TY  - THES
A1  - Baier, Andrea
T1  - Architektur meiotischer Chromosomen : Eigenschaften und Evolution des Synaptonemalkomplexproteins SYCP3
T1  - Molecular Architecture of Meiotic Chromosome:Properties and Evolution of Synaptonemal Complex Protein SYCP3
N2  - Die Meiose ist eine besondere Art der Zellteilung, die während der Keimzellreifung stattfindet. Sie umfasst zwei aufeinander folgende Zellteilungen mit nur einer DNA-Repli-kationsrunde, wodurch aus einer diploiden Ausgangszelle vier haploide Gameten entstehen. In der ersten meiotischen Teilung werden die homologen Chromosomen miteinander rekombiniert und voneinander getrennt, in der Meiose II findet die Trennung der Schwesterchromatiden statt. Für den korrekten Ablauf dieser Prozesse musste sich eine spezielle molekulare Architektur des meiotischen Chromosoms entwickeln welche die Synapse der homologen Chromosomen durch den Synaptonemalkomplex (SC) beinhaltet. SCs sind evolutionär hochkonservierte, meiosespezifische Proteinkomplexe, die eine zentrale Bedeutung für Synapse, Rekombination und Segregation der homologen Chromosomen haben. Ein SC besteht aus zwei lateralen Elementen (LEs), die den Achsen der homologen Chromosomen aufgelagert sind, einer zentralen Region (CR) und einem zentralen Element (CE). Eine Hauptstrukturkomponente der LEs in Vertebraten ist das Synaptonemalkomplexprotein, SYCP3. Um die molekulare Architektur des SC besser zu verstehen und die Bedeutung von SYCP3 für die Zusammenlagerung der LE aufzudecken, wurden die Polymerisationseigenschaften von SYCP3, exprimiert in somatischen Zellen, erforscht. In diesem experimentellen Ansatz polymerisierte SYCP3 autonom zu stabilen, höher geordneten, filamentösen Strukturen. Die „Coiled-Coil“-Domäne und die flankierenden, evolutionär konservierten Motive sind dabei notwenig, und nach Deletion des weniger konservierten N-terminalen Bereichs auch ausreichend für die Bildung der höher geordneten Strukturen. Der N-Terminus hingegen spielt eine Rolle in der Stabilität der Polymärstrukturen, welche durch Phosphorylierung zweier Serinreste im N-terminalen Bereich beeinflusst werden könnte. Obwohl die Struktur des SC in der Evolution hochkonserviert ist, sind die Protein-komponenten auf Aminosäuresequenzebene sehr unterschiedlich und weisen wenn überhaupt eine strukturelle Homologie in ihrer Domänenorganisation auf. Um den SC-Aufbau und dessen Funktion besser verstehen zu können, wurden die orthologen SC-Proteine zwischen taxonomisch entfernten Spezies Ratte und Medaka verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass trotz der Unterschiede in den Aminosäuresequenzen die sich in den letzen 450 Millionen Jahren zwischen Fisch- und Säugern-SYCP3 akkumuliert haben, die Eigenschaften der Proteine vergleichbar sind, und das sie unter experimentellen Bedingungen miteinander interagieren und zu höher geordneten Strukturen kopolymerisieren können.
N2  - Meiosis is a germ line specific, special type of cell division which creates haploid daughter cells from a diploid cell in a manner that ensures each daughter cell a complete haploid genome. A meiotic cell undergoes two cell divisions without an intervening DNA replication step. In the first meiotic division the homologous chromosomes get separated and recombination takes place, while the sister chromatids remain associated until the second meiotic division. To align the homologue chromosomes in meiotic prophase I, a specialized structure has evolved the so called synaptonemal complex (SC). SCs are meiosis-specific nuclear structures that are critically involved in synapsis, recombination and segregation of homologous chromosomes. SYCP3 is a major determinant of axial/lateral element assembly of the mammalian SC. To investigate the contribution of SYCP3 in the assembly of axial/lateral elements, I studied SYCP3 polymerization in a heterologous system where SC proteins are not expressed normally. Under these experimental conditions SYCP3 on its own can form higher order structures that, like SCs, are largely resistant to harsh cell fractionation procedures. I also obtained compelling evidence that the SYCP3 coiled-coil domain together with two flanking, evolutionary conserved motifs (CM) are necessary and also sufficient for higher order structure assembly. Notably, most of the SYCP3 N-terminus appears to be dispensable for polymerization, but plays a key role in the stability of polymer structure. I show that two N-terminal serine residues at positions 32 and 35 are crucial. Their mutation to glutamate residues, whereby phosphate charges are mimicked, leads to the formation of altered higher order structures showing a significantly reduced binding strength. The results are compatible with the notion that SYCP3 provides mechanical stability to SC axial/lateral elements that can be regulated by phosphorylation events. Although the SC structure is conserved in evolution this is not the case for its protein components. To provide information on SC proteins which would be important for our understanding of the conserved SC structure and function, here I compared ortholog SYCP3 proteins of two evolutionary distant vertebrate species, namely rat and medaka fish. To this end I have investigated the polymerization properties of both proteins by immunocytochemistry, electron microscopy and cell fractionation. I found that despite of the sequence differences that have accumulated over the last 450 million years mammalian and fish SYCP3 have similar properties that allow them to co-assemble higher order structures under experimental conditions.
KW  - Meiose
KW  - Chromosomen
KW  - Synaptonemalkomplex
KW  - Vertebraten
KW  - Evolution
KW  - Meiosis
KW  - Chromosomes
KW  - Synaptonemal complex
KW  - Vertebrates
KW  - Evolution
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25995
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ritze, Yvonne
T1  - Die Rolle des Neurotransmitters Serotonin bei der Entwicklung von Ethanolsensitivität und Toleranz in Drosophila melanogaster
T1  - The role of the neurotransmitter serotonin in the developement of ethanol sensitivity and tolerance in Drosophila melanogaster
N2  - Der Neurotransmitter Serotonin spielt ein Rolle bei der Entwicklung von Ethanoltoleranz und Alkoholismus. Die vorliegende Arbeit untersuchte die Funktion von Serotonin (5HT) im Bezug auf Ethanolsensitivität und Toleranz in Drosophila melanogaster. Pharmakologisch wurden die 5HT Konzentrationen durch Füttern eines Vorläufers der 5HT Synthese kurzeitig erhöht oder mit einem Syntheseinhibitor reduziert. Die Veränderung der 5HT Konzentrationen mittels dieser Pharmaka hatte jedoch keinen Einfluss auf die Entwicklung von Ethanolsensitivität oder Toleranz. 5HT wird durch den 5HT Transporter (SERT) aus dem synaptischen Spalt in die Präsynapse wieder aufgenommen. Die kurzzeitige Fütterung des SERT Inhibitors Paroxetin führt zu erhöhter Ethanolsensitivität und reduzierter Toleranz. Ein ähnlicher Phänotyp wurde in der hypomorphen sert55 Mutante, die eine reduzierte dsert Expression aufweist, beobachtet. Dies legt nahe, dass kurz- wie langfristige Reduktion der SERT Funktion die Entwicklung einer vollständigen Ethanoltoleranz verhindern. Folglich hat die Verlängerung der 5HT Signaltransduktion im synaptischen Spalt, nicht aber die allgemeine Erhöhung von 5HT Konzentrationen im Fliegengehirn einen Einfluss auf die Entwicklung von Ethanoltoleranz. Zur genauen Bestimmung der SERT Expression im adulten Gehirn der Fliege wurde ein Drosophila SERT (dSERT) Antikörper hergestellt. Mit Hilfe dieses Antikörpers konnte gezeigt werden, dass der dSERT mit serotonergen Somata, Axonen und Dendriten kolokalisiert. Ferner sollten 5HT Konzentrationen im synaptischen Spalt durch Überexpression des wildtypischen dsert in einem Großteil der Neurone mit Hilfe des UAS/GAL4 Systems reduziert werden. Diese Fliegen wiesen weder eine veränderte 5HT Konzentration in den Köpfen auf noch war die Ethanolsensitivität bzw. Toleranz verändert. Das kann einerseits daran liegen, dass der dSERT nicht in die Membran integriert wird oder andererseits daran, dass unser Konstrukt nicht funktional ist. Die Überexpression eines inaktiven dSERTs sollte theoretisch zur Erhöhung von 5HT Konzentrationen im synaptischen Spalt führen. Wurde ein inaktiver dSERT in den meisten Neuronen der Fliege exprimiert, erhöhten sich zwar die 5HT Konzentrationen in den Köpfen der Fliegen, dennoch war das ethanolinduzierte Verhalten nicht verändert. Zusätzlich wurde untersucht, welchen Einfluss die Inhibition der 5HT Ausschüttung auf die Entwicklung von Ethanolsensitivität und Toleranz hat. Zur Inhibition der Neurotransmission in serotonergen Zellen wurde ein Tetanus Toxin (TNT) Transgen in Verbindung mit verschiedenen GAL4 Treiberlinien eingesetzt. Die Inhibition von serotonergen und dopaminergen Neuronen mit Hilfe einer GAL4 Linie, die einen Abschnitt des Gens der Dopamin Decarboxylase (ddc) beinhaltet, führte zu keiner Veränderung von Ethanolsensitivität bzw. Toleranz. Für weitere GAL4 Linien wurde zunächst das Expressionsmuster neuroanatomisch untersucht. Von vier ausgewählten GAL4 Linien zeigten zwei Expression in serotonergen Neuronen. Die sert1+2-GAL4 Linie mit einem Stück Promotorregion des dsert zeigt Expression in 46% der serotonergen Neuronen. Wurden diese mit Hilfe von Tetanus Toxin inhibiert, zeigten die Fliegen eine leicht aber signifikant erhöhte Ethanolsensitivität und eine unveränderte Toleranz. Die zweite GAL4 Linie enthält ein Stück Promotorregion des 5HT1b Rezeptors und zeigt Expression in ebenfalls 46% der serotonergen Neurone, weitgehend überlappend mit der Expression der Linie sert1+2-GAL4. Jedoch exprimiert die 5htr1b-GAL4 Linie zusätzlich in vier serotonergen Neuronen, in elf dopaminergen und einem unbekannten Neuron. Interessanterweise ist nach Inhibition der Neurotransmission in diesen Neuronen eine stark erhöhte Ethanolsensitivität sowie eine reduzierte Ethanoltoleranz zu beobachten. Folglich könnte die Inhibition der Neurotransmission in dopaminergen Neuronen für die Reduktion der Ethanolsensitivität verantwortlich sein. Deshalb wurde die Neurotransmitteraussschüttung in dopaminergen Neuronen mit Hilfe der th-GAL4 Linie und TNT unterdrückt und diese Fliegen wurden auf ihre Fähigkeit untersucht, Ethanolsensitivtät und/oder Toleranz zu entwickeln. Nach Inhibition der von th-GAL4 getriebenen dopaminergen Neurone wurde eine erhöhte Ethanolsensitivität gemessen, aber keine signifikant veränderte Ethanoltoleranz. Da die ddc-GAL4 Linie im Vorfeld keinen ethanolinduzierten Verhaltensphänotyp gezeigt hat, sollte bestimmt werden, welche dopaminergen Neuronen der 5htr1b-GAL4 sowie der th-GAL4 Linie für die erhöhte Ethanolsensitivität verantwortlich sind. Serotonerge Neuronengruppen, die in die Entwicklung von Ethanolsensitivität und Toleranz involviert sein könnten, sind SE1, SE2, SE3, LP1, LP2, SP1, SP2 und IP, während es sich bei den dopaminergen Neuronengruppen um PAL1, PPL1, PPM2, PPM3 und SVP1 handeln könnte. Einige Neurone der 5htr1b-GAL4 Linie projizieren in den Ellipsoidkörper, eine Struktur des Zentralkomplexes, für die bereits gezeigt wurde, dass sie in die Entwicklung vonEthanoltoleranz involviert ist. Jedoch muss näher untersucht werden, welche Neuronen für die Innervation verantwortlich sind. Dafür sollten GAL4 Linien verwendet werden, die eine ähnliche Expression wie die 5htr1b-GAL4 Linie, aber ausschließlich im Ellipsoidkörper, zeigen. In dieser Arbeit konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass serotonerge und dopaminerge Neurone in die Entwicklung von Ethanolsensitivität und Toleranz in Drosophila melanogaster involviert sind. Ferner konnte gezeigt werden, dass eine veränderte 5HT Signaltransduktion zu einer reduzierten Toleranz führt. Weiterführend ist die Identifizierung von serotonergen Neuronen, die für die Entwicklung von Ethanolsensitivität und/oder Toleranz verantwortlich sind, von großem Interesse. Ziel ist es, die neuronalen Schaltkreise aufzudecken, die den Phänomenen Ethanolsensitivität und Toleranz zugrundeliegen.
