Gruppe besteht aus Proteinen, welche wenige Interaktionen miteinander aber viele Interaktionen zu zwei benachbarten Gruppen besitzen. Diese Gruppe enthält eine signifikant erhöhte Anzahl an Transportproteinen und die zwei benachbarten Gruppen haben eine erhöhte Anzahl an einerseits extrazellulären und andererseits im Zytoplasma und an der Membran lokalisierten Proteinen. Der Algorithmus hat damit unter Beweis gestellt das die Ergebnisse nicht bloß statistisch sondern auch biologisch relevant sind. Wenn wir auch noch weit vom Verständnis des Ursprungs der Spezies entfernt sind, so hat diese Arbeit doch einen Beitrag zum besseren Verständnis der Evolution auf dem Level der Proteine geleistet. Im Speziellen wurden neue Erkenntnisse über die Beziehung von Proteindomänen und Domänenarchitekturen, sowie ihre Präferenzen für Interaktionspartner im Interaktionsnetzwerk gewonnen.
N2  - The human genome has been sequenced since 2001. Most proteins have been characterized now and with everyday more bioinformatical predictions are experimentally verified. A project is underway to sequence thousand humans. But still, little is known about the evolution of the human proteome itself. Domains and their combinations are analysed in detail but not all of the human domain architectures at once. Like no one before, we have large datasets of high quality human protein-protein-protein interactions and complexes available which allow us to characterize the human proteome with unmatched accuracy. Advanced clustering algorithms and computing power enable us to gain new information about protein interactions without touching a pipette. In this work, the human proteome is analysed at three different levels. First, the origin of the different types of proteins was analysed based on their domain architectures. The second part focuses on the protein-protein interactions. Finally, in the third part, proteins are clustered based on their interactions and non-interactions. Most proteins are built of domains and their function is the sum of their domain functions. Proteins that share the same domain architecture, the linear order of domains are homologues and should have originated from one common ancestral protein. This ancestor was calculated for roughly 750 000 proteins from 1313 species. The relations between the species are based on the NCBI Taxonomy and additional molecular data. The resulting data set of 5817 domains and 32868 domain architectures was used to estimate the origin of these proteins based on their architectures. It could be observed, that new domain architectures are only in a small fraction composed of domains arisen at the same taxon. It was also found that domain architectures increase in length and complexity in the course of evolution and that different organisms like worm, and human share nearly the same amount of proteins but differ in their number of distinct domain architectures. The second part of this thesis focuses on protein-protein interactions. This chapter addresses the question how new evolved proteins form connections within the existing network. The network built of protein-protein interactions was shown to be scale free. Scale free networks, like the internet, consist of few hubs with many connections and many nodes with few connections. They are thought to arise by two mechanisms. First, newly emerged proteins interact with proteins of the network. Second, according to the theory of preferential attachment, new proteins have a higher chance to interact with already interaction rich proteins. The Human Protein Reference Database provides an on in-vivo interaction data based network for human. With the data obtained from chapter one, proteins were marked with their taxon of origin based on their domain architectures. The interaction ratio of proteins of the same taxa compared to all interactions was calculated and higher values than the random model showed for nearly every taxa. On the other hand, there was no enrichment of proteins originated at the taxon of cellular organisms for the node degree found. The node degree is the number of links for this node. According to the theorie of preferential attachment the oldest nodes should have the most interactions and newly arisen proteins should be preferably attached to them not together. Both could not be shown in this analysis, preferential attachment could therefore not be the only explanation for the forming of the human protein interaction network. Finally in part three, proteins and all their interactions in the network are analysed. Protein networks can be divided into smaller highly interacting parts carrying out specific functions. This can be done with high statistical significance but still, it does not reflect the biological significance. Proteins were clustered based on their interactions and non-interactions with other proteins. A version with eleven clusters showed high gene ontology based ratings and clusters related to specific cell parts. One cluster consists of proteins having very few interactions together but many to proteins of two other clusters. This first cluster is significantly enriched with transport proteins and the two others are enriched with extracellular and cytoplasm/membrane located proteins. The algorithm seems therefore well suited to reflect the biological importance behind functional modules. Although we are still far from understanding the origin of species, this work has significantly contributed to a better understanding of evolution at the protein level and has, in particular, shown the relation of protein domains and protein architectures and their preferences for binding partners within interaction networks.
KW  - Evolution
KW  - Protein
KW  - Domäne
KW  - Interaktion
KW  - evolution
KW  - protein
KW  - interaction
KW  - domain
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-35566
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmit, Fabienne
T1  - LINC, a novel protein complex involved in the regulation of G2/M genes
T1  - LINC, ein neuer Proteinkomplex, der G2/M Gene reguliert
N2  - Regulated progression through the cell cycle is essential for ordered cell proliferation. One of the best characterized tumor suppressors is the retinoblastoma protein pRB, which together with the E2F transcription factors regulates cell cycle progression. In the model organisms Drosophila melanogaster and Caenorhabditis elegans, RB/E2F containing multiprotein complexes have been described as transcriptional regulators of gene expression. This work first describes a homologous complex in human cells named LINC (for LIN complex). It consists of a stable core complex containing LIN-9, LIN-37, LIN-52, LIN-54 and RbAp48. This core complex interacts cell cycle-dependently with different pocket proteins and transcription factors. In quiescent cells, LINC associates with p130 and E2F4. In S-phase cells these interactions are lost and LINC binds to B-MYB and p107. The transient knock-down of LIN-54 in primary fibroblasts, as the depletion of LIN-9, leads to cell cycle defects. The cells are delayed before the entry into mitosis. This effect is due to the fact that the knock-down of LINC components leads to the downregulation of cell cycle genes responsible for the entry into and exit from mitosis as well as for checkpoints during mitosis. These LINC target genes are known E2F G2/M target genes, which are expressed later than the classical G1/S E2F target genes. The transcriptional regulation by LINC is a direct effect as LINC binds to the promoters of its target genes throughout the cell cycle. LINC contains three DNA-binding proteins. E2F4 and B-MYB, which cell cycle-dependently bind to LINC, are known DNA-binding transcription factors. Additionally, it is show here that the LINC core complex member LIN-54 also directly binds to the promoter of a LINC target gene. Although the exact molecular mechanism of LINC function needs to be analyzed further, data in this work provide a model for the delayed activation of G2/M target genes. B-MYB, a G1/S E2F target gene, binds to LINC upon its expression in S-phase. Then only LINC is a transcriptional activator that induces the expression of the G2/M genes. This provides an explanation for the delayed expression of these E2F G2/M target genes.