N2  - Serotonin dysregulation is strongly implicated in the development of ethanol tolerance and alcoholism. This work examined the role of the neurotransmitter 5HT in the development of ethanol sensitivity and tolerance in Drosophila melanogaster. Using a pharmacologic approach 5HT concentrations were increased after feeding a 5HT precursor or decreased after feeding a 5HT synthesis inhibitor. This change of 5HT concentrations did not influence the development of ethanol sensitivity or tolerance. Reuptake of 5HT into the pre-synapse is regulated via a 5HT transporter (SERT). After feeding the SERT reuptake inhibitor Paroxetin an increase in ethanol sensitivity and a reduction in tolerance was observed. A reduction of SERT expression in the hypomorph sert55 mutant leads to a similar phenotype. Supposing short-term as well as long-term reduction of SERT function inhibits the development of normal ethanol tolerance. Therefore, the prolonged 5HT signalling within the synaptic cleft, but not the overall raising of 5HT concentrations in fly brains has an influence on the development of ethanol tolerance. To determine the SERT expression in the adult brain of the fly, a Drosophila SERT (dSERT) antibody was generated. This antibody co-localizes with serotonergic somata, axons and dendrites. Furthermore, 5HT concentrations were reduced in the synaptic cleft, through over-expression of a wildtype dSERT in most neurons using the UAS/GAL4 system. Those flies neither showed a change in 5HT concentrations in heads, nor a changed development of ethanol sensitivity and tolerance. On the one hand this can be due to dSERT that is not integrated in the membrane of the pre-synapse or on the other hand that our construct is not functioning. Over-expression of an inactive dSERT should theoretically lead to an increased 5HT signalling in the synaptic cleft. The inactive dSERT was expressed in most neurons and increased 5HT concentrations in heads, but had no influence on ethanol induced behavior. Moreover it was investigated, what influence the inhibition of 5HT neurotransmission has on the development of ethanol sensitivity and tolerance. To inhibit the neurotransmission of serotonergic cells a tetanus toxin transgene in combination with various GAL4 driver lines was used. The inhibition of serotonergic and dopaminergic neurons using a GAL4 driver line that contains a fragment of the dopamine decarboxylase gene does not influence ethanol sensitivity, or tolerance. For additional GAL4 lines first the expression pattern was studied by neuroanatomy. Out of four selected GAL4 lines two showed expression in serotonergic neurons. The sert1+2-GAL4 line which included a fragment of the dsert promotor region shows expression in 46% of the serotonergic neurons. Inhibition of those neurons with tetanus toxin shows a slight, but significant increase in ethanol sensitivity, but normal tolerance. The second GAL4 line contains a promotor fragment of the 5HT1b receptor gene and also expresses GAL4 in 46% of the serotonergic neurons, largely overlapping with the expression pattern of the sert1+2-GAL4 line. However, the 5htr1b-GAL4 line in addition expresses GAL4 in four serotonergic, eleven dopaminergic and one unknown neuron. Interestingly, after inhibition of those neurons, increased ethanol sensitivity and reduced tolerance was observed. The inhibition of neurotransmission in those dopaminergic neurons could be responsible for increased ethanol sensitivity. In the next step, we therefore inhibited neurotransmission exclusively in dopaminergic neurons using a GAL4 line with a gen fragment of the enzyme tyrosine hydroxylase (th-GAL4) and tested those flies for ethanol sensitivity and tolerance. After inhibition of neurons driven by the th-GAL4 line increased ethanol sensitivity was measured, but normal tolerance. We wanted to find out, which dopaminergic neurons of the 5htr1b-GAL4 and the th-GAL4 line are responsible for increased ethanol sensitivity. Serotonergic groups of neurons that could be involved in the development of ethanol sensitivity and tolerance are SE1, SE2, SE3, LP1, LP2, SP1, SP2 and IP, whereas dopaminergic neurons that might play a role could belong to the groups PAL1, PPL1, PPM2, PPM3 and SVP1. Some neurons of the 5htr1b-GAL4 line project into the ellipsoid body, a structure of the central complex that was shown previously to be involved in the development of ethanol tolerance. Therefore it should be investigated which neurons are responsible for the innervation of the ellipsoid body. In this case GAL4 lines should be used, that show a similar expression pattern as our 5htr1b-GAL4 line, but exclusively express GAL4 in neurons that project into the ellipsoid body, to investigate if inhibition of a small subset of neurons influences ethanol sensitivity and/or tolerance. In this work, for the first time, the involvement of the serotonergic and dopaminergic system in the development of ethanol sensitivity and tolerance was demonstrated in the fly. Furthermore we showed that modified 5HT signalling leads to a reduced tolerance. The next step is to identify serotonergic and dopaminergic neurons that are responsible for the development of ethanol sensitivity and tolerance. Our intention is to reveal neuronal frameworks that underlie ethanol sensitivity and tolerance.
KW  - Ethanol
KW  - Drosophila
KW  - Serotonin
KW  - Serotonintransporter
KW  - Ethanol
KW  - Drosophila
KW  - Serotonin
KW  - Serotonintransporter
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-26271
ER  - 
TY  - THES
A1  - Liedtke, Daniel
T1  - Functional divergence of Midkine growth factors : Non-redundant roles during neural crest induction, brain patterning and somitogenesis
T1  - Funktionelle Divergenz von Midkine Wachstumsfaktoren: Nicht-redundante Funktionen während der Neuralleisteninduktion, der Gehirnenmusterbildung und der Somitogenese
N2  - Neural crest cells and sensory neurons are two prominent cell populations which are induced at the border between neural and non-neural ectoderm during early vertebrate development. The neural crest cells are multipotent and highly migratory precursors that give rise to face cartilage, peripheral neurons, glia cells, pigment cells and many other cell types unique to vertebrates. Sensory neurons are located dorsally in the neural tube and are essential for sensing and converting environmental stimuli into electrical motor reflexes. In my PhD thesis, I obtained novel insights into the complex processes of cell induction at the neural plate border by investigating the regulation and function of mdkb in zebrafish. First, it was possible to demonstrate that mdkb expression is spatiotemporally correlated with the induction of neural crest cells and primary sensory neurons at the neural plate border. Second, it became evident that the expression of mdkb is activated by known neural crest cell inducing signals, like Wnts, FGFs and RA, but that it is independent of Delta-Notch signals essential for lateral inhibition. Knockdown experiments showed that mdkb function is necessary for induction of neural crest cells and sensory neurons at the neural plate border, probably through determination of a common pool of progenitor cells during gastrulation. The present study also used the advantages of the zebrafish model system to investigate the in vivo function of all midkine gene family members during early brain development. In contrast to the situation in mouse, all three zebrafish genes show distinct expression patterns throughout CNS development. mdka, mdkb and ptn expression is detected in mostly non-overlapping patterns during embryonic brain development in the telencephalon, the mid-hindbrain boundary and the rhombencephalon. The possibility of simultaneously knocking down two or even three mRNAs by injection of morpholino mixtures allowed the investigation of functional redundancy of midkine factors during brain formation. Knockdown of Midkine proteins revealed characteristic defects in brain patterning indicating their association with the establishment of prominent signaling centers such as the mid-hindbrain boundary and rhombomere 4. Interestingly, combined knockdown of mdka, mdkb and ptn or single knockdown of ptn alone prevented correct formation of somites, either by interfering with the shifting of the somite maturation front or interferance with cell adhesion in the PSM. Thus, Ptn was identified as a novel secreted regulator of segmentation in zebrafish.
N2  - Neuralleistenzellen und sensorische Neuronen werden während der frühen Wirbeltierentwicklung an der Grenze zwischen dem neuralen und epidermalen Ektoderm gebildet. Neuralleistenzellen sind multipotente Vorläufer von verschiedenen Geweben, wie der Knorpelanteile des Kopfskeletts, peripherer Neurone, Gliazellen, Pigmentzellen und vieler weiterer Derivate. Sensorische Neurone befinden sich im dorsalen Rückenmark und sind wichtig für die Wahrnehmung von Hautreizen. Durch Untersuchung der Regulation und Funktion von mdkb im Zebrafisch konnte ich in meiner Doktorarbeit neue Einsichten in den komplexen Prozess der Zellinduzierung an der Grenze der Neuralplatte erlangen. Es zeigte sich, dass die Expression von mdkb zeitlich und räumlich mit der Induktion von Neuralleistenzellen und primären Neuronen an der Neuralplattengrenze korreliert. Weiterhin konnte ich nachweisen, dass die mdkb Expression durch Signalwege reguliert wird, die für die Induktion von Neuralleistenzellen wichtig sind, wie Wnt, FGF und Retinolsäure. Signale der Delta-Notch Familie, welche essentiell für laterale Inhibition sind, werden dagegen nicht für die mdkb Expression benötigt. Weitere knockdown Experimente zur Reduktion der mdkb-Funktion bewiesen, dass mdkb notwendig für die Induktion von Neuralleistenzellen und der sensorischen Neuronen an der Neuralplattengrenze ist. Des Weiteren konnten im Verlauf dieser Doktorarbeit die in vivo Funktionen aller Mitglieder der midkine Genfamilie während der frühen Gehirnentwicklung untersucht werden. Im Unterschied zu höheren Vertebraten, wie z. B. der Maus, wiesen alle drei midkine Gene des Zebrafisches unterschiedliche Expressionsmuster während der Entwicklung auf. mdka, mdkb und ptn zeigten in Regionen hoher Zellproliferation, wie dem Telencephalon, der Mittel-Nachhirngrenze und dem Nachhirn in der Regel keine Überlappung während der embryonalen Gehirnentwicklung. Die Möglichkeit der simultanen Reduktion zweier oder dreier Proteine durch Injektion von Morpholinogemischen erlaubte die Untersuchung einer eventuellen funktionellen Redundanz während der Gehirnentwicklung. Die Reduktion der Midkine Proteine resultierte in charakteristischen Defekten während der Regionalisierung des Gehirns, was auf eine Rolle während der Bildung essentieller Signalzentren im Gehirn hindeutet. Auffallend waren auch Defekte in der Somitenbildung, die nach gleichzeitiger Reduktion von mdka, mdkb und ptn auftraten. Diese Defekte beruhen entweder auf einer Positionsveränderung der Somiten-Reifungszone oder auf einer Störung der Zelladhäsion im präsomitischen Mesoderm durch Ptn. Somit zeigen die Daten eine neue Funktion von Ptn als sekretiertem Regulator der Somitogenese im Zebrafisch.
KW  - Zebrabärbling
KW  - Neuralleiste
KW  - Hirnforschung
KW  - Entwicklungsbiologie
KW  - Mikroevolution
KW  - Midkine
KW  - Wachstumsfaktoren
KW  - Somitogenese
KW  - Neuralrohr
KW  - Midkine
KW  - growth factor
KW  - neural tube
KW  - somitogenesis
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25707
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hampel, Stefanie
T1  - Funktionelle Analyse des Einflusses von putativen T-Beta-H-positiven Neuronen auf das ethanolinduzierte Verhalten von Drosophila melanogaster
T1  - Functional analysis of putative TbH neurons involved in ethanol induced behavior of Drosophila melanogaster
N2  - Es sollten neuronale Netzwerke in Drosophila melanogaster identifiziert werden, die in die Entwicklung von ethanolinduziertem Verhalten involviert sind. Mittels der Tyramin-beta-Hydroxylase (TbH) wird der letzte Schritt der Biosynthese von Oktopamin aus Tyramin gewährleistet. TbHM18 Mutanten entwickeln eine reduzierte Ethanoltoleranz und haben keine nachweisbaren Oktopamin Konzentrationen (MONASTIRIOTI et al. 1996; SCHOLZ et al. 2000). Die molekulargenetische Ursache dieser Mutante wurde näher untersucht. Wahrscheinlich ist die Deletion von einem Teil des Intron 1, des Exon 2 und einem Teil des Intron 2 des TbH-Gens verantwortlich für den Verlust der Tyramin-beta-Hydroxylase. Die Deletion der kodierenden Sequenz führt jedoch nicht zu einem Leserasterschub in der Aminosäuresequenz. Demzufolge könnte ein verkürztes Protein hergestellt werden. Ferner gibt es zwei Transkripte des TbH-Gens, woraus eventuell zwei Proteine exprimiert werden könnten. Ein Protein wäre die Tyramin-beta-Hydroxylase und das andere könnte eine Dopamin-beta-Hydroxylase sein. Um möglicherweise spezifische putative Subsets von TH-positiven Neuronen zu markieren, wurden verschiedene GAL4-Treiberlinien mit Hilfe unterschiedlicher Fragmente der Promoterregion des TbH-Gens hergestellt. Mittels des GAL4/UAS Systems konnte die Neurotransmitterausschüttung in putativen TbH-positiven Neuronen der TbH-GAL4-Linien inhibiert werden. Auf diese Weise sollte die Funktion der putativen TbH-positiven Neurone während der Entwicklung von Ethanolsensitivität und Toleranz untersucht werden. Das Transgen Tetanustoxin wurde mit der 1.3TbH-GAL4 Treiberlinie in einem bestimmten Set von Neuronen exprimiert. Die Inhibition der Synaptobrevin-abhängigen Neurotransmission in den 1.3TH-GAL4-positiven Neuronen beeinflusst nicht das ethanolinduzierte Verhalten. Hingegen das Ausschalten der Erregbarkeit der Zellen mit Hilfe eines UAS-Kir2.1 Transgens resultiert in erhöhter Resistenz gegenüber Ethanol. Das heißt, dass Synaptobrevin-unabhängige zelluläre Mechanismen der Zellen notwendig sind, um ethanolinduziertes Verhalten zu regulieren. Die 1.3TbH-GAL4-Linie exprimiert in einem sehr spezifischen Subset von Neuronen GAL4, bzw. Effektoren. Insgesamt werden ≈ 10 Zellen detektiert. Davon liegen die Somata zweier Neurone caudal und projizieren in die Region der ersten und vierten Bande des Fächerförmigen Körpers. Weitere kleine Ansammlungen von acht Zellen können um den Ösophagus und im Bereich des Subösophagialganglion verzeichnet werden. Die mit GFP markierten Neurone exprimieren wahrscheinlich kein Oktopamin. Ferner resultierte die Inhibition der synaptischen Transmission von 6.2TbH-GAL4-positiven Neuronen, mit Hilfe von Tetanustoxin, in einer erhöhten Ethanolsensitivität. Ebenfalls zu einer ethanolinduzierten Verhaltensänderung führt die Inaktivierung der 6.2TbH-GAL4 Zellen mittels eines UAS-Kir2.1 Transgens. Dabei entwickeln die Fliegen eine erhöhte Ethanolresistenz. Somit wäre möglich, dass die Entwicklung von Ethanolsensitivität und Resistenz über verschiedene zelluläre Mechanismen reguliert werden. Die 6.2TbH-GAL4-Linie ermöglicht die Transgen-Expression in 65-70 Neuronen. Diese innerverieren u.a. das Subösophagialganglion, den Ösophagus, den Ellipsoid Körper, das laterale und das dorso-laterale Protocerebrum. Fünf der Neurone, die sich durch die 6.2TbH-GAL4 Treiberlinie markieren lassen, exprimieren Oktopamin. Dazu gehört ein VUM-Neuron und vier große caudale Zellen. Eine weitere putativ oktopaminerge GAL4-Linie Tdc2-GAL4 wurde mit der UAS-Kir2.1 Effektorlinie gekreuzt und die Nachkommen im Inebriometer gemessen. Bei Inaktivierung der Erregbarkeit der Tdc2-positiven Neurone resultiert dies in einer erhöhten Ethanolsensitivität, hingegen in keiner Veränderung der Toleranz. Die reduzierten Levels an Oktopamin spielen dabei wahrscheinlich eine Rolle. Hingegen regulieren eventuelle neurosekretorische Zellen über andere Mechanismen die Ethanolresistenz, wie die 6.2TbH-GAL4, UAS-Kir2.1 Fliegen zeigen. Es konnte gezeigt werden, dass unterschiedliche Neuronencluster für verschiedene ethanolinduzierte Verhaltensantworten verantwortlich sind. Da wahrscheinlich neurosekretorische Zellen des PI die Ethanolresistenz beeinflussen (RODAN et al. 2002), hingegen den Zentralkomplex-innervierende Zellen eher für die Entwicklung von Ethanolsensitivität und Toleranz notwendig sind (URIZAR et al. 2007).