N2  - Die Regulation des Zellzyklus ist unerlässlich für die fehlerfreie Zellteilung. Einer der am Besten charakterisierten Tumorsuppressoren ist das Retinoblastom-Protein pRB, welches zusammen mit den E2F Transkriptionsfaktoren den Zellzyklus reguliert. In den Modellorganismen Drosophila melanogaster und Caenorhabditis elegans wurden Multiproteinkomplexe beschrieben, die pRB und E2F Homologe enthalten und transkriptionell die Expression von Zielgenen regulieren. Diese Arbeit beschreibt erstmals LINC, einen homologen Komplex in humanen Zellen. Der LIN-Kernkomplex besteht aus LIN-9, LIN-37, LIN-52, LIN-54 and RbAp48 und assoziiert zellzyklus-abhängig mit Pocket Proteinen und Transkriptionsfaktoren. In ruhenden Zellen (G0) assoziiert LINC mit p130 und E2F4. In der S-Phase verlassen p130 und E2F4 den Komplex und B-MYB und p107 interagieren mit LINC. Die transiente Depletion von LIN-54, ebenso wie die Depletion von LIN-9, führt zu Defekten im Zellzyklus. Die „knock-down“-Zellen treten verzögert in die Mitose ein. Dies konnte darauf zurückgeführt werden, dass die Depletion von LINC Mitgliedern Gene herunterreguliert, die für den Eintritt in und den Austritt aus der Mitose, sowie für Regulationsprozesse während der Mitose verantwortlich sind. Diese LINC Zielgene wurden bisher als G2/M E2F Zielgene beschrieben, welche verglichen mit klassischen E2F Zielgenen verzögert exprimiert werden. Die transkriptionelle Regulation durch LINC ist ein direkter Effekt, da LINC in G0 und in der S-Phase an die Promotoren seiner Zielgene bindet. LINC enthält drei DNA-bindende Proteine. Die zellzyklus-abhängigen Komponenten von LINC E2F4 und BMYB sind bekannte DNA-bindende Transkriptionsfaktoren. Zusätzlich konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass das LINC Kernprotein LIN-54 direkt an den Promoter eines LINC Zielgens, cdc2, bindet. Obwohl der genaue molekulare Mechanismus für die Funktion von LINC noch genauer untersucht werden muss, liefern Daten in dieser Arbeit ein Modell für die verzögerte Expression von G2/M Genen. B-MYB ist selbst ein E2F Zielgen und bindet an LINC sobald es exprimiert wird. Erst die Assoziation von B-MYB an LINC in der S-Phase macht LINC zu einem transkriptionellen Aktivator G2/M-spezifischer Gene. Dies erklärt die verzögerte Expression dieser E2F G2/M Zielgene.
KW  - Zellzyklus
KW  - Transkription
KW  - LINC
KW  - LIN-54
KW  - G2/M Übergang
KW  - LINC
KW  - LIN-54
KW  - cell cycle
KW  - G2/M transition
KW  - transcription
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-29336
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bertolucci, Franco
T1  - Operant and classical learning in Drosophila melanogaster: the ignorant gene (ign)
T1  - Operantes und klassisches Lernen in Drosophila melanogaster: das ignorant Gen (ign)
N2  - One of the major challenges in neuroscience is to understand the neuronal processes that underlie learning and memory. For example, what biochemical pathways underlie the coincidence detection between stimuli during classical conditioning, or between an action and its consequences during operant conditioning? In which neural substructures is this information stored? How similar are the pathways mediating these two types of associative learning and at which level do they diverge? The fly Drosophila melanogaster is an appropriate model organism to address these questions due to the availability of suitable learning paradigms and neurogenetic tools. It permits an extensive study of the functional role of the gene S6KII which in Drosophila had been found to be differentially involved in classical and operant conditioning (Bertolucci, 2002; Putz et al., 2004). Genomic rescue experiments showed that olfactory conditioning in the Tully machine, a paradigm for Pavlovian olfactory conditioning, depends on the presence of an intact S6KII gene. This rescue was successfully performed on both the null mutant and a partial deletion, suggesting that the removal of the phosphorylating unit of the kinase was the main cause of the functional defect. The GAL4/UAS system was used to achieve temporal and spatial control of S6KII expression. It was shown that expression of the kinase during the adult stage was essential for the rescue. This finding ruled out a developmental origin of the mutant learning phenotype. Furthermore, targeted spatial rescue of S6KII revealed a requirement in the mushroom bodies and excluded other brain structures like the median bundle, the antennal lobes and the central complex. This pattern is very similar to the one previously identified with the rutabaga mutant (Zars et al., 2000). Experiments with the double mutant rut, ign58-1 suggest that both rutabaga and S6KII operate in the same signalling pathway. Previous studies had already shown that deviating results from operant and classical conditioning point to different roles for S6KII in the two types of learning (Bertolucci, 2002; Putz, 2002). This conclusion was further strengthened by the defective performance of the transgenic lines in place learning and their normal behavior in olfactory conditioning. A novel type of learning experiment, called “idle experiment”, was designed. It is based on the conditioning of the walking activity and represents a purely operant task, overcoming some of the limitations of the “standard” heat-box experiment, a place learning paradigm. The novel nature of the idle experiment allowed exploring “learned helplessness” in flies, unveiling astonishing similarities to more complex organisms such as rats, mice and humans. Learned helplessness in Drosophila is found only in females and is sensitive to antidepressants.
N2  - Eine der größten Herausforderungen in der Neurobiologie ist es, die neuronalen Prozesse zu verstehen, die Lernen und Gedächtnis zugrundeliegen. Welche biochemischen Pfade liegen z.B. der Koinzidenzdetektion von Reizen (klassische Konditionierung) oder einer Handlung und ihren Konsequenzen (operante Konditionierung) zugrunde? In welchen neuronalen Unterstrukturen werden diese Informationen gespeichert? Wie ähnlich sind die Stoffwechselwege, die diese beiden Arten des assoziativen Lernens vermitteln und auf welchem Niveau divergieren sie? Drosophila melanogaster ist wegen der Verfügbarkeit von Lern-Paradigmen und neurogenetischen Werkzeugen ein geeigneter Modell-Organismus, zum diese Fragen zu adressieren. Er ermöglicht eine umfangreiche Studie der Funktion des Gens S6KII, das in der Taufliege in klassischer und operanter Konditionierung unterschiedlich involviert ist (Bertolucci, 2002; Putz et al., 2004). Rettungsexperimenten zeigen, dass die olfaktorische Konditionierung in der Tully Maschine (ein klassisches, Pawlow’sches Konditionierungsparadigma) von dem Vorhandensein eines intakten S6KII Gens abhängt. Die Rettung war sowohl mit einer vollständigen, als auch einer partiellen Deletion erfolgreich und dies zeigt, dass der Verlust der phosphorylierenden Untereinheit der Kinase die Hauptursache des Funktionsdefektes war. Das GAL4/UAS System wurde benutzt, um die S6KII Expression zeitlich und räumlich zu steuern. Es wurde gezeigt, dass die Expression der Kinase während des adulten Stadiums für die Rettung hinreichend war. Dieser Befund schließt eine Entwicklungsstörung als Ursache für den mutanten Phänotyp aus. Außerdem zeigte die gezielte räumliche Rettung von S6KII die Notwendigkeit der Pilzkörper und schloss Strukturen wie das mediane Bündel, die Antennalloben und den Zentralkomplex aus. Dieses Muster ist dem vorher mit der rutabaga Mutation identifizierten sehr ähnlich (Zars et al., 2000). Experimente mit der Doppelmutante rut, ign58-1 deuten an, dass rutabaga und S6KII im gleichen Signalweg aktiv sind. Vorhergehende Studien hatten bereits gezeigt, dass die unterschiedlichen Ergebnisse bei operanter und klassischer Konditionierung auf verschiedenen Rollen für S6KII in den zwei Arten des Lernens hindeuten (Bertolucci, 2002; Putz, 2002). Diese Schlussfolgerung wurde durch den mutanten Phänotyp der transgenen Linien in der Positionskonditionierung und ihr wildtypisches Verhalten in der klassischen Konditionierung zusätzlich bekräftigt. Eine neue Art von Lern-Experiment, genannt „Idle Experiment“, wurde entworfen. Es basiert auf der Konditionierung der Laufaktivität, stellt eine operante Aufgabenstellung dar und überwindet einige der Limitationen des „Standard“ Heat-Box Experimentes. Die neue Art des Idle Experimentes erlaubt es, „gelernte Hilflosigkeit“ in Fliegen zu erforschen, dabei zeigte sich eine erstaunliche Ähnlichkeit zu den Vorgängen in komplizierteren Organismen wie Ratten, Mäusen oder Menschen. Gelernte Hilflosigkeit in der Taufliege wurde nur in den Weibchen beobachtet und wird von Antidepressiva beeinflusst.
KW  - Klassische Konditionierung
KW  - Instrumentelle Konditionierung
KW  - Konditionierung
KW  - Operante Konditionierung
KW  - Lernen
KW  - Räumliches Gedächtnis
KW  - Assoziatives Gedächtnis
KW  - Gedächtnis
KW  - MAP-Kinase
KW  - Drosophila
KW  - Taufliege
KW  - Gelernte Hilflosigkeit
KW  - CREB
KW  - S6KII
KW  - p90RSK
KW  - RSK
KW  - p90 ribosomal S6 kinase
KW  - ribosomal S6 kinase II
KW  - operant conditioning
KW  - classical conditioning
KW  - associative learning
KW  - learned helplessness
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-33984
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kunz, Britta K.
T1  - Frugivory and Seed Dispersal: Ecological Interactions between Baboons, Plants, and Dung Beetles in the Savanna-Forest Mosaic of West Africa
T1  - Frugivorie und Samenausbreitung: Ökologische Interaktionen zwischen Pavianen, Pflanzen und Dungkäfern im Savannen-Wald-Mosaik Westafrikas
N2  - Das Guinea-Savanne-Wald-Mosaik Westafrikas weist einen hohen Reichtum an Pflanzenarten auf, deren Samen durch Frugivore ausgebreitet werden. Afrikanische Savannen beherbergen zudem die artenreichste Dungkäferfauna weltweit. Dennoch wurden Interaktionen zwischen Fruchtpflanzen, Primaten und Dungkäfern in Savannenökosysteme bisher kaum erforscht. Meine Untersuchungen am Anubispavian (Papio anubis Lesson 1827, Cercopithecinae) im Comoé Nationalpark (CNP), im NO der Elfenbeinküste, zeigten, dass sich westafrikanische Pavianpopulationen in verschiedener Hinsicht von Populationen in Ostafrika unterscheiden. Paviane werden zumeist vornehmlich als Prädatoren der Samen ihrer Nahrungspflanzen angesehen. Im Savannen-Wald-Mosaik Westafrikas ernähren sie sich jedoch überwiegend frugivor und sind bedeutende Samenausbreiter einer Vielzahl von Gehölzpflanzenarten mit unterschiedlichen Fruchttypen und Samengrößen. Sie breiten intakte Samen von mind. 22% der regionalen Gehölzpflanzenarten aus. Ihr "Ausbreitungspotential" bzgl. Samenzahl und Samengröße ist mit dem der großen Menschenaffen vergleichbar. Der Anteil der Baumarten im Nahrungsspektrum der Paviane ist signifikant höher als es aufgrund des Anteils im regionalen Artenpool der Gehölzpflanzen zu erwarten wäre. Fruchtarten, die von Pavianen gefressen wurden, waren signifikant größer als nicht konsumierte Arten. Von verschiedenen morphologischen Fruchtmerkmalen eignen sich Fruchttyp und Farbe am besten, um vorherzusagen, ob die Früchte einer Art Nahrungsbestandteil der Paviane im CNP sind. Fruchttyp und Samengröße wiederum sind am besten geeignet, um auf die Art der Nutzung (Samenausbreitung bzw. -prädation) zu schließen. Die Samengröße einer Pflanze ist ein wichtiges Fitnessmerkmal, das verschiedene Abschnitte von der Fruchtentwicklung bis zur Etablierung des Keimlings beeinflussen kann. Sie weist bei vielen Pflanzenarten erhebliche intraspezifische Schwankungen auf. Primaten könnten aus unterschiedlichen Gründen Früchte mit bestimmter Samengröße auswählen, zum Beispiel um unverdaulichen Ballast zu reduzieren oder um den Fruchtfleischgewinn pro Frucht zu optimieren. Bei acht von zehn untersuchten Pflanzenarten, die sich in Fruchttyp, Samenzahl und Samengröße unterscheiden, erwiesen sich die Paviane als selektiv in Bezug auf die Samengröße. Für die intraspezifische Fruchtauswahl der Paviane scheint unter anderem das je nach Frucht- und Samenform unterschiedlich variierende Verhältnis von Fruchtfleisch zu Samen eine Rolle zu spielen. Als Habitatgeneralisten (mit einer Präferenz für Waldhabitate), die relativ große Gebiete