N2  - We wanted to identify neuronal networks in Drosophila melanogaster that are involved in the development of ethanol sensitivity and/or tolerance. The tyramine-beta-hydroxylase (TbH) catalyzes the last step in the biosynthesis of tyramine into octopamine. The TbHM18 mutant develdops a reduced ethanol tolerance, because they have no concentrations of octopamine in their bodies (MONASTIRIOTI et al. 1996; SCHOLZ et al. 2000). We investigated the molecular reason of the mutant. Probably the deletion of a part of intron 1, exon 2 and a part of intron 2 of the TbH gene is responsible for the loss of the tyramine-beta-hydroxylase. The deletion of the coding sequence does not result in a frame shift of the aminoacid sequence and because of this a truncated protein could be expressed. Further there are two transcripts of the TbH gene, from that two proteins could be expressed. One protein could be the tyramine-beta-hydroxylase and the other, a dopamine-beta-hydroxylase. For possibly marking specific putative subsets of TbH-positive neurons, different GAL4 driver lines were generated with different promoter fragments out of the TbH gene. Via the GAL4/UAS system the neurotransmitter release could be inhibited in putative TbH-positive neurons. In this manner the function of the putative TbH-positive neurons should be analyzed during the development of ethanol sensitivity and tolerance. The transgene tetanustoxin was expressed in a specific subset of 1.3TbH-GAL4 positive neurons. The ethanol induced behaviour is not influenced by inhibition of synaptobrevin-dependent neurotransmission in 1.3TbH-GAL4 positive neurons. Blocking the excitability of cells by using a UAS-Kir2.1 transgene results in increased ethanol resistence. That means that synaptobrevin-independent cellular mechanisms of cells are necessary for regulating ethanol induced behaviour. The 1.3TbH-GAL4 line expresses GAL4 in a very specific subset of neurons as well as effectors. All in all about 10 cells can be detected. Two somata of these cells are located caudal which project to the first and fourth layer of the fanshaped body. Eight more cells are localized frontal around the esophagus and in the subesophagial region. Probably the GFP-marked neurons do not express octopamine. Furthermore the inhibition of synaptic transmission with tetanustoxin of 6.2TbH-GAL4 positive neurons results in an increased ethanol sensitivity. Also the inactivation of 6.2TbH-GAL4 cells with an UAS-Kir2.1 transgene leads to an ethanol-induced change of behaviour and there the flies develop an increased ethanol resistence. It could be possible that the development of ethanol sensitivity and tolerance is regulated by different cellular mechanisms. The 6.2TbH-GAL4 line enables transgene expression in 65-70 neurons. These are innervating for example the SOG, esophagus, ellipsoid body, lateral and the dorsolateral protocerebrum. Five of these 6.2TbH-GAL4 driven neurons express octopamine, which include four big caudal cells and probably one VUM-neuron. An additional putative octopaminergic GAL4-line, the Tdc2-GAL4 line was crossed to the UAS-Kir2.1 effector line and the offspring measured for ethanol sensitivity and tolerance in the inebriometer. Inactivation of the excitability of the Tdc2-positive neurons results in an increased ethanol sensitivity, but on the other hand to no change of ethanol tolerance. The reduced octopamine levels do probably play a role in this. However the potential neurosecretory cells regulate the ethanol resistence by different mechanisms, like 6.2TbH-GAL4, UAS-Kir2.1 flies show. The inhibition of neurotransmission with three other TbH-GAL4 lines (600TbH-GAL4, 4.6TbH-GAL4, 6.6TbH-GAL4) show no divergence of ethanol-induced behaviour compared to wildtype flies. There, the specific expression pattern of 600TbH-GAL4 line includes five cells in the pars intercerebralis and a brain surrounding glia layer. Further the 6.6TbH-GAL4 line enables expression of effector genes in eight cells and in a surrounding layer of the brain as well. The expression of 600TbH-GAL4 line and 6.6TbH-GAL4 line do not overlap with the octopaminergic expression pattern of our colocalization studies. The expression of UAS- effector genes driven by 4.6TbH-GAL4 line can be provided in approxymatly 67 neurons of the adult brain. With this GAL4-line the structures of the ellipsoid body, antennal lobes, pars intercerebralis and a big commissur are innervated. Seven cells can be detected caudal, but the region that they are projecting to is unknown. It could be shown that different clusters of neurons are responsible for several ethanol-induced behavioural responses. Because neurosecretory cells of the pars intercerebralis seem to influence the ethanol resistance (RODAN et al. 2002), but central complex- innervating cells are necessary rather for the development of ethanol sensitivity and tolerance (URIZAR et al. 2007).
KW  - Taufliege
KW  - TbH
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - Ethanol
KW  - TbH
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - Ethanol
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25600
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sandblad, Linda
T1  - Seam Binding, a Novel Mechanism for Microtubule Stabilization
T1  - Naht Bindung, ein Neuartiger Mechanismus zur Stabilisierung von Mikrotubuli
N2  - Microtubules are a fascinating component of the cellular scaffold protein network, the cytoskeleton. These hollow tubular structures are assembled of laterally associated proto-filaments containing ab-tubulin heterodimers in a head to tail arrangement. Accordingly microtubules have a defined polarity, which sets the base for the polarity of the cell. The microtubule lattice can be arranged in two conformations: In the more abundant B-lattice conformation, where the protofilaments interact laterally through a- to a- and b- to b-tubulin contacts and in the less stable A-lattice conformation, where a-tubulin interacts laterally with b-tubulin. In cells the microtubules generally contain 13 protofilaments of which usually one pair interacts in the A-lattice conformation, forming the so-called lattice seam. Microtubule dynamics and interactions are strongly regulated by micro-tubule associate proteins (MAPs). Structural investigations on MAPs and microtubule associated motor proteins in complex with microtubules have become possible in combination with modern electron microscopy (EM) and image processing. We have used biochemistry and different advanced EM techniques to study the interaction between microtubules and the MAP Mal3p in vitro. Mal3p is the sole member of the end-binding protein 1 (EB1) protein family in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe. Previous in vivo studies have shown that Mal3p promotes microtubule growth. Our studies with high-resolution unidirectional shadowing EM revealed that Mal3p interacts with the microtubule lattice in a novel way, using binding sites on the microtubule that are different from those reported for other MAPs or motor proteins. Full-length Mal3p preferentially binds between two protofilaments on the microtubule lattice, leaving the rest of the lattice free. A case where Mal3p was found in two adjacent protofilament, revealed an A-lattice conformation on the microtubules, surprisingly indicating specific binding of Mal3p to the microtubule seam. With a lattice enhancer, in form of a b-tubulin binding kinesin motor domain, it was demonstrated that Mal3p stabilizes the seam which is thought to be the weakest part of a microtubule. Further, the presence of Mal3p during microtubule polymerization enhances the closure of protofilament sheets into a tubular organization. Cryo-EM and 3-D helical reconstruction on a monomeric microtubule binding domain of Mal3p, confirm the localization in between the protofilament and result in an accurate localization on the microtubule lattice. The results also indicate Mal3p’s capacity to influence the microtubule lattice conformation. Together, studies approached in vitro demonstrate that an EB1-family homolog not only interacts with the microtubule plus end, but also with the microtubule lattice. The structure of Mal3p interacting with microtubules reveals a new mechanism for microtubule stabilization and further insight on how plus end binding proteins are able promote microtubule growth. These findings further suggest that microtubules exhibit two distinct reaction platforms on their surface that can independently interact with selected MAPs or motors.
N2  - Mikrotubuli sind eine faszinierende Komponente des Zytoskeletts einer Zelle. Ihre Struktur entspricht der eines Hohlzylinders. Sie sind aus seitlich assoziierten Proto-filamenten zusammengesetzt, die aus a- und b-Tubulin Untereinheiten bestehen. Diese Heterodimere sind gerichtet, bedingt durch ihre Kopf-Schwanz Anordnung. Folglich besitzen Mikrotubuli eine definierte Polarität, welche die Basis für die Polarität der Zelle bildet. Die Anordnung der Untereinheiten zu einem so genannten Mikrotubulus Gitter kann in zwei Konformationen vorkommen: In der häufigeren B-Gitter Formation, in welcher die Protofilamente seitlich durch a- zu a- und b- zu b-Tubulin interagieren und in der weniger stabilen A-Gitter Konformation, in der a-Tubulin lateral mit b-Tubulin wechselwirkt. In der Zelle vorkommende Mikrotubuli haben grundsätzlich 13 Proto-filamente. Mindestens ein Paar dieser Protofilamente interagiert in der A-Gitter Kon-formation und bildet die so genannte Gitter-Naht (lattice seam). Mikrotubuli Dynamik und Interaktionen sind streng durch Mikrotubuli assoziierte Proteine (MAPs) reguliert. Die Kombination aus moderner Elektronenmikroskopie (EM) und Bild-verarbeitung macht strukturelle Untersuchungen an MAPs und Motorproteinen im Zusammenhang mit Mikrutubuli möglich. Wir haben biochemische und hoch entwickelte EM Techniken benutzt, um die Interaktion zwischen Mikrotubuli und dem Mikrotubuli assoziierten Protein Mal3 in vitro zu untersuchen. Mal3p ist ein Homolog des konservierten Ende-Bindungs Protein 1 (EB1) in der Spalthefe Schizosaccharomyces pombe. Es wurde bereits gezeigt, dass EB1 die Struktur von Mikrotubuli stabilisiert. Mit Hilfe einer speziellen, hochauflösenden EM Schattierungstechnik haben wir demonstriert, dass Mal3p auf neuartige Weise mit dem Mikrotubulus Gitter interagiert. Dabei besetzt Mal3p Bindungsstellen am Mikrotubulus, die sich von denen der anderen MAPs oder Motorproteinen unterscheiden. Mal3p bevorzugt die Bindung zwischen zwei Proto-filamenten, lässt jedoch das übrigen Gitter unbesetzt. In seltenen Fällen wurde Mal3p in zwei nebeneinander angrenzenden Protofilamenten gefunden. An diesen Stellen zeigt sich überraschenderweise eine A-Gitter-Konformation am Mikrotubulus, was auf eine spezifische Naht-Bindung hinweist. Mit Hilfe einer Gitterverstärkung in Form einer Kinesin-Motor-Domäne, die an jede b-Untereinheit bindet, konnte gezeigt werden, dass Mal3p die Naht, den schwächsten Teil eines Mikrotubulus, stabilisiert. Des Weiteren unterstützt die Anwesenheit von Mal3p während der Mikrotubulus Polymerisation die Formierung zur Bildung des Hohlzylinders. Die Untersuchung der monomeren Mikrotubuli-Bindungs-Domäne von Mal3p unter Anwendung von Kryo-EM und anschließender 3-D helikalen Rekonstruktion, führte zur genauen Lokalisierung des Proteins auf dem Mikrotubulus Gerüst. Hierbei bestätigte sich auch die Lokalisation zwischen den Protofilamenten. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass Mal3p die Fähigkeit besitzt, die Konformation des Mikrotubulus Gitters zu beeinflussen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das EB1-Homolog nicht nur an das Mikrotubulus Plus Ende, sondern auch an der Naht entlang des ganzen Mikrotubulus bindet. Die Art wie Mal3p mit den Mikrotubuli interagiert, zeigt einen neuen Mecha-nismus der Mikrotubuli Stabilisierung und eröffnet weitere Sichtweisen, wie Plus End Bindungsproteine die Dynamik von Mikrotubuli beeinflussen. Die Ergebnisse belegen, dass Mikrotubuli zwei definierte Reaktionsplattformen auf ihrer Oberfläche besitzen, die unabhängig mit verschiedenen MAPs und Motorproteinen interagieren
KW  - Mikrotubulus
KW  - Elektronenmikroskopie
KW  - Mikrotubule
KW  - Tubulin
KW  - Mal3p
KW  - EB1
KW  - Microtubules
KW  - Electron Microscopy
KW  - Seam
KW  - Lattice
KW  - EB1
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-24714
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TY  - THES
A1  - Schmidt, Doris
T1  - Blimp-1deltaexon7 : Eine natürlich vorkommende Blimp-1 Deletionsmutante mit autoregulativen Eigenschaften
T1  - Blimp-1deltaexon7: A naturally occurring Blimp-1 deletion mutant with auto-regulatory qualities
N2  - Blimp-1 (B lymphocyte induced maturation protein-1) kontrolliert die Regulation der terminalen B-Zelldifferenzierung. So ist die ektopische Expression von Blimp-1 ausreichend, damit naive B-Zellen zu antikörpersezernierenden Zellen differenzieren können. Dabei wirkt Blimp-1 als transkriptioneller Repressor, der zusammen mit Kofaktoren die Chromatinstruktur in der Promotorregion der Zielgene modifiziert und so deren Expression steuert. Neben der ursprünglich beschriebnen Blimp-1 mRNA existiert eine weitere mRNA, welcher das Exon 7 fehlt (Blimp-1?exon7). In diesem Exon sind die ersten zwei von insgesamt fünf Zinkfingern kodiert, welche nachweislich essentiell für die sequenzspezifische DNA-Interaktion von Blimp-1 sind. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Blimp-1?exon7 Deletionsmutante vorwiegend in ruhenden CD19+ B-Zellen der Maus und in unstimulierten humanen B-Zellen exprimiert wird. Obwohl die Blimp-1 sequenzspezifische DNA-Bindung des Proteins (Blimp-1?Ex7) nicht mehr gegeben ist, lokalisiert es teilweise in den Kern, interagiert ebenfalls mit Korepressoren wie Histondeacetylase-2, und assoziiert mit heterochromatischen Bereichen der DNA. Die ektopische Expression von Blimp-1?Ex7 in einer murinen B-Zell-Lymphomlinie, führt zu Zellzyklusarrest und Apoptose, ohne jedoch die Differenzierung zur Plasmazelle zu ermöglichen. Darüber hinaus ist in Gegenwart von Blimp-1?Ex7 die LPS-induzierte B-Zelldifferenzierung blockiert. Die Unterdrückung der Differenzierung korreliert mit einer verminderten Blimp-1 Expression. Zusammenfassend legen die Ergebnisse den Schluss nahe, dass Blimp-1?Ex7 in naiven B-Zellen exprimiert wird und eine vorzeitige Differenzierung verhindert, indem es autoregulativ die Promotoraktivität herabsetzt und damit Blimp-1 kontrolliert.
N2  - Blimp-1 (B lymphocyte induced maturation protein-1) is the key regulator of terminal B cell differentiation. Ectopic expression of Blimp-1 is sufficient to drive naive B cells to differentiate into antibody-secreting cells. In this context, Blimp-1 acts as a transcriptional repressor that modifies, together with cofactors, the chromatin structure in the promoter region of its target genes and thereby controls their expression. In addition to Blimp-1 mRNA there is another mRNA existing lacking exon 7 (Blimp-1?exon7). This exon codifies two of the five zinc fingers that are absolutely essential for sequence-specific DNA interaction of Blimp-1. The Blimp-1?exon7 deletion mutant is predominantly expressed in resting or unstimulated CD19+ B cells of mice or humans, respectively. Although the protein (Blimp-1?Ex7) cannot bind to the Blimp-1-specific DNA sequences, it partially localizes to the nucleus where it interacts with corepressors like histone deacetylase-2 and is associated with heterochromatic DNA. Ectopic expression of Blimp-1?Ex7 in a murine B cell lymphoma line leads to cell cycle arrest and apoptosis without prior induction of plasma cell differentiation. Furthermore, in the presence of Blimp-1?Ex7, LPS induced B cell differentiation is blocked. This block of differentiation correlates with a reduction in endogenous Blimp-1 expression. Taken together, the data imply that Blimp-1?Ex7 is expressed in naïve B cells to block premature differentiation by regulating the promoter activity in an auto-regulatory manner and is thereby controlling Blimp-1.
KW  - B-Zelle
KW  - B-Lymphozyt
KW  - B-2
KW  - Blimp-1
KW  - B-Zelldifferenzierung
KW  - mRNA
KW  - Blimp-1
KW  - B cell differentiation
KW  - mRNA
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-24750
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TY  - THES
A1  - Nayak, Arnab
T1  - Sumoylation Modulates NFATc1-mediated Lymphokine Gene Expression
T1  - Sumolierung moduliert die NFATc1-vermittele Lymphokin Genexpression
N2  - Die Aktivität von Transkriptionsfaktoren kann durch die Modifikation mit SUMO positiv oder negativ beeinflusst werden, indem Protein-Protein-Interaktionen als auch die subzelluläre bzw. subnukleäre Lokalisation verändert werden. In T-Zellen spielt die Familie der NFAT (Nuclear Factor of Activated T cells)-Transkriptionsfaktoren eine wichtige Rolle bei der Zytokingenregulation. NFATc1 wird durch die Verwendung zwei verschiedener Promotoren (P1 & P2) bzw. Polyadenylierungsstellen (pA1 & pA2) und alternativen Spleißens in sechs Isoformen exprimiert. Sie werden als NFATc1/alphaA, betaA, alphaB, betaB, alphaC und betaC bezeichnet, wobei alpha und beta sich auf die beiden unterschiedlichen 1. Exons und A, B, C sich auf die differentiell gespleißten und unterschiedlich langen C-Termini beziehen. Die NFATc1/A-Isoformen umfassen einen relativ kurzen C-Terminus, während die langen Isoformen B und C extra-C-terminale Peptide von 128 bzw. 246 Aminosäuren aufweisen. Um die spezifischen, biologischen Effekte der NFATc1-Isoformen zu untersuchen, wurde ein sog. ‚Yeast two Hybrid screen’ mit einer humanen Milz-cDNA-Bibliothek und dem NFATc1/C-spezifischen C-Terminus durchgeführt. Am Ende wurden Ubc9 und PIAS1, Proteine, die an der Sumoylierung beteiligt sind, am häufigsten dedektiert. Anschließend konnte gezeigt werden, dass NFATc1 tatsächlich sumoyliert wird. Das Ausmaß an Sumoylierung ist Isoformen abhängig. Während NFATc1/A, das eine einzige Sumoylierungsstelle besitzt, nur eine geringe Sumoylierung aufweist, führen die beiden zusätzlichen Stellen in NFATc1/C zu einer effizienten Modifikation mit SUMO. Diese C-terminale Modifikation dirigiert NFATc1/C in SUMO-1-Körperchen, die mit PML-nbs kolokalisieren. Darüber hinaus rekrutiert sumoyliertes NFATc1/C die transkriptionellen Korepressoren HDAC (sowohl Klasse I wie Klasse II HDACs), was zu einer signifikanten Verringerung der Histonazetylierung am IL-2-Promotor, eines wichtigen NFATc1-Zielgens, führt. Konsequenterweise wurde eine Verminderung der IL-2-Produktion beobachtet, während NFATc1/C, das wegen Mutation der entscheidenden Lysine nicht mehr sumoyliert werden kann, ein dramatisch erhöhtes Transaktivierungspotential am IL-2-Promotor aufwies. Das unterstützt unsere Daten, die mit einem IL-2-Promotor getriebenen Reporterassay gewonnen wurden und zeigen, dass das Transaktivierungspotential von NFATc1/C durch Sumoylierung herabgesetzt wird. Demzufolge übt Sumoylierung einen negativen Effekt auf die transkriptionelle NFATc1-Aktivität aus. Immunfluoreszenzversuche zeigten, dass die Modifikation mit SUMO außerdem zur Relokalisation von NFATc1/C in transkriptionell inaktive, heterochromatische Regionen führt, was durch die Färbung von trimethyliertem Histon mit anti-H3K9 m3 nachgewiesen wurde. Interessanterweise war in Abwesenheit von Sumoylierung NFATc1 teilweise mit transkriptionellen Hotspots im Kern lokalisiert. Das mag zu dem höheren Transkriptionspotential des nicht-sumoylierten NFATc1 beitragen. Es ist wichtig zu erwähnen, dass die transkriptionelle Aktivität auf andere NFATc1-Zielgene durch die Sumoylierung von NFATc1 positiv verstärkt war. Dies deutet auf einen nicht-universalen Effekt der Sumoylierung auf die NFATc1/C-Funktion hin. Demzufolge dirigiert Sumoylierung NFATc1 in Kernkörperchen, wo es mit transkriptionellen Korepressoren interagiert und selbst ans Heterochromatin relokalisiert, was zu einer Repression der NFATc1/C vermittelten Transkription führt. Als sehr wichtig erscheint, dass der Effekt der NFATc1/C-Sumoylierung Promotor spezifisch ist. Zusammengenommen verändet die Modifikation mit SUMO die NFATc1-Funktion von einem Transaktivator zu einem DNA-Bindungsstellen spezifischen Repressor. Daher wird hier ein neuer regulatorischer Mechanismus aufgezeigt, der die Isoform spezifische NFAT-Funktion kontrolliert.
N2  - Sumoylation of transcription factors modulate their activity (either upregulating or downregulating) by altering protein-protein interactions as well as subcelluar/subnuclear localization. The transcription factor family of NFAT (Nuclear Factor of Activated T cells) plays an important role in cytokine gene regulation in T cells. Due to alternative usage of two promoters (P1 & P2), two polyadenylation sites (pA1 and pA2) and alternative splicing events, NFATc1 is expressed in six isoforms which are NFATc1/alphaA, betaA, alphaB, betaB, alphaC and betaC, where alpha and beta refer to two different 1st exons and A, B, C to the differentially spliced and extended C-termini. The short isoforms of NFATc1 (NF-ATc1/A) contain a relatively short C terminus whereas, the longer isoforms, B and C, span the extra C-terminal peptides of 128 and 246 aa, respectively. To analyze the specific biological effects of NFATc1 isoform, a yeast two hybrid screening of a human spleen cDNA library with extra C-terminal peptide of NFATc1 as a bait, was performed. At the end of the assay, the proteins involved in the sumoylation pathway such as Ubc9, PIAS1 were detected with highest frequencies and subsequently were were able to demonstrate that NFATc1 is sumoylated. The extent of sumoylation is isoform specific. While NFATc1/A, harboring only one sumoylation site, shows very weak sumoylation, the two additional sites within NFATc1/C lead to efficient sumoylation. This modification directs NFATc1/C into SUMO-1 bodies, which in turn colocalize with PML-nbs. Furthermore, sumoylated NFATc1/C recruits the transcriptional co-repressors HDAC (both class I as well as class II HDACs) which results in a significant decrease of the level of histone acetylation on the IL-2 promoter, an important NFATc1 target gene. As a consequence of this, a decrease of IL-2 production was observed, while NFATc1/C, which can no longer be sumoylated due to mutating the target lysines, exhibited dramatic elevated transcriptional potential on the IL2 promoter. This supports our finding from IL-2 promoter-driven reporter gene assay, which shows downregulation of NFATc1/C transactivation upon sumoylation. Hence, sumoylation exerts a negative effect on NFATc1 transcriptioanl activity. Immunofluorescence studies showed SUMO modification to relocate NFATc1/C also into transcriptionally inactive heterochromatin regions, demonstrated by H3K9 m3 (tri-methylated histone lysine 9) colocalization studies. Interestingly, in the absence of sumoylation, NFATc1 was partially colocalized with transcriptional hotspots in the nucleus, which might contribute to the higher transcription potentiality of the non-sumoylated NFATc1. It is important to note that, the transcriptional activity of other NFATc1 target genes (IL-13, IFN-gamma etc.) was positively upregulated upon sumoylation of NFATc1, suggesting a non-universal effect of sumoylation on NFATc1/C function. In conclusion, sumoylation directs NFATc1 into nuclear bodies where it interacts with transcriptional co-repressors and relocalize itself with heterochromatin, leading to repression of NFATc1/C-mediated transcription. Most importantly, the effect of NFATc1/C sumoylation is promoter specific. Taken together, SUMO modification alters the function of NFATc1 from an activator to a site-specific transcriptional repressor. This study unraveled a novel regulatory mechanism, which controls isoform specific NFATc1 function.