durchstreifen, scheinen Paviane besonders wichtig für den genetischen Austausch der Pflanzen zwischen entfernten Waldinseln. Da die meisten Gehölzpflanzenarten im Savannen-Wald-Mosaik des CNP mittelgroße bis große Früchte und Samen haben, kommt den Pavianen eine herausragende Rolle bei der Samenausbreitung und natürlichen Regeneration dieses Ökosystems zu. Die Bedeutung der Paviane für die Samenausbreitung von Pflanzenarten mit kleinen Früchten sollte jedoch nicht unterschätzt werden. Meine Untersuchungen an typischen "vogelausgebreiteten" Baumarten, von denen Vögel fast ausschließlich unreife Früchte fraßen, weisen darauf hin, dass eine qualitative und quantitative Beurteilung verschiedener Frugivorengruppen allein aufgrund der Fruchtsyndrome nicht immer zuverlässig ist. Anubispaviane breiten in der Regel mehrere Pflanzensamen in einzelnen Fäzes aus was üblicherweise als ungünstig für die Pflanze angesehen wird. Die Samen aller Pflanzenarten, die in Pavianfäzes im CNP während Zeiten saisonal hoher Dungkäferaktivität zu finden waren, können jedoch potentiell von Dungkäfern ausgebreitet werden. Die Dungkäfer-Aktivität im Untersuchungsgebiet an Pavianfäzes war hoch, es wurden 99 Arten aus 26 Gattungen nachgewiesen. Sowohl die Wahrscheinlichkeit sekundärer Samenausbreitung durch Dungkäfer als auch das sekundäre räumliche Ausbreitungsmuster hängen von der Struktur und Zusammensetzung der Dungkäfergemeinschaft am Ort der primären Ausbreitung ab. Die Dungkäfergemeinschaft wiederum scheint stark von der Vegetation beeinflusst zu sein. Im Savannen-Wald-Mosaik Westafrikas erwartete ich daher deutliche Unterschiede in der sekundären Ausbreitung zwischen Samen, die von Pavianen in die Savanne bzw. in den Wald ausgebreitet werden. Experimente ergaben, dass Samen, die von Pavianen in die Savanne ausgebreitet werden, eine höhere Wahrscheinlichkeit haben (a) überhaupt sekundär durch Dungkäfer ausgebreitet zu werden, (b) horizontal von Telekopriden vom Ort der primären Ausbreitung wegbewegt zu werden, (c) relativ schnell aus den Fäzes entfernt zu werden und (d) über relativ größere Distanzen ausgebreitet zu werden als Samen im Wald. Generell sollten Savannenpflanzen und Habitatgeneralisten unter den Pflanzenarten, deren Samen von Pavianen in die Savanne ausgebreitet werden, am ehesten von sekundärer Ausbreitung durch Dungkäfer profitieren.
N2  - The Guinea savanna-forest mosaic of West Africa is particularly rich in animal-dispersed plants. African savannas harbour the richest dung beetle community worldwide. The role of primates and dung beetles in natural plant regeneration and biodiversity maintenance in this ecosystem, however, is still poorly understood. The present study on olive baboons (Papio anubis Lesson 1827, Cercopithecinae) at Comoé National Park (CNP), north-eastern Ivory Coast, revealed that western olive baboon populations differ in several ways from their eastern conspecifics. Baboons are commonly regarded as predators of the seeds of their food plants. In the savanna-forest mosaic of West Africa, however, they are highly frugivorous and are important seed dispersers of a high number of woody plant species that differ in fruit type and seed size. They disperse intact seeds of at least 22% of the woody plant species of the regional plant pool. Their "seed dispersal potential", regarding seed number and seed sizes, is comparable to that of the much larger great apes. Relative to the availability in the regional pool of woody plant species, baboons preferred trees to shrubs and lianas as fruit sources and especially included larger fruit into their diet. Among several morphological fruit traits investigated, fruit type and fruit colour best described whether baboons included a species into their diet, whereas fruit type and seed size best predicted whether baboons predated upon the seeds of a food plant species. Seed size is an important plant fitness trait that can influence several steps between fruiting and the establishment of a plant´s offspring. Seed size can vary considerably within and among individuals of the same species. Primates may select for certain seed sizes within a species for a number of reasons, e.g. to decrease indigestible seed load or to increase pulp intake per fruit. Within eight out of ten plant species investigated, which differed in fruit type, seed number and seed size, olive baboons were selective in fruit choice regarding seed size. Seed size selection by olive baboons seems to be influenced, among other traits, by the amount of pulp rewarded per fruit relative to seed load, which varies with fruit and seed shape. Being a habitat generalist (with a preference for forest habitats) and able to move comparatively long distances, the olive baboon might be especially important for the biodiversity maintenance of distant forest islands. Because most woody plant species at the study site had medium-sized to large fruits and seeds, olive baboons may be crucial for seed dispersal and plant recruitment in this ecosystem. Their importance for seed dispersal of plants with small fruits should not, however, be underrated. Observation of frugivores at a typical "bird-dispersed" tree species showed that classification of seed dispersers on the basis of fruit syndromes alone can be misleading. Olive baboons disperse seeds in their faeces in a clumped manner, which generally is regarded disadvantageous for plants. Yet, seeds from all plant species being naturally present in baboon dung during seasonal peaks of dung beetle activity apparently can be scattered locally by dung beetles. Dung beetle activity at baboon faeces deposited in the two habitats was high, totalling 99 species from 26 genera. The probability and pattern of secondary seed dispersal by dung beetles depend on the structure and composition of the dung beetle community, which, in turn, seems to be strongly determined by vegetation type. I thus expected pronounced differences in secondary seed dispersal by dung beetles between seeds deposited by baboons in the savanna and in the forest. Experiments indicated that compared to seeds dispersed by baboons into the forest, seeds that end up in the savanna generally have a higher probability of (a) being removed by dung beetles, (b) being horizontally scattered by telecoprids, (c) being rapidly removed from the place of primary deposition and (d) being secondarily dispersed over larger distances. In general, savanna plants and plant habitat generalists the seeds of which baboons disperse into the savanna should profit most from secondary seed dispersal by dung beetles.