KW  - NFATc1 sumoylation
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-24722
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TY  - THES
A1  - Hoyer, Susanne Christine
T1  - Neuronal Correlates of Aggression in Drosophila melanogaster
T1  - Neuronale Korrelate der Aggression in Drosophila melanogaster
N2  - Aggression ist ein facettenreiches Phänomen, das sowohl in Vertebraten als auch in Invertebraten auftritt. Trotz der weiten Verbreitung dieses Verhaltens sind die neuronalen Netzwerke, die der Aggression zugrunde liegen, noch kaum bekannt. Zahlreiche Studien weisen den biogenen Aminen eine prominente Rolle in der Modulation von Aggression zu. Das Ziel dieser Doktorarbeit war mit Hilfe des Modellorganismus Drosophila melanogaster zu der Aufschlüsselung der neuronalen Korrelate von Aggression beizutragen, insbesondere im Hinblick auf das biogene Amin Oktopamin. In Drosophila sind aggressive Interaktionen aus einer Vielzahl von offensiven und defensiven Verhaltensweisen zusammengesetzt, von denen einige bezüglich der Häufigkeit ihres Auftretens geschlechtsspezifisch sind. Um die Auswertung dieser vielseitigen Verhaltensweisen zu vereinfachen, wurde die Analyse auf einen einzigen Indikator für Aggression beschränkt: den „lunge“. Diese bemerkenswerte Verhaltensweise tritt nur im Kontext der Aggression auf und ist charakteristisch für Männchen. In Kooperation mit Andreas Eckart habe ich ein Computerprogramm entwickelt, das eine automatische Auszählung der lunges in einem vom Forscher gewählten Zeitraum durchführt. Zusätzlich erhält man u.a. Informationen über die Laufstrecke der einzelnen Tiere wie auch über ihre Größe. Dank eines weiteren von uns entwickelten Programms ist es möglich, Kämpfe zweier Drosophila Männchen unabhängig von deren Genotyp wahlweise automatisch oder halb-automatisch auszuwerten. Mit Hilfe dieser Programme wurde gezeigt, dass (1) die gemeinsame Laufaktivität der beiden Männchen mit der Anzahl aller aufgetretenen lunges korreliert und, dass (2) ein Größenunterschied von 8% ausreichend ist, um zu beeinflussen, welches Tier mehr lunges durchführt. Ebenfalls konnte festgestellt werden, dass (3) eine Nullmutation im ‚white’ Gen, welches einen ABC-Transporter kodiert, aggressives Verhalten fast vollständig unterdrückt, was teilweise auf eine visuelle Beeinträchtigung zurückzuführen ist. Außerdem führt (4) das Absenken des White-Levels in verschiedenen Bereichen des Zentralgehirns zu reduzierter Aggression; ein Effekt, der auch durch die chemische Entfernung der Pilzkörper, einer Struktur des zentralen Gehirns, hervorgerufen werden kann. Dies weist darauf hin, dass die Integrität verschiedener neuronaler Netzwerke/Gehirnbereiche erforderlich ist, um wildtypische Aggression zu ermöglichen. Zusätzlich konnte (5) anhand von Mutationen in zwei Genen der Oktopaminsynthese, die beide die Oktopamin-Konzentration zwar erniedrigen, die Tyramin-Konzentration jedoch heben bzw. senken, demonstriert werden, dass Oktopaminmangel Aggression fast vollständig zum Erliegen bringt. Wird ein lunge durchgeführt, so ist dessen Ausführung fast wildtypisch. Rettungsversuche, in denen Oktopamin- und/oder Tyramin-Konzentrationen wiederhergestellt werden, legen nahe, dass ein sehr spezifisches Muster von Oktopamin räumlich und zeitlich gewährleistet sein muss, um ein so komplexes und faszinierendes Verhalten wie die Aggression in Drosophila hervorzurufen.
N2  - Aggression is a strikingly multi-faceted phenomenon occurring in vertebrates as well as in invertebrates. Despite its omnipresence, the neuronal basis of aggressive behaviours is yet barely understood. Many studies however, imply a role for biogenic amines in aggression. This PhD project aimed at contributing to the understanding of the neuronal correlates of aggression, with a main focus on the biogenic amine octopamine, using Drosophila melanogaster as the model system. In Drosophila, agonistic encounters of males and females are composed of a variety of both offensive and defensive components, some of which are displayed more often in one sex than in the other. To simplify analysis and to standardize evaluation, I chose to focus on a single indicator of aggression: the lunge, a striking feature unique to Drosophila male aggression. By evaluating the lunge I developed in cooperation with Andreas Eckart for the first time an automated, video-based analysis of Drosophila male aggression. The present software program gives the number of lunges for each fly in a certain time interval. In addition, it provides information such as the distance the fly walked and his size among others. In combination with a second software program that we developed, aggressive interactions between two male Drosophila melanogaster of a genotype of choice can now be registered either completely automatically or if preferred semi-automatically. Using these softwares, I demonstrate that (1) body size differences of 8% and higher influence the outcome of a fight in favour of the larger male; (2) walking activity alters lunge frequency with more lunges performed by more active pairs of males; (3) flies mutant for the white gene, one member of the ABC transporter family in Drosophila, are profoundly impaired in aggression, an effect that is partially due to reduced visual performance. (4) Either knocking-down white in various brain regions or chemically ablating the mushroom body located in the central brain by deleting its neuroblast precursors diminishes aggression, indicating that integrity of various neural circuits/brain regions is required for wild-type aggression to occur. Furthermore, I show that (5) flies lacking octopamine signalling but having altered tyramine signalling display hardly any lunge. A quantitative high-speed analysis revealed that lunge execution is almost indistinguishable from wild-type males. The results from the experiments in which octopamine levels and/or tyramine levels were restored suggest that an elaborate pattern of octopamine levels in time and space is required to enable flies to express wild-type aggressive behaviour.
KW  - Biogene Amine
KW  - Aggression
KW  - Octopamin
KW  - Tyramin
KW  - Drosophila
KW  - biogenic amine
KW  - aggression
KW  - octopamine
KW  - tyramine
KW  - Drosophila
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25871
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TY  - THES
A1  - Bohn, Holger Florian
T1  - Biomechanik von Insekten-Pflanzen-Interaktionen bei Nepenthes-Kannenpflanzen
T1  - Biomechanics of insect-plant interactions in Nepenthes pitcher plants
N2  - Interaktionen zwischen Insekten und Pflanzen können auf chemischen oder mechanischen Faktoren beruhen. Mechanische Faktoren spielen eine besonders wichtige Rolle bei den Fallen karnivorer Pflanzen. Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle mechanischer Faktoren in der Interaktion zwischen der Kannenpflanze Nepenthes bicalcarata und der Ameise Camponotus schmitzi aufzuklären, bei der Ameisen Gegenanpassungen zu spezialisierten pflanzlichen Fangstrukturen entwickelt haben. Im Rahmen meiner Arbeit habe ich mich mit den Fragen beschäftigt, 1) welche Kannenstrukturen und welche Mechanismen für den Fang von Arthropoden wichtig sind und 2) welche speziellen Anpassungen C. schmitzi-Ameisen für das Leben auf ihrer karnivoren Wirtspflanze besitzen. Bisher wurde angenommen, dass Nepenthes-Kannen Tiere mit Hilfe von rutschigen Wachskristallschichten fangen. Ich konnte zeigen, dass ein weiterer, bisher unbekannter Fangmechanismus existiert, welcher auf speziellen Oberflächeneigenschaften des Kannenrandes (Peristom) und "Insekten-Aquaplaning" basiert. Das Peristom besitzt eine regelmäßige Mikrostruktur, welche dafür sorgt, dass die Oberfläche vollständig mit Wasser benetzbar ist, so dass sie bei feuchter Witterung von homogenen Flüssigkeitsfilmen überzogen ist. Auf dem trockenen Peristom können Ameisen ohne Schwierigkeiten laufen und Nektar von den am inneren Peristomrand gelegenen Nektarien ernten. Wird die Oberfläche aber beispielsweise durch Regen nass, rutschen die meisten Tiere ab und stürzen in die Kanne. Messungen der Reibungskräfte von Weberameisen (Oecophylla smaragdina) auf dem Peristom von N. bicalcarata zeigten, dass Flüssigkeitsfilme auf der Oberfläche die Anhaftung der Haftorgane (Arolien) verhindern, und dass die Mikrostruktur des Peristoms auch den Einsatz der Krallen unterbindet. Versuche an Nepenthes alata zeigten darüber hinaus, dass dieser Fangmechanismus des Peristoms auch für Nepenthes-Arten mit wachsbereifter Kanneninnenwand essentiell, und die Wachsschicht eher für die Retention gefangener Tiere wichtig ist. Zur Analyse der ökologischen Auswirkungen des "Aquaplaning"-Fangmechanismus habe ich die Peristomfeuchte von Nepenthes rafflesiana var. typica-Kannen zeitgleich mit meteorologischen Daten im Feld kontinuierlich aufgezeichnet und mit Experimenten zur Beurteilung der Fangeffizienz der Kannen kombiniert. Die Ergebnisse dieser Versuche zeigen, dass die Kannen abhängig vom Befeuchtungsgrad des Peristoms zeitweise sehr effiziente Fallen mit Fangraten von 80% sein können, während sie zu anderen Zeiten vollkommen ineffizient sind. Die Variation der Peristomfeuchte wird durch Regen, Kondensation und von den Peristomnektarien sezerniertem Nektar verursacht. Es ist zu vermuten, dass die nur zeitweise und unvorhersehbare Aktivierung der Nepenthes-Kannenfallen durch Nässe der Evolution von Vermeidungsstrategien bei Beutetieren entgegenwirkt. Im Rahmen der Untersuchungen, welche mechanischen Anpassungen C. schmitzi-Ameisen für das Leben auf N. bicalcarata besitzen habe ich mich auf die Fragen konzentriert, wie es den Ameisen gelingt den Peristom-Fangmechanismus zu umgehen und welche Anpassungen sie besitzen um in der Kannenflüssigkeit tauchend und schwimmend nach Nahrung zu suchen. Im Gegensatz zu generalistischen Arten stürzen C. schmitzi-Ameisen auf dem nassen Peristom nicht ab. Durch selektive Manipulation der tarsalen Haftstrukturen konnte ich demonstrieren, dass die Arolien für die Peristomlauffähigkeit der C. schmitzi-Ameisen eine wesentliche Rolle spielen. Für das Furagieren in der Kannenflüssigkeit verfügen C. schmitzi-Ameisen über ein sich wiederholendes, stereotypes Verhaltensmuster, welches aus einer Unterwasserlauf- und einer Oberflächenschwimmphase besteht. Meine Untersuchungen dieses Verhaltensmusters zeigten, dass die Ameisen am Ende der Unterwasserlaufphase mit Hilfe ihres stets vorhandenen Auftriebs zur Flüssigkeitsoberfläche aufsteigen. Dabei taucht ein Teil ihres Hinterleibs aus der Kannenflüssigkeit auf, was den Ameisen die Sauerstoffaufnahme aus der Luft ermöglicht. Nach dem Auftauchen schwimmen C. schmitzi-Ameisen mittels schneller Beinbewegungen an der Oberfläche der Kannenflüssigkeit. Dabei ähnelt die Bewegungskoordination ihrer Beine dem bei Ameisen für die Fortbewegung an Land typischen Dreifußgang. Ein Vergleich der Kinematik von schwimmenden und laufenden C. schmitzi-Ameisen hat gezeigt, dass schwimmende Ameisen ihre Beine in der Schlagphase mit einer höheren Winkelgeschwindigkeit als in der Rückholphase bewegen, während dies bei den laufenden Tieren genau umgekehrt ist. Ferner strecken schwimmende Ameisen ihre Beine während der Schlagphase weiter aus als in der Rückholphase, wohingegen laufende Ameisen in beiden Bewegungsphasen vergleichbare Beinradien aufweisen. Dies lässt den Schluss zu, dass die Schwimmkinematik der C. schmitzi-Ameisen eine abgewandelte Form ihrer Laufkinematik darstellt, welche für die Erzeugung von Vortrieb im Wasser optimiert wurde.
N2  - Insect-plant interactions based on either chemical or mechanical factors, play a key role in nature. Mechanical factors are of particular importance for the animal traps of carnivorous plants. The aim of this study is to clarify the role of mechanical factors in the interaction between the pitcher plant Nepenthes bicalcarata and its ant partner, Camponotus schmitzi which has evolved counter adaptations against the specialised capture structures of the plant. This study investigates two questions, firstly, which of the pitchers' structures and which mechanisms are important for the capture of arthropods and secondly, what are the special adaptations that enable the C. schmitzi ants to live on their carnivorous host plant. It has so far been suggested, that Nepenthes pitchers capture prey by means of slippery epicuticular wax crystals. I was however able to show, that another, yet unknown capture mechanism exists. It is based on the special surface properties of the pitcher rim (peristome) and on the phenomenon of insect "aquaplaning". The peristome is characterized by a regular microstructure with radial ridges of smooth overlapping epidermal cells, which form a series of steps toward the pitcher interior. This surface is completely wettable by water, so that under humid weather conditions it is covered by homogenous liquid films. If the peristome is dry, ants can run freely on it and harvest nectar from the nectaries at the inner margin of the peristome. As soon as the peristome surface is wetted, for example by rain, it becomes extremely slippery for insects, so that most of the ant visitors are trapped. By measuring the friction forces of weaver ants (Oecophylla smaragdina) on the peristome of N. bicalcarata, I was able to show that the liquid films on the surface disrupt attachment for the soft adhesive pads (arolia) and that the surface topography impedes the use of claws. Experiments on Nepenthes alata demonstrated that the trapping mechanism of the peristome is also essential in Nepenthes species with waxy inner pitcher walls, indicating that the waxy surfaces are more important for the retention rather than the capture of prey. I investigated the ecological implications of the "aquaplaning" capture mechanism in Nepenthes rafflesiana var. typica by combining meteorological data and continuous field measurements of peristome wetness with experimental assessments of the pitchers’ capture efficiency. My results demonstrate that pitchers can be highly effective traps with capture rates as high as 80% but are completely ineffective at other times. These dramatic changes are due to the wetting conditions of the peristome. Variation of peristome wetness and thus the variation of capture efficiency is caused by rain, condensation, and nectar secreted from the peristome nectaries. I propose that the intermittent and unpredictable activation of Nepenthes pitcher traps prevents the evolution of avoidance strategies in prey animals. In the second part of my study I investigated the mechanical adaptations that the C. schmitzi possess in order to live on N. bicalcarata. I focused on two principal questions, how are the ants able to circumvent the peristome capture mechanism and what adaptations do they need in order to swim and dive in the digestive fluid. In contrast to generalist ants, C. schmitzi ants are capable of running on the wet peristome without difficulties. Through selective manipulation of tarsal attachment structures I was able to demonstrate, that the arolia are essential for the ants’ capability to run on the wet peristome. Whilst foraging in the pitcher fluid C. schmitzi ants show a repetitive stereotyped behaviour pattern, consisting of an underwater running and surface swimming phase. My analysis of this behaviour pattern showed that at the end of the underwater running phase the ants advance to the fluid surface with the aid of buoyancy. When reaching the surface film parts of the ants’ gaster and head emerge. I was able to show that while foraging in the pitcher fluid the emerging of the gaster is crucial for the respiration of the ants. After emersion the ants swim at the surface of the pitcher fluid using fast leg movements. Hence the leg coordination is similar to a tripod gait which is typical for their locomotion on land. A comparison between the kinematics of swimming and running C. schmitzi ants showed that whilst swimming, the angular velocity of their legs is higher in the stroke than in the recovery, whereas the opposite is true whilst running. Furthermore the swimming ants stretch their legs further in the stroke than in the recovery whereas the leg radius of running ants does not vary much throughout a step. It can be concluded that the swimming kinematics of C. schmitzi ants derives from the kinematics of their running and has been optimized for generating thrust in water.
KW  - Biomechanik
KW  - Kannenpflanze
KW  - Rossameise
KW  - Fleischfressende Pflanzen
KW  - Aquaplaning
KW  - Mikrostruktur
KW  - Symbiose
KW  - Kinematik
KW  - Insekten-Pflanzen-Interaktion
KW  - schwimmende Ameisen
KW  - insect-plant interactions
KW  - Camponotus
KW  - Nepenthes
KW  - capture mechanism
KW  - swimming ants
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-26101
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kampfinger, Katja
T1  - Nachweis einer Mismatch-Reparatur-Defizienz in L5178Y Tk+/--3.7.2C-Mauslymphomzellen
T1  - Evidence of a mismatch repair deficiency in L5178Y Tk+/--3.7.2C mouse lymphoma cells
N2  - Die Entwicklung und Zulassung von Arzneimitteln sowie die Bewertung von Xenobio-tika erfordern eine Reihe von Testsystemen zur Toxizitätsermittlung. Für die Überprüfung der Gentoxizität stehen eine Vielzahl etablierter Testsysteme zur Verfügung, die oft auf Krebszelllinien basieren. Krebszelllinien haben jedoch die Eigenschaft, neben den für die Testung notwendigen Veränderungen weitere Veränderungen zu tragen, die zu Reaktionen führen können, wie sie in den Primärzellen des Organismus nicht auftreten. Daher ist die Kenntnis des genetischen Hintergrunds der verwendeten Krebszelllinien wertvoll, um Testergebnisse bewerten und gentoxische Risikopotentiale abschätzen zu können. Die Mauslymphomzelllinie L5178Y nimmt unter den auf Krebszellen basierenden Testsystemen eine besondere Stellung ein, da sie die weltweit in der Gentoxizi-tätsprüfung am häufigsten eingesetzte Zelllinie ist. In der vorliegenden Arbeit wurde in dieser Zellllinie eine Veränderung nachgewiesen, die das Mismatch-Reparatur-System (MMR-System) betrifft. Bei der MMR handelt es sich um einen Mechanismus, der daran beteiligt ist, die Integrität des Genoms zu gewährleisten. In MMR-profizienten Zellen werden Fehler in der DNA, die bei der Replikation, der homologen Rekombination oder durch äußere gentoxische Einwirkungen entstehen, entweder erkannt und repariert, oder die geschädigten Zellen werden durch die Induktion von Apoptosen eliminiert. Im Gegensatz dazu überleben MMR-defiziente Zellen trotz gravierender DNA-Schäden und akkumulieren diese. In der vorliegenden Arbeit wurde die Akkumulierung von Genomschäden bei L5178Y-Zellen als Reaktion auf Behandlung mit alkylierenden Agenzien beobachtet, während andere Vergleichszelllinien Apoptosen induzierten. Dieses Verhalten der L5178Y-Zellen, das in der Literatur bei MMR-defizienten Zellen für alkylierende Agenzien beschrieben ist, führte zu der Vermutung, dass die L5178Y-Zellen einen MMR-defizienten Phänotyp aufweisen. Dieser MMR-defiziente Phänotyp wurde durch gezielte Behandlung von L5178Y-Zellen und Zellen mit bekanntem MMR-Status mit dem alkylierenden Agenz MNNG und dem anschließenden Vergleich der Reaktionen geprüft und bestätigt. Der Ver-gleich erfolgte durch den Nachweis gentoxischer Effekte im Mikrokern-Test und im Comet Assay. Auf Proteinebene konnte für den gezeigten MMR-defizienten Phänotyp bei den drei wichtigsten, in die MMR involvierten Proteine, MLH1, MSH2 und MSH6 keine Ursa-che gefunden werden: Alle untersuchten Proteine zeigten eine Expression, die mit denen der MMR-profizienten Kontrollzelllinien vergleichbar war. Auf DNA-Ebene wurde durch die Analyse aller bekannter, in die MMR involvierter Gene durch die Sequenzierung der kodierenden Bereiche als wichtigste Verände-rung eine Insertions-Mutation (964(insC)) in pms2 gefunden. Diese führt nach 260 Aminosäuren zu einer Leserasterverschiebung und nach 313 Aminosäuren zu einem Abbruch der Aminosäuresequenz aufgrund eines Stop-Codons. Zwar ist somit die Information für den N-terminalen Bereich von PMS2, der die DNA-Bindedomäne und die ATP-ase aktiven Stellen beinhaltet, vorhanden, die für den C-Terminus hingegen, der für die Dimerisierung mit dem MMR-Protein MLH1 und damit für die Funktion essentiell ist, fehlt. Insgesamt wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass die L5178Y-Zelllinie MMR-defizient ist. Mit der Insertions-Mutation (964(insC)) in pms2 wurde eine molekulare Ursache gefunden, die diese Defizienz erklären kann. Daraus folgt für den Einsatz der L5178Y-Zelllinie in Gentoxizitätstests, dass die Berücksichtigung ihrer MMR-Defizienz die Möglichkeit der Bewertung von Testergebnissen erheblich erweitern kann.
N2  - The development and approval of pharmaceuticals as well as the evaluation of xenobiotics require several test systems for the detection of genotoxicity. There is a number of established genotoxicity test systems, which are often based on cancer cell lines. In addition to mutations that are essential for genotoxicity testing, cancer cell lines may also carry mutations that might cause reactions not occurring in the primary cells of the organism. Therefore the knowledge of the genetic background of the cell line used is important for the evaluation of test results and the subsequent genotoxicity risk assessment. Among test systems that are based on cancer cells the mouse lymphoma cell line L5178Y adopts a very prominent position due to its worldwide application for genotoxicity testing. The dissertation on hand provides evidence that there are mutations in the L5178Y cell line that are related to the mismatch-repair system (MMR system). MMR participates in safeguarding the genomic integrity. In MMR-proficient cells, DNA defects that arise during replication, homologous recombination or as a result of genotoxic effects are either recognized and repaired or the genetically altered cells are eliminated by induction of apoptosis. MMR-deficient cells, however, survive despite serious DNA defects and accumulate them. The accumulation of DNA damage as result of treatment with alkylating agents had been observed in L5178Y cells while other cell lines had reacted with an induction of apoptosis. The induction of apoptosis after treatment with alkylating agents is described in the literature as a typical behaviour for MMR-deficient cells. From this the hypothesis was established, that L5178Y-cells might exhibit a MMR-deficient phenotype. This MMR-deficient phenotype was proven by selective treatment of L5178Y cells and cells with known MMR status with the alkylating agent MNNG followed by the subsequent comparison of the different reactions. The comparison was carried out by the detection of genotoxic effects using the micronucleus test and the comet assay. On the protein level there was not an indication that the observed MMR-deficiency was related to the the three most important MMR-proteins MSH2, MLH1 and MSH6: All proteins demonstrated expression levels that were comparable to the levels of the MMR-proficient control cells. On the DNA level, however, several mutations were detected by sequence analysis of the coding regions of all genes known to be involved in MMR. The most important among these mutations was an insertion mutation (964(insC)) in pms2, that caused a frameshift after 260 amino acids. By this frameshift, a stop-codon was introduced, leading to an interruption of the sequence after 313 amino acids. While the information of the N-terminal region of pms2 containing the DNA-binding domain as well as the ATPase active sites is still present, the information of the C-terminus is lost. This region is responsible for the dimerisation with the MMR-protein MLH1. Therefore, the MMR-function that is due to this complex, is missing. In conclusion, a MMR-deficiency of L5178Y cells was demonstrated. This MMR-deficiency is explained by an insertion-mutation in pms2 (964(insC)). Consideration of this MMR-deficiency enhances the meaningfulness of the evaluation of test results with L5178Y mouse lymphoma cells in risk assessment.
KW  - Maus
KW  - Zelle
KW  - L5178Y-Zellen
KW  - MMR-Reparatur
KW  - pms2
KW  - Genotoxizität
KW  - Alkylantien
KW  - L5178Y cells
KW  - mismatch repair
KW  - pms2
KW  - genotoxicity
KW  - alkylating agent
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-26023
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frentzen, Alexa
T1  - Posttranskriptionale Regulation der Internalinexpression und alternative Internalin-unabhängige Aufnahme von Listeria monocytogenes in Animalzellen
T1  - Posttranscriptional regulation of the Internalin Expression and Alternative Internalin Independent Uptake of Listeria monocytogenes in Animal Cells
N2  - Listeria monocytogenes ist ein weit verbreitetes, Gram-positives humanpatho-genes Bakterium, welches in immunsupprimierten Personen das Krankheitsbild der Listeriose auslösen kann. Der Infektionszyklus der Listerien im Wirt ist im Hinblick auf die Pathogenese dieses Erregers intensiv untersucht worden. Die Regulation der verschiedenen beteiligten Virulenzfaktoren unterliegt in L. monocytogenes einer starken Kontrolle, die einerseits durch regulatorische Proteine aber auch durch Umweltfaktoren beeinflusst wird. Die Mechanismen, die auf transkriptionaler wie auch auf translationaler Ebene die Expression verschiedener listerieller Virulenzgene regulieren, wurden kürzlich näher charakterisiert. Es wurden für verschiedene listerielle Virulenzgene Riboswitch-mechanismen zur Expressionskontrolle in Listerien neu beschrieben. Durch Vorarbeiten wurde auch für das inlAB-Operon ein posttranskriptionaler Regu-lationsmechanismus postuliert. Dabei wurde der anaerobe Stoffwechsel der Listerien als möglicher Auslöser für die beobachtete Translationssteigerung des inlA- und inlB-Gens diskutiert. Innerhalb der vorliegenden Arbeit sollte nun weitergehend untersucht werden, in welchem Bereich der Sequenz des inlAB-Operons sich regulatorische Strukturen zur posttranskriptionalen Regulation unter anaeroben Wachstumsbedingungen befinden. Dazu wurden verschiedene Mutanten mit unterschiedlichen Deletionen im inlAB-Operon konstruiert und die Transkription und Translation sowohl des inlA-, als auch des inlB-Gens betrachtet. Eine Deletion im aroA-Gen bewirkt das Wachstum der Bakterien bei anaerobem Stoffwechsel. Diese Deletion wurde in die konstruierten Stämme eingefügt, um die Expression der Gene unter den verschiedenen Wachstumsbedingungen vergleichen zu können. Außerdem wurden verschiedene gus-Reportergen-Fusionsmutanten und Promotor-austauschmutanten konstruiert, um quantitativ aussagekräftigere Daten zu erheben. Die Charakterisierung der Mutanten ließ erkennen, dass keiner der deletierten Bereiche des inlAB-Operons von L. monocytogenes für die beobachtete Translationssteigerung im inlA-Gen bei anaerobem Stoffwechsel verantwortlich zu sein scheint. Das inlB-Gen war innerhalb der hier gezeigten Experimente nicht posttranskriptional reguliert, wie im Vorfeld postuliert. Nach plasmidkodierter Expression verschiedener Bereiche des inlAB-Operons konnte, verglichen mit genomischer Expression, keine Veränderung in der inlA-Expression beobachtet werden. Die mögliche Beteiligung eines potentiellen Regulatorproteins konnte innerhalb dieser Arbeit daher nicht näher eingegrenzt werden. Auch ein Einfluss der regulatorischen Faktoren Hfq und CcpA auf die Expression des InlA Proteins in der L. monocytogenes ΔaroA-Mutante konnte nicht gefunden werden. Es zeigte sich interessanterweise außerdem, dass weitere Virulenzgene wie actA und hly unter den anaeroben Bedingungen ebenfalls eine Translations-steigerung zeigten. Somit stellt sich abschließend die Frage, ob es sich bei der beobachteten Translationssteigerung des inlA-Gens wirklich um einen durch bestimmte Strukturen in der inlAB-mRNA ausgelösten Mechanismus handelt. L. monocytogenes ist als intrazellulär replizierendes, Gram-positives Bakterium interessant für den Einsatz in immun- und tumortherapeutischen Anwendungen. Attenuierte L. monocytogenes-Stämme wurden dazu bereits erfolgreich im Mausmodell als Trägerbakterien für Impfstoffstrategien eingesetzt. Die gezielte Infektion von Geweben ist jedoch aufgrund des wenig ausgeprägten Zelltropismus der Listerien im Wirt bisher ein Problem für einen Einsatz in bakterienbasierten Anwendungen, wie z.B. der Tumor- oder Gentherapie. Innerhalb dieser Arbeit wurden L. monocytogenes-Stämme konstruiert, bei denen chromosomal das für die Integrase codierende Gen gegen das Gen für das Staphylokokken Protein A (SPA) unter der Kontrolle listerieller Promotoren ausgetauscht wurde. Die erfolgreiche Oberflächenlokalisation von Protein A in der Zellwand von Listerien konnte im Western Blot oder in funktionellen Immunfluoreszenzfärbungen in Mikroskop- und FACS-Analysen nachgewiesen werden. Diese Stämme sollen im Cell Targeting zur gezielten Infektion von Geweben eingesetzt werden. Dazu konnten die Bakterien über Herceptin®-HER2/neu-vermittelte Adhäsion an SK-BR-3-Zellen erfolgreich in diese aufgenommen werden und innerhalb dieser replizieren. Die neu konstruierten Listeria-Stämme zeigten im Mausmodell keine Veränderung in ihrer Virulenz verglichen mit nicht-SPA-exprimierenden Stämmen. Die in dieser Arbeit vorgestellte Antikörper-Rezeptor-vermittlelte Aufnahme der Listerien in Zellen stellt einen neuen, bisher nicht beschriebenen Mechanismus dar, der in vielen therapeutischen Anwendungen zur Infektion spezifischer Gewebe durch Listerien genutzt werden kann.