KW  - Anubispavian
KW  - Meerkatzenartige
KW  - Samenverbreitung
KW  - Primaten
KW  - Käfer
KW  - Afrika
KW  - Pflanzenökologie
KW  - Tierökologie
KW  - Öko-Ethologie
KW  - Nahrung
KW  - Frucht
KW  - Streifgebiet
KW  - Samenkeimung
KW  - Blatthornkäfer <Familie>
KW  - Savanne
KW  - Elfenbeinküste
KW  - Parc National de
KW  - Gruppengröße
KW  - sekundäre Samenausbreitung
KW  - Dungkkäfer
KW  - Fruchtmerkmale
KW  - Samenprädation
KW  - Olive baboons
KW  - seed dispersal
KW  - seed predation
KW  - frugivory
KW  - dung beetles
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37519
ER  - 
TY  - THES
A1  - Glaser, Stefanie
T1  - Untersuchung des RNA-Kernexportes im Modellsystem Xenopus laevis
T1  - Analysis of the RNA nuclear export in the model system Xenopus laevis
N2  - Der eukaryotische Initiationsfaktor 5A (eIF5A) ist evolutionär hoch konserviert und besitzt als einzig bislang bekanntes Protein die Aminosäuremodifikation Hypusin. Obwohl eIF5A ubiquitär exprimiert wird, sind die zellulären Funktionen von eIF5A noch weitgehend unklar. Hypusininhibitoren konnten die Oberflächenexpression von CD83 die CD83 mRNA im Zellkern dendritischer Zellen anreichern und folglich die Oberflächenexpression von CD83 verhindern konnten, wurde eine Beteiligung von eIF5A beim nukleozytoplasmatischen Export der CD83 mRNA vermutet. Weiterhin ist bekannt, dass HuR, ein Protein der ELAV-Familie, an ein cis-aktives RNA-Element mit einer ausgeprägten Sekundärstruktur innerhalb der kodierenden Sequenz der CD83 mRNA bindet. Während die Bindung von HuR an AU-reiche Elemente in der 3UTR bestimmter Transkripte zu deren Stabilisierung führt, wird die Stabilität von CD83-Transkripten durch die Interaktion mit HuR jedoch nicht beeinflusst. In dieser Arbeit wurden Mikroinjektionsstudien in Xenopus laevis-Oozyten zum nukleozytoplasmatischen Export von CD83 mRNA durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass die charakteristische Sekundärstruktur des HuR-Response-Elements essentiell für den Kernexport von CD83-Transkripten ist. HuR wurde zudem als Bindungspartner von eIF5a identifiziert. Inhibitorische Antikörper sowohl gegen HuR als auch eIF5A waren in der Lage, den Export von CD83-Transkripten zu inhibieren. Während die meisten mRNAs durch den TAP/NXT1-vermittelten Exportweg in das Zytoplasma transportiert werden, transloziert CD83 mRNA CRM1-vermittelt, da der Export durch den CRM1-Inhibitor Leptomycin B gehemmt werden konnte. Oozytentypischer TFIIIA, ebenfalls ein Interaktionspartner von eIF5A, ist in jungen Xenopus-Oozyten sowohl bei der RNA-Polymerase III-abhängigen Transkription von 5S rRNA als auch am nukleozytoplasmatischem Export und der Lagerung von 5S rRNA im Zytoplasma beteiligt. Aufgrund der Parallele zwischen dem HIV-1-Rev vermittelten HIV-1-mRNA-Export und dem TFIIIA-vermittelten 5S rRNA-Export, wurde der Export von TFIIIA im Hinblick auf eine Beteiligung von eIF5A als Kofaktor analysiert. In Xenopus-Oozyten wurde TFIIIA an den nukleoplasmatischen Filamenten der Kernporenkomplexe detektiert. Weiterhin konnte durch den Einsatz des spezifischen CRM1-Inhibitors Leptomycin B bestätigt werden, dass TFIIIA, welches ein leucinreiches Kernexportsignal enthält, mittels CRM1 exportiert wird. Im Overlay-Blot-Assay konnte gezeigt werden, dass eIF5A mit TFIIIA interagiert. Außerdem deuten Mikroinjektionsexperimente darauf hin, dass eIF5A, wie beim HIV-1-Rev-vermittelten Export, auch beim TFIIIA-Export als essentieller Kofaktor involviert ist. Ein weiterer bekannter Bindungspartner von eIF5A ist Aktin, das im Zellkern an verschiedenen Exportprozessen sowie der RNA-Polymerase I-, II- und III-abhängigen Transkription beteiligt ist. Im Gegensatz zu Aktin wurde die Existenz des Aktinpartners Myosin im Zellkern erst vor kurzem realisiert. In dieser Arbeit konnten durch bioinformatische Analysen gezeigt werden, dass Kernmyosin IC bei Vertebraten weit verbreitet ist. Es wurde auch bei Xenopus laevis identifiziert. Im Vergleich zu Myosin IC fand sich ein zusätzlicher Aminoterminus aus 16 Aminosäuren, welcher als Kernlokalisationssignal fungiert. In Oozyten von Xenopus laevis konnte Kernmyosin IC, ähnlich wie RNA-Polymerase II, an den lateralen Schleifen der Lampenbürstenchromosomen dargestellt werden. Inhibierende Kernmyosinantikörper führten nach Mikroinjektion in den Zellkern von Xenopus-Oozyten zu einer kompletten Retraktion der meisten lateralen transkriptionsaktiven Schleifen sowie zu einer Verkürzung der Chromosomenachsen. konnte Kernmyosin IC vor allem im Nukleoluskern detektiert werden, wo es partiell mit RNA-Polymerase I und Fibrillarin kolokalisierte. In amplifizierten Nukleolen führte eine Transkriptionsinhibition mit Aktinomycin D zu einer Umverteilung des Kernmyosin IC zusammen mit der RNA-Polymerase I und der rDNA. Nach Injektion inhibierender Kernmyosinantikörper kam es zu einem massiven architektonischen Umbau der Nukleolen. Im Gegensatz zu den Nukleolen von somatischen Xenopus-Zellen war ein BrUTP-Einbau in amplifizierte Nukleolen jedoch noch möglich. Wie für Kernaktin bereits beschrieben, konnte auch Kernmyosin IC an den nukleoplasmatischen Filamenten der Kernporenkomplexe von Xenopus laevis-Ooyzten dargestellt werden. Da Aktin als essentieller Kofaktor an Exportprozessen beteiligt ist, sollte in Mikroinjektionsexperimenten auch eine Beteiligung von Kernmyosin IC beim Kernexport überprüft werden. Antikörper gegen ein Epitop in der Myosinkopfdomäne des Kernmyosin IC (XNMIC #42) waren im Gegensatz zu Antikörpern, die den charakteristischen Aminoterminus aus 16 Aminosäuren erkennen (XNMIC #54), in der Lage, einen CRM1-vermittelten Proteinexport zu inhibieren.
N2  - Eucaryotic initiation factor 5A (eIF5A), an evolutionary highly conserved protein, is the only protein known to contain the unique amino acid modification hypusine. Even if eIF5A is ubiquitous expressed, cellular functions of eIF5A remain widely obscure. Hypusine inhibitors are able to enrich CD83 transcripts in the cell nucleus of dendritic cells and subsequently prevent surface expression of CD83. Therefore, a role of eIF5A in nucleocytoplasmic export of CD83 mRNA was supposed. Furthermore, HuR, a member of the ELAV family, binds CD83 transcripts on a specific cis-active RNA element, which forms a characteristic secondary structure. Whereas binding of HuR on AU-rich elements in the 3-UTR of certain transcripts leads to their stability, binding of HuR on CD83 transcripts in the coding region does not. In this thesis, microinjection experiments were performed in Xenopus laevis oocytes to elucidate the nucleocytoplasmic export of CD83 mRNA. The characteristic secondary structure of the HuR response element could be demonstrated as crucial for the nucleocytoplasmic export of CD83 transcripts. Furthermore, HuR could be identified as a binding partner of eIF5A. Inhibitory antibodies against both HuR and eIF5A were able to inhibit nuclear export of CD83 mRNA. While the bulk of cellular mRNAs leaves the nucleus with the aid of TAP/NXT1, CD83 mRNA is exported via the CRM1-mediated pathway, as could be demonstrated by export inhibition using specific CRM1 inhibitor leptomycin B. Oocyte type TFIIIA, another interaction partner of eIF5A, promotes RNA-Polymerase III-dependent transcription, nucleocytoplasmic translocation as well as storage of 5S rRNA in immature Xenopus oocytes. Due to a parallel of HIV-1 Rev mediated HIV-1 mRNA export and TFIIIA mediated 5S rRNA export, nuclear export of TFIIIA was examined with respect to a possible role of eIF5A as a cofactor. In Xenopus oocytes, TFIIIA could be detected on nucleoplasmic filaments of the nuclear pore complexes. Moreover, treatment with specific CRM1 inhibitor Leptomycin B comfirmed nucleocytoplasmic export of leucin-rich nuclear export signal containing TFIIIA via CRM1. Interaction of eIF5A with TFIIIA could be demonstrated using overlay blot assay. In microinjection experiments, eIF5A also seems to be an essential cofactor in TFIIIA export, parallel to HIV-1-Rev mediated export. Actin, a further known binding partner of eIF5A, is involved in diverse nuclear export pathways and RNA-Polymerase I, II and III dependent transcription. In contrast to actin, its partner myosin was only recently discovered undeniable in the cell nucleus. Nuclear myosin IC is a member of the Myosin I family of non filamentous, unconventional myosins. In this thesis, bioinformatical analysis displayed a wide distribution in vertebrates. Nuclear myosin IC is also present in Xenopus laevis. Compared to myosin IC, it contains a specific 16 amino acid aminoterminus, which acts as a nuclear localization signal. In Xenopus laevis oocytes, nuclear myosin IC, as well as RNA-polymerase II, localized on the lateral transcriptional active loops of lampbrush chromosomes. Inhibitory antibodies against nuclear myosin lead to complete retraction of most of the lateral transcriptional active loops and to a shortening of the chromosome axes. After inhibition of transcription in amplified nucleoli, using actinomycin D, nuclear myosin IC was relocated together with RNA-polymerase I and rDNA. Injection of inhibitory antibodies against nuclear myosin resulted in a massive architectural alteration of the amplified nucleoli. In contrast to nucleoli of somatic Xenopus cells, BrUTP-incorporation in amplified nucleoli was still possible. As already published for nuclear actin, nuclear myosin IC could also be detected on nucleoplasmic filaments of nuclear pore complexes in Xenopus laevis oocytes. As actin is an essential cofactor in export pathways, a possible role for nuclear myosin IC in nuclear export was examined by microinjection experiments. Antibodies against an epitop in the nuclear myosin head domain (XNMIC #42) were able to inhibit a CRM1 mediated protein export, whereas antibodies against the specific 16 amino acid terminus (XNMIC #54) failed.
KW  - RNS
KW  - Kernhülle
KW  - Stofftransport <Biologie>
KW  - Glatter Krallenfrosch
KW  - eIF5A
KW  - TFIIIA
KW  - CD83mRNS
KW  - Kernmyosin
KW  - eIF5A
KW  - TFIIIA
KW  - CD83mRNA
KW  - nuclear myosin
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37474
ER  - 
TY  - THES
A1  - Barth, Enrico
T1  - Study of the properties of channel-forming proteins of the cell walls of different Corynebacteriae
T1  - Untersuchung der Eigenschaften kanalbildender Proteine aus den Zellwänden verschiedener Corynebacteriae
N2  - Die Gattung Corynebacterium gehört, neben Mycobacterium, Nocardia, Rhodococcus und weiteren nahverwandten Gattungen, dem unverwechselbaren, gattungsübergreifenden Taxon Mycolata an. Viele Spezies aus dieser heterogenen Gruppe Mycolsäure-haltiger Actinomyceten sind entweder aufgrund ihrer medizinischen oder ihrer biotechnologischen Bedeutung bekannt. Beispielsweise zählen Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae, Corynebacterium diphtheriae und Nocardia farcinica, welche weltweit Verursacher besonders gefährlicher bakterieller Infektionskrankheiten sind, zu dieser ungewöhnlichen Gruppe Gram-positiver Bakterien. Ebenso bedeutsam sind einige apathogene Mycolata-Arten, die industrielle Anwendung finden. Corynebacterium glutamicum und Corynebacterium efficiens sind leistungsfähige Bakterien, die zum Beispiel in der Produktion des Geschmacksverstärkers Glutamat und des Tierfuttermittelzusatzes Lysin eingesetzt werden, während verschiedene Rhodococcus Spezies Anwendung bei der Herstellung von Acrylsäuren finden. Die Zellwand der Mycolata zeigt, verglichen mit der klassischer Gram-positiver Bakterien, eine außergewöhnliche Zusammensetzung und Struktur auf. Abgesehen von einem Arabinogalactan-Peptidoglycan-Komplex enthält die Zellwand der meisten Actinomyceten einen hohen Anteil an Mycolsäuren. Diese langkettigen, verzweigten Fettsäuren formen eine, mit der äußeren Membran Gram-negativer Bakterien vergleichbare, stark undurchlässige, hydrophobe äußere Hülle, welche die Grundlage der außergewöhnlichen Medikamentenresistenz bei den Mycolata bildet. Wie die äußere Membran Gram-negativer Bakterien enthält die Zellwand der Mycolata porenformende Proteine, die den Durchlass hydrophiler Substanzen gestatten. Indem sie eine Verbindung zwischen dem Zellinneren und der Umwelt, in der das Bakterium lebt, schaffen und einen kontrollierten Austausch zwischen beiden ermöglichen, tragen