N2  - Listeria monocytogenes is a widely distributed gram-positive pathogenic bacterium, that causes the disease listeriosis in immunocompromised persons. The infectious cycle of this pathogen has been well investigated concerning the mechanisms of pathogenesis. The regulation of the involved virulence factors underlie strong control mechanisms both by regulatory proteins and environmental conditions. The mechanisms that control the expression of listerial virulence genes on the transcriptional and translational level have recently been characterized more closely. For some of these virulence factors, regulatory posttranscriptional riboswitch control mechanisms have recently been newly described in Listeria. In studies prior to this work, a posttranscriptional regulation mechanism has been postulated for the inlAB-Operon, also. As a trigger for the enhanced translation of the inlA and inlB gene the anaerobic metabolism of Listeria has been discussed. In the here presented work, it should be further investigated which part of the inlAB operon comprises regulatory structures for the posttranscriptional regulation at anaerobic growth conditions. To this purpose, different mutants with varying deletions in the inlAB operon have been constructed and transcription and translation of both the inlA and inlB genes observed. A deletion in the aroA gene provokes growth of the bacteria at anaerobic metabolism. This deletion was introduced in the newly constructed strains to be able to compare the different growth conditions. Additionally, gus-reportergene fusion as well as promoter exchange mutants were constructed to be able to raise quantitatively significant data. The characterization of the deletion mutants showed that none of the introduced deletions in the inlAB operon seems to be responsible for the enhanced expression of inlA in anaerobically growing Listeriae. In the here presented experiments, the inlB-gene was not found to be posttranscriptionally regulated, in accordance with a previous report. The plasmid encoded expression of different parts of the inlAB operon did not lead to an alteration in the inlA expression compared to genomically encoded inlA. The possible interaction of a potential regulator protein could thus not be further elucidated. Also, the engagement of the regulators like Hfq or CcpA could not be found. Interestingly, also the virulence genes actA and hly showed an enhanced translational efficiency under the given conditions. Thus, in the herein presented work, the question is raised, whether the observed translation enhancement of the inlA gene is really due to regulatory structures within the inlAB-mRNA. As an intracellularly replicating, Gram positive bacterium, L. monocytogenes is a very interesting means to be used in immuno- or tumortherapeutic applications. Attenuated L. monocytogenes strains have already been successfully applied as carrier strains in vaccine strategies in the mouse model. Due to the distinct cell tropism of Listeriae in the host, the targeted infection of tissue has so far been a problem regarding the use in bacteria-based applications like tumor or gene therapy. In this work, L. monocytogenes strains have been constructed, that contain the chromosomal integrase gene exchanged for the staphylococcal Protein A (SPA) gene under the control of different listerial promoters. The successful translocation and anchoring of SPA in the cell wall was confirmed by either western blot or functionally by immunofluorescence staining using microscopic and FACS analysis. These strains should be used to specifically infect tissues via cell targeting. Through Herceptin®-HER2/neu-mediated adhesion to SK-BR-3 cells the bacteria could be successfully taken up and replicate in these cells. The newly constructed Listeria strains did not show any alteration in virulence in the mouse model when compared to non-SPA-expressing strains. The herein presented antibody-receptor-mediated uptake of the Listeriae in cells demonstrates a new, so far not described mechanism, that can be used in many therapeutic applications involving the infection of specific tissues by Listerae.
KW  - Listeria monocytogenes
KW  - Internalin
KW  - Genregulation
KW  - Aufnahme
KW  - Listeria monocytogenes
KW  - Internalin
KW  - Gene Regulation
KW  - Uptake
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25631
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klüver, Nils
T1  - Molecular analysis of gonad development in medaka (Oryzias latipes) and Oryzias celebensis
T1  - Molekulare Analyse der Gonadenentwicklung im Medaka (Oryzias latipes) und Oryzias celebensis
N2  - The process of sex-determination can be better understood through examinations of developing organs and cells, which are involved in the formation of undifferentiated gonad. This mechanisms show in fish a broad variety, ranging from hermaphroditism to gonochorism and environmental to genetic sex determination. Hormones and abiotic factors such as temperature and pH can influence teleost development and reproductive traits. These factors are vulnerable to pollutants and climate changes. Therefore, it is important to examine gonad development and sex-determination/differentiation in teleost fish. Teleost fish are the largest known group of vertebrates with approximately 25,000 species and are used for such kind of examinations as model organisms. Recently, in Oryzias latipes (medaka), dmrt1bY (or dmy), a member of the Dmrt gene family, has been described as testis-determining gene. However, this gene is not the universal master sex-determining gene in teleost fish. Although dmrt1bY is present in the most closely related species of the genus, namely Oryzias curvinotous, it is absent from other Oryzias species, like Oryzias celebensis, and other fish. During my thesis, I studied gonad development in medaka and in the closely related species Oryzias celebensis. Germ cell specification in medaka seems to be dependent on maternally provided cytoplasmatic determinants, so called germ plasm. Nanos and vasa are such germ cell specific genes. In zebrafish they are asymmetrically localized in the early embryo. I have shown that nanos mRNA is evenly distributed in the early embryo of medaka. A similar pattern has been already described for the medaka vasa homolog, olvas. This suggests differences in PGC specification in zebrafish and medaka. Further, the vasa homolog was isolated and the expression pattern examined in O. celebensis. The results show that it can be used as a germ cell specific marker. Additionally, the primordial germ cell migration in O. celebensis was followed, which is similar to medaka PGC migration. Primordial germ cell migration in vertebrates is dependent on the chemokine stromal cell-derived factor 1 (Sdf-1). Medaka has two different sdf-1 genes, sdf-1a and sdf-1b. Both genes are expressed in the lateral plate mesoderm (LPM). During late embryonic development, I could show that sdf-1a is expressed in newly formed somites and not longer in the LPM. Sdf-1b expression persisted in the posterior part of the lateral plate mesoderm in the developing gonad. In terms of early and late functions, this suggests subfunctionalization of sdf-1a and sdf-1b. In “higher” vertebrates, genes that are involved in the process of gonad development have been studied in detail, e.g. Wt1, Sox9, and Amh. I have analyzed the expression pattern of wt1 and sox9 co-orthologs and amh. In both, the medaka and O. celebensis, wt1a transcripts were localized in the LPM and its expression was similar to sdf-1a gene expression in medaka. Wt1b expression was restricted to the developing pronephric region. During later embryonic development, wt1a is specifically expressed in the somatic cells of the gonad primordium in both sexes. This is the first time that in fish wt1 gene expression in developing gonads has been described. Therefore, this result suggests that wt1a is involved in the formation of the bipotential gonad. Furthermore, I have analyzed the gonad specific function of the wt1 co-orthologs in medaka. I could show that a conditional co-regulation mechanism between Wt1a and Wt1b ensures PGC maintenance and/or survival. The expression of sox9 genes in medaka and sox9b in O. celebensis were detected in the somatic cells of the gonad primordium of both sexes. Additionally, I have shown that amh and amhrII in medaka are expressed in somatic cells of the gonad primordium of both sexes. This suggests that sox9b, amh and amhrII are involved in gonad development and have specific functions in the adult gonad. In O. celebensis I could detect an expression of dmrt1 already six days after fertilization in half of the embryos, which is similar to the dmrt1bY expression in medaka. Whether the expression of dmrt1 is male specific in O. celebensis is currently under investigation. Altogether, the obtained results provide new insights into gene expression patterns during the processes of gonad development. Furthermore, no differences in the expression pattern of wt1a and sox9b during gonad development between the medaka and O. celebensis could be detected. This might indicate that the genetic mechanisms during gonad development are similar in both species.
N2  - Die Untersuchung der Keimzellwanderung in O. celebensis zeigte hohe Ähnlichkeiten zu der bereits Beschriebenen im Medaka. Die Keimzellwanderung in Wirbeltieren ist abhängig von stromal cell-derived factor 1 (Sdf-1), einem chemotaktisch wirkendem Zytokinin. Im Medaka existieren zwei sdf-1 Gene, sdf-1a und sdf-1b, die während der embryonalen Entwicklung im Seitenplattenmesoderm (LPM) exprimiert werden. Die Expression der beiden Gene unterscheiden sich jedoch zeitlich und auch örtlich im LPM. Dies lässt vermuten, dass sich im Verlauf der Evolution eine frühe und eine späte keimzellspezifische Funktion zwischen sdf-1a und sdf-1b aufgeteilt hat. In „höheren“ Wirbeltieren wurden schon verschiedene Gene, z.B. Wt1, Sox9 und Amh, in dem Prozess der Gonadenentwicklung beschrieben. Die Expressionsmuster von wt1 und sox9 Co-Orthologen und amh habe ich während meiner Arbeit untersucht. Im Medaka und in O. celebensis wird wt1a im LPM transkribiert und ähnelt der von sdf-1a im Medaka. Die Expression von wt1b erfolgt hingegen nur in der Region der Vorläufer-Niere. Im weiteren Verlauf der Embryogenese ließen sich wt1a Transkripte erstmalig in somatischen Zellen des Gonaden-Vorläufers nachweisen. Wt1a spielt vermutlich eine Rolle in der Entwicklung der bipotentialen Gonade. Die funktionelle Analyse von wt1 Genen im Medaka zeigte, dass durch eine konditionale Co-Regulation zwischen wt1a und wt1b die Keimzellen überleben bzw. erhalten bleiben. Die Expression von sox9b im Medaka und in O. celebensis ließ sich in somatischen Zellen des Gonaden-Vorläufers nachweisen. Zusätzlich werden amh und amhrII ebenfalls in somatischen Zellen beider Geschlechter exprimiert, daher kann man eine wichtige Rolle dieser Gene während der Gonadenentwicklung und in der adulten Gonade annehmen. Die Expression von dmrt1 in O. celebensis konnte ich, in etwa der Hälfte der beobachteten Embryonen, bereits schon früh in der embryonalen Entwicklung (6 Tage nach der Befruchtung) nachweisen. Das Transkriptionsmuster von dmrt1 in O. celebensis ist ähnlich der Expression von dmrt1bY im Medaka. Inwieweit diese Expression in O. celebensis spezifisch für Männchen ist wird zurzeit noch untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen neue Einblicke in die Genexpressionsmuster der Gonadenentwicklung von Medaka und O. celebensis und weisen neue Möglichkeiten für weitere Forschungen auf. Des Weiteren konnte ich im Verlauf der Gonadenentwicklung keine Unterschiede in der Genexpression von wt1a und sox9b zwischen Medaka und O. celebensis nachweisen. Dies deutet an, dass die genetischen Mechanismen der Gonadenentwicklung zwischen den beiden nahverwandten Arten sehr ähnlich sind.