die Kanalproteine entscheidend zur Funktion der bakteriellen Zellhülle bei. Das Ziel dieser Arbeit war das Wissen über Zellwandkanäle in Corynebakterien zu erweitern. Deshalb untersuchten wir PorA und PorH Proteine, die basierend auf früheren Studien Zellwandkanälen in C. glutamicum, C. efficiens und Corynebacterium callunae zugeordnet werden, um ungeklärten Fragen nachzugehen und um Wissen über deren Struktur zu erlangen. Ferner inspizierten wir Zellwände pathogener Corynebakterien, genauer gesagt von Corynebacterium diphtheriae und Corynebacterium jeikeium, um herauszufinden, ob diese Spezies wie ihre harmlosen Verwandten Kanalproteine besitzen. In dieser Arbeit wiesen wir mit C. diphtheriae und C. jeikeium in zwei weiteren Corynebacterium-Arten offene, mit Wasser gefüllte Zellwandkanäle nach. Des Weiteren stellten wir fest, dass sich die Zellwandkanäle von C. glutamicum, C. efficiens und C. diphtheriae aus zwei Proteinen zusammensetzen, einem zugehörig zu der Gruppe der PorH Proteine und einem weiteren aus der Gruppe der PorA Proteine. Diese heteromere Struktur von Zellwandkanälen bei Corynebakterien stellt ein Novum für Zellwandkanäle bei den Mycolata dar. Indessen besteht der Zellwandkanal von C. jeikeium aus nur einem Protein, CjPorA, angeordnet zu einem Oligomer. Obgleich das Molekulargewicht dieses Proteins (4 kDa) mit dem von PorH und PorA Proteinen vergleichbar ist (5-7 kDa), weißt seine Primärsequenz keine eindeutige Homologie zu diesen auf. Dennoch deutet vieles auf eine Verwandtschaft zwischen CjPorA und PorH/PorA Proteinen hin, da das Gen jk0268, welches für CjPorA kodiert, sich in einer Region des C. jeikeium Chromosoms befindet, die der Genomregion entspricht in welcher die porH/porA Gene der anderen Corynebakterien lokalisiert sind. Dies lässt vermuten, dass jk0268 (welches für den homomeren Zellwandkanal in C. jeikeium kodiert) und die porH/porA Gene von C. glutamicum, C. efficiens und C. diphtheriae (die einen heteromeren Zellwandkanal kodieren) wahrscheinlich Nachkommen eines gemeinsamen Vorläufergens sind. Phylogenetische Analysen der Gattung Corynebacterium unterstützen diese Annahme. Desweitern legen sie nahe, dass die hier untersuchten Zellwandkanäle innerhalb dieser Gattung wahrscheinlich weit verbreitet sind. Ein umfassendes Wissen über Zellwandkanäle, denen beim Transport gelöster Stoffe über die äußere Membran in Corynebakterien und anderen Mitgliedern der Mycolata eine entscheidende Rolle zukommt, könnte von großem wirtschaftlichem und medizinischem Nutzen sein.
N2  - The genus Corynebacterium belongs, together with Mycobacterium, Nocardia, Rhodococcus and further closely related genera, to the distinctive suprageneric taxon mycolata. Many species within this diverse group of mycolic acid containing actinomycetes are known either because of their medical or biotechnological relevance. For instance, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae, Corynebacterium diphtheriae and Nocardia farcinica, causer of most dangerous bacterial infectious diseases world-wide, are among this exceptional group of Gram-positive bacteria. Likewise of importance are some harmless mycolata species which find use in industrial settings. Corynebacterium glutamicum and Corynebacterium efficiens are, e.g., potent producers of the flavour enhancer glutamate and the animal feed additive lysine, while several Rhodococcus species are applied in the production of acrylic acids. The cell wall of mycolata species, compared with that of Gram-positive bacteria, exhibits an unusual composition and organization. Besides an arabinogalactan-peptidoglycan complex, the cell walls of most actinomycetes contain large amounts of mycolic acids. Comparable to the outer membrane of Gram-negative bacteria, these long-chained branched fatty acids form a highly impermeable hydrophobic outer layer which provides the basis of the exceptional drug resistance of mycolata species. Like the outer membrane of Gram-negative bacteria, the cell wall of mycolata contains channel-forming proteins that allow the passage of hydrophilic solutes. By permitting and controlling the exchange and communication between the interior of the cell and the environment in which the bacterium lives, the channels play an important role for the function of the bacterial cell envelope. This thesis aimed to extend our knowledge about cell wall channels in corynebacteria. For this purpose, we examined PorA and PorH proteins that have been associated by previous studies with cell wall pores in C. glutamicum, C. efficiens and Corynebacterium callunae in order to resolve unanswered questions and to gain structural knowledge. We also investigated cell walls of pathogenic corynebacteria, in particular of Corynebacterium diphtheriae and Corynebacterium jeikeium, to investigate if these species possessed channels as is the case with their harmless relatives. In this work we provided evidence for the existence of large and water-filled cell wall channels in C. diphtheriae and C. jeikeium. Moreover, we demonstrated that the major cell wall channels of C. glutamicum, C. efficiens and C. diphtheriae consist of two distinctive polypeptides; one of whom belongs to the class of PorH proteins and the other to the class of PorA proteins. This heteromeric structure of channels of corynebacteria represents a novelty for channels of the mycolata. In contrast, the C. jeikeium channel is solely constituted by a single protein, CjPorA, arranged as an oligomer. Although the molecular mass of this protein (4kDa) is comparable to those of PorH and PorA proteins (5-7 kDa), it shares no distinctive homology in its primary sequence with them. However, there is evidence for relationship between CjPorA and PorH/PorA proteins because the gene jk0268, coding for CjPorA, is localized in a chromosomal region of C. jeikeium that corresponds to the genomic region containing the porH/porA genes in the other corynebacteria. This suggests that jk0268 (coding for the homomeric cell wall channel in C. jeikeium) and the porH/porA genes of C. glutamicum, C. efficiens and C. diphtheriae (coding for heteromeric cell wall channels) are presumably descendants of a common ancestor gene. This assumption gets support from data on phylogenetic analysis of the genus Corynebacterium. Moreover, these data suggest that the here investigated cell wall channels are presumably widespread within this genus. A profound knowledge of cell wall channels, building the main passage of solutes through the outer mycolate membrane in corynebacteria and other members of the mycolata, can be of great economical and medical value.
KW  - Zellwand
KW  - Corynebacterium
KW  - Corynebacterium callunae
KW  - Corynebacterium diphtheriae
KW  - Corynebacterium efficiens
KW  - Corynebacterium glutamicum
KW  - Porin
KW  - Corynebacterium jeikeium
KW  - C. jeikeium
KW  - C. glutamicum
KW  - C. efficiens
KW  - C. callunae
KW  - C. diphtheriae
KW  - Mykolsäuren
KW  - Lipid Bilayer Membran
KW  - Corynebacterium jeikeium
KW  - C. jeikeium
KW  - C. glutamicum
KW  - C. efficiens
KW  - C. callunae
KW  - C. diphtheriae
KW  - Mycolic acid
KW  - Lipid Bilayer Membrane
KW  - porin
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-36325
ER  - 
TY  - THES
A1  - Porps, Patrick
T1  - Erhöhte Lebenserwartung und Resistenz gegenüber oxidativem Stress in Maus-Prion-Protein (PrP)-exprimierenden Drosophila melanogaster
T1  - Increased lifespan and resistance against oxidative stress in Drosophila melanogaster expressing the murine prion protein (PrP)
N2  - Übertragbare spongiforme Enzephalopathien (TSE) wie Scrapie beim Schaf, die bovine spongiforme Enzephalopathie (BSE) beim Rind oder die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (CJD) beim Menschen sind fortschreitende neurodegenerative Erkrankungen, die nach langer Inkubationszeit zum Tod führen. Die protein only-Hypothese besagt, dass das infektiöse Agens „Prion“ teilweise oder vollständig aus dem zellulären Prion-Protein (PrPC) besteht und nach Infektion des Organismus die Konversion von PrPC in die pathogene Isoform (PrPSc) verursacht. Die der Krankheit zugrunde liegenden neuropathologischen Mechanismen und die physiologische Funktion von PrPC sind bisher unbekannt. Es wurden jedoch eine neuroprotektive Funktion oder eine mögliche Rolle im Zusammenhang mit der oxidativen Stress Homöostase postuliert. In dieser Arbeit wurden transgene Drosophila melanogaster-Linien als Modell zur Untersuchung der Funktion von PrPC etabliert. Unter Verwendung des Expressionssystems UAS/GAL4 exprimierten die Fliegen entweder wildtypisches PrP (wt-PrP) oder eine trunkierte, krankheits-assoziierte Mutante PrP&#916;32-134 (tr-PrP), der die potentielle neuroprotektive Octarepeat-Domäne entfernt wurde. Wt-PrP transgene Fliegen zeigten nach Vergleich mit Kontrolllinien eine signifikante, um 20% erhöhte allgemeine Lebenserwartung. Obwohl die Expression von tr-PrP in Drosophila zu keinen nachweisbaren neuropathologischen Veränderungen führte, wurde die Lebensspanne um 8% reduziert. Ko-Expression von wt-PrP und tr-PrP konnte diesen Effekt nicht komplementieren, was eine chronische Toxizität der trunkierten Form nahelegt, die in diesem Zusammenhang der Neuroprotektion übergeordnet ist. Da Lebenserwartung und Stressresistenz eng miteinander korrelieren, wurden die Fliegen den reaktiven Sauerstoffspezies Wasserstoffperoxid, Sauerstoff und Paraquat ausgesetzt, um auf drei unabhängigen Wegen oxidativen Stress zu induzieren. In der Tat vermittelt wt-PrP eine signifikante Stressresistenz, wohingegen tr-PrP-exprimierende Tiere eine normale Anfälligkeit offenbarten, die jedoch teilweise durch Ko-Expression beider PrP-Formen komplementiert werden konnte. Hier erscheint die protektive Funktion von wt-PrP der Toxizität der Deletionsmutante übergeordnet zu sein. Diese Daten belegen eine wichtige Funktion des Prion-Proteins bezüglich der Abwehr von oxidativem Stress. Essentiell ist dabei die Kupfer-bindende Octarepeat-Domäne, durch die möglicherweise Fenton-ähnliche Reaktionen, die bei der Sauerstoff-Radikalsynthese eine wichtige Rolle spielen, inhibiert werden könnten. Konsistent damit ist die Beobachtung des Verlusts der erworbenen Stressresistenz nach Expression der Octarepeat-losen Mutante tr-PrP und die signifikante Reduktion der Lebenserwartung über einen bislang unaufgeklärten Mechanismus. Das Drosophila PrP-Modell bietet die Möglichkeit, die physiologische Funktion von PrP detailliert zu untersuchen. Außerdem ist die Identifizierung unbekannter PrP-Interaktionspartner ermöglicht, um Signaltransduktionswege des PrP und die zugrunde liegenden neurodegenerativen Mechanismen aufzuklären.
N2  - Transmissible spongiforme encephalopathies (TSE) such as scrapie in sheep, bovine spongiform encephalopathy (BSE) in cattle or Creutzfeldt-Jakob disease (CJD) in humans are fatal progressive neurodegenerative disorders. The protein only hypothesis proposes that the infectious agent designated prion consists partly or entirely of the host cellular prion protein (PrPC) and, when the prion is introduced into the organism, causes the conversion of PrPC into the pathogenic isoform PrPSc. However, the disease underlying neuropathogenic mechanisms and the physiological function of PrPC still remain unknown, although a neuroprotective function or a role in oxidative stress homeostasis has been postulated previously. In this work transgenic Drosophila melanogaster lines were evaluated as a model for studying the function of PrPC. By using the bipartite expression system UAS/GAL4 either wild-type PrP (wt-PrP) or a truncated disease associated variant PrP&#916;32-134 (tr-PrP) lacking the putative neuroprotective octarepeat domain were utilized. Wt-PrP transgenic flies displayed an approximately 20% increase in average lifespan compared to controls. Although expression of tr-PrP in Drosophila did not induce any obvious neuropathology, it significantly reduced the lifespan by 8%. Co-expression of wt-PrP and tr-PrP did not complement this phenotype, indicating a chronic toxicity of the truncated PrP that is overriding the neuroprotection. Since extended lifespan and stress resistance are closely associated, flies were exposed to the reactive oxygen species (ROS) hydrogen peroxide, oxygen and Paraquat as three independent treatments to provoke oxidative stress. Interestingly, wt-PrP confered resistance to ROS-induced stress, whereas tr-PrP transgenic flies showed normal susceptibility, which was partly rescued by co-expression of wt-PrP. In this regard PrP presence in its physiological compartment, the central nervous system, is sufficient to maintain the described beneficial effects. These findings suggest that PrP is involved in oxidative stress homeostasis by a mechanism that requires the copper binding octarepeat domain. This function might be responsible for the inhibition of Fenton-like reactions which are known to play an important role in oxygen radical synthesis. Consistent with this theory is the observation that ectopic expression of the octarepeat deletion mutant tr-PrP reduces both acquired stress resistance and lifespan by an unrelated, yet unknown mechanism. The Drosophila PrP model provides the possibility to investigate the physiological function of PrP in more detail. It is likewise considerable to identify unknown ligands of PrP in order to uncover PrP signal transduction pathways or neuropathogenic mechanisms.
KW  - Prion
KW  - Prionprotein
KW  - Oxidativer Stress
KW  - Taufliege
KW  - PrP
KW  - prion
KW  - prion protein
KW  - drosophila melanogster
KW  - oxidative stress
KW  - longevity
KW  - stress resistance
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-36171
ER  -