KW  - Japankärpfling
KW  - Gonade
KW  - Geschlechtsbestimmung
KW  - Entwicklungsbiologie
KW  - medaka
KW  - sex determination
KW  - sox9
KW  - amh
KW  - wt1
KW  - gonad development
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25105
ER  - 
TY  - THES
A1  - Palanichamy, Arumugam
T1  - Influence of transient B cell depletion on recirculating B cells and plasma cells in rheumatoid arthritis
T1  - Einfluss von  passagerer B-Zelldepletion auf rezirkuliriende B-Zellen und  Plasmazellen bei Rheumatoider Arthritis
N2  - Die zentrale Rolle der B-Zellen in der Pathogenese von Autoimmunerkrankungen hat in den letzten Jahren zu unterschiedlichen therapeutischen Ansätzen geführt, B-Zellen direkt oder indirekt zu targetieren. Ein Beispiel hierfür stellt der monoklonale anti-CD20 Antikörper Rituximab dar. Derzeit ist wenig über das Regenerationsverhalten von B-Zellen nach Therapie mit Rituximab bekannt. Daher untersuchten wir die frühe Regnerationsphase und die Veränderungen des B-Zellrepertoirs. Am Beispiel der VH4 Familie der Immunglobulin schweren Ketten analysierten wir die Modulation des Immunglobulinrezeptor Repertoires durch die passagere B-Zelldepletion. Insgesamt wurden bei 5 Patienten 3 Zeitpunkte analysiert: vor Therapie, in der frühen Regenerationsphase (ERP- early regeneration period, mit einem B-Zellanteil > 1% im peripheren Blut) und in der späten Regenerationsphase (LRP- late regeneration period, 2-3 Monate nach der frühen Regenerationsphase). Bei 3 Patienten (A-C) wurden die Ig-VH4 Gene aus genomischer DNA amplifiziert und zu o.g. Zeitpunkten analysiert. Bei weiteren 2 Patienten (D und E) erfolgte die Analyse der Ig Gene in einzelnen B-Zellen mittels Einzelzellsortierung und Einzelzell RT-PCR. Die B-Zellregeneration nach Therapie mit Rituximab zeigte ein charakteristisches Regenerationsmuster mit einer Dominanz von unreifen CD10+ B-Zellen und CD38hi Plasmazellen während der frühen Phase der B-Zellrekonstitution. Im weiteren Verlauf kam es zu einer Abnahme dieser Zellen und einem Anstieg von naiven B-Zellen. Auf der molekularen Ebene zeigte sich vor und nach B-Zelldepletion eine unterschiedliche Nutzung der Ig-VH4 Gene. Mini Gene wie VH4-34 und VH4-39, die in Verbindung mit Autoimmunität stehen, waren vor Einleitung der Therapie überexprimiert. Durch die Behandlung mit Rituximab kam es zu einer Veränderung des Repertoires der regenerierenden B-Zellen mit einer reduzierten Benutzung der VH4-39 Gene im B-Zellpool. Tief greifende Veränderungen fanden sich im regenerierenden Repertoire, mit einem relativen Anstieg von stark mutierten (>=9 Mutationen / Ig Sequenz) B-Zellen.. Die Immunphänotypisierung zeigte, dass diese hochmutierten B-Zellen den Ig-klassengeswitchten Gedächtnis B-Zellkompartiment, insbesondere den Plasmazellen zughörig sind. Um diese Hypothese zu untermauern, erfolgte bei 2 Patienten eine Einzelzellsortierung dieser Plasmazellen während der frühen Regenerationsphase, welche einen vergleichbaren Mutationsstatus zeigte. Da Plasmazellen kein CD20 Molekül exprimieren, werden sie durch eine Therapie mit Rituximab nicht direkt eliminiert. Allerdings zirkulieren sie nicht im peripheren Blut während der Phase der B-Zelldepletion. Während der frühen Regenerationsphase (ERP) lassen sie sich in der Peripherie erneut nachweisen. Es wurde deshalb untersucht ob auch Plasmazellen durch die Therapie moduliert werden, obwohl sie nicht direkt durch Rituximab targetiert werden. In diesem Zusammenhang erfolgte eine detaillierte Analyse des Mutationsmusters der Plasmazellen vor Therapie und während der frühen Regenerationsphase. Die Analyse der Mutationshäufigkeit in RGYW/WRCY Hotspot Motive (R=purine, Y=pyrimidine, W=A/T) erlaubt Abschätzung in wieweit die somatische Hypermutation der B-Zellen durch T-Zell abhängige Differenzierung erfolgte. Die Plasmazellen vor Therapie zeigten einem verminderten Targeting der RGYW/WRCY Motive. Im Gegensatz hierzu zeigte sich in den rezirkulierenden Plasmazellen während der frühen Regenerationsphase ein zunehmendes Targeting der RGYW/WRCY Motive. Dies spricht für einen Repertoire Shift zu mehr T-Zellabhängigen B-Zell Mutation. Ein Zusatand, wie er bei Gesunden beobachtet wird. Um die Hypothese der Rituximab-induzierten Plasmazell Modulation zu stützen wurde die R/S- Ratio (replacement to silent mutations ratio) der hypervariablen Regionen (CDRs) der Plasmazell Ig Sequenzen bestimmt. In unserer Studie war die mittlere R/S Ratio der CDRs der Plasmazellen vor Therapie entsprechend relativ niedrig (1.87). Interessanterweise kam es in der frühen und späten Regenerationsphase zu einer signifikant erhöhten R/S Ration in den rezirkulierenden Plasmazellen mit Werten von 2.67 bzw. 3.60. Die verminderte R/S Ratio in den CDRs der Plasmazellen kann als Entwicklung des Ig-Repertoires durch positive Antigenselektion interpretiert werden und weist damit eine Therapie induzierte Veränderung auf, die dem entspricht wie man sie bei Gesunden findet. Zusammenfassend zeigt unsere Studie, dass die passagere B-Zelldepletion mit Rituximab zu einer Modulation des Plasmalzellkompartimentes führt, welches nicht direkt durch die Therapie targetiert wird. Die Modulation der Plasmazellen bei der RA kann eventuell auch als möglicher Biomarker entwickelt werden, um ein Ansprechen auf die Therapie vorherzusagen. Dies muss im Weiteren untersucht werden, um tiefer greifende Einblicke in Prozesse zu erlangen, die durch zukünftige Therapien beeinflussbar werden.
N2  - B cells play diverse roles in the immunopathogensis of autoimmune diseases several approaches targeting B cell directly or indirectly are in clinical practice in the treatment of autoimmunity. In this regard, temporal B cell depletion by rituximab (anti CD20 antibody) is being appreciated and gaining more importance in recent years. To date, little is known about the regeneration profile of B cells following B cell depletion. We wanted to investigate the early replenishing B cells and examine the dynamic changes in the repertoire. we studied the immunoglobulin receptor (IgR) modulation of Ig-VH4 genes as representative of the heavy chain family. Five patients were included in the study and therapy induced alterations were assessed. Three time points namely before therapy, early regeneration phase (ERP- the early time point during regeneration where just above 1% B cells were found in the peripheral lymphocyte pool) and later regeneration phase (LRP- which commenced 2-3 months following ERP) were chosen. In three patients (A-C), Ig-VH4 genes were amplified from total genomic DNA during the above-mentioned all time points and in another two patients (D and E), Ig genes during ERP were studied by single cell amplification technique. Firstly, B cell regeneration followed the characteristic regeneration pattern as reported by several groups, with a predominant circulation of CD38hi expressing plasma cells and immature B cells in the ERP. During LRP, the proportion of these cells reduced relatively and the levels of naïve B cells rose gradually. On a molecular level, Ig-VH4 variable gene usage prior and post B cell depletion was determined and it was noticed that a diverse set of Ig-VH4 genes were employed in the repertoire before and after therapy. Mini gene segments such as VH4-34 and VH-4-39, which were reported to be connected with autoimmunity, were over expressed in the B cell repertoire before therapy. Profound changes were noticed in the early reemerging repertoire with a relatively increased population of intensely mutated B cells. These B cells acquired >=9 mutations in the Ig genes. Immunophenotyping with specific surface markers revealed that these highly mutated B cells evolve from the isotype-switched memory compartment especially the plasma cells. To support the hypothesis that the highly mutated B cells observed during ERP were plasma cells we carried out single cell amplification of individual plasma cells in another two patients during ERP and compared the mutational load, which remained similar. Actually plasma cells do not express CD20 on their surface and are not eliminated by rituximab therapy. However they were not observed in the peripheral blood following B cell depletion. The earliest time point when plasma cells are found again in peripheral circulation is the early recovery period (ERP). Therefore, it was intriguing to ascertain if the plasma cells were also modulated by rituximab therapy although they were not directly targeted by the therapy. We investigated if there is a therapy mediated mutational modulation of the plasma cells though these are not directly targeted by the therapy. We examined the confinement of mutations to the pre-defined RGYW/WRCY hotspot motifs (R=purine, Y=pyrimidine, W=A/T) in the plasma cells, which provides information on the involvement of T cells in B cell somatic hypermutation (SHM). Plasma cells before rituximab manifested the characteristics of active disease, which was revealed by restricted mutational targeting to the RGYW/WRCY motifs. The reemerging plasma cells during ERP had an increased targeting of the RGYW/WRCY motifs which indicated for a more pronounced T cell mediated B cell mutations which is the scenario observed in the healthy subjects. To further support the hypothesis of rituximab-mediated plasma cell modulation, we delineated the replacement to silent mutations ratio (R/S) in the hypervariable regions (CDRs) of the plasma cell Ig sequences. Within our study, the mean R/S ratio in the plasma cell CDRs of the patient group was relatively low (1.87) before rituximab treatment and interestingly this ratio increased significantly in the recirculating plasma cells to values of 2.67 and 3.60 in ERP and LRP status respectively. The increase in R/S ratios in reemerging plasma cells can be interpreted as a shaping of the Ig-repertoire by positive antigen selection as seen in healthy individuals. To conclude, our study demonstrates temporal B cell depletion by rituximab therapy seems to modulate also the plasma cell compartment, which is not directly targeted by the therapy. Modulation of plasma cells in RA could be also used as a potential biomarker in studying the effective response in RA treatment. This needs to be further explored to gain deeper insights into the underlying processes, which may be influenced by future therapies.
KW  - B-zellen
KW  - Rituximab
KW  - Gelenkrheumatismus
KW  - B cells
KW  - Rituximab
KW  - Rheumatoid arthritis
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25132
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schultheis, Christina
T1  - Die geschlechtsbestimmende Region des Platyfisches Xiphophorus maculatus auf den Geschlechtschromosomen X und Y: Molekulare Analyse der genomischen Struktur und molekulargenetische Untersuchung von Genkandidaten
T1  - xxx
N2  - Mit über 24.000 Arten sind etwa die Hälfte aller heute lebenden Wirbeltiere Fische. Im Gegensatz zu Vögeln oder Säugetieren weisen Fische eine erstaunliche Vielfalt und Variabilität der Geschlechtsbestimmungsmechanismen auf. Sämtliche Formen von Zwittrigkeit sowie umweltbedingte und genetische Geschlechtsbestimmung sind beschrieben worden. Die molekularen Grundlagen der genetischen Geschlechtsbestimmung bei Fischen sind jedoch weitgehend unbekannt. Für einige Fischarten, wie etwa der Zebrafisch, die beliebte Modellorganismen zur Untersuchung z.B. von Krankheiten sind, liegen bereits sequenzierte Genome vor. Dennoch sind diese Modellorganismen aufgrund bisher nicht identifizierbarer Geschlechtschromosomen oder fehlender geschlechtsgebundener molekularer Marker als Modellorganismen zur Untersuchung der genetischen Geschlechtsbestimmung und der Evolution der Geschlechtschromosomen ungeeignet. Bei Stichling und Medaka, ebenfalls Fische mit vollständig sequenzierten Genomen, konnte hingegen die geschlechtsbestimmende Region identifiziert werden. Im Medaka ist bereits das geschlechtsbestimmende Gen identifiziert worden, eine Y-spezifische Kopie des Gens dmrt1. Dmrt1bY konnte aber lediglich in einigen Medaka Arten nachgewiesen werden und stellt somit keinesfalls das universelle geschlechtsbestimmende Gen der Fische dar. Da die geschlechtsbestimmenden Regionen von Medaka und Stichling evolutionär gesehen relativ jung und linienspezifisch sind, spiegeln sie nur begrenzt den evolutionären Verlauf der Entstehung von Geschlechtschromosomen und Geschlechtsbestimmungsmechanismen wider. Der Platyfisch Xiphophorus maculatus ist ein hervorragender Modellorganismus zur Untersuchung der Geschlechtsbestimmung und Evolution von Geschlechtschromosomen. Er wird seit Ende 1920 zur Untersuchung von malignen Melanomen verwendet. Interspezifische Hybride bilden durch die kreuzungsbedingte Aktivierung eines Tumorlocus erbliche Melanome aus. Der Tumorlocus konnte bereits molekular identifiziert werden. Er entspricht dem Onkogen Xmrk, das durch eine Xiphophorus-spezifische Duplikation des Protoonkogens egfrb gebildet worden ist. Onkogen und Protoonkogen, die beide für epidermale Wachstumsfaktorrezeptoren codieren, befinden sich in der Subtelomerregion auf den Geschlechtschromosomen des Platyfisches. Sie flankieren die etwa 1 Mb große geschlechtsbestimmende Region. Neben dem geschlechtsbestimmenden Locus sind verschiedene pigmentzelldefinierende Loci in dieser Region vorzufinden. Die Geschlechtschromosomen X und Y des Platyfisches sind sehr homolog, lassen sich aber sowohl cytogenetisch als auch genetisch gut voneinander unterscheiden. Zur Untersuchung der genetischen Struktur der geschlechtsbestimmenden Region und zur Identifizierung des geschlechtsbestimmenden Gens mittels positioneller Klonierung, wurde eine artifizielle Bakterienchromosom-(BAC) Bibliothek aus männlichen Platyfischen (Genotyp XY) angelegt. Onkogen und Protoonkogen sowie verschiedene andere X- und Y-chromosomale molekulare Marker wurden als Startpunkte für „Chromosomen-Walking“ und den Aufbau von X- und Y-chromosomalen artifizielle Bakterienchromosom (BAC)-Contigs verwendet. Hauptaufgabe meiner Doktorarbeit war die Erweiterung und physikalische Verknüpfung verschiedener X- und Y-chromosomaler Contigs mittels molekularbiologischer und cytogenetischer Methoden sowie die Identifizierung von Genen mittels Bioinformatik und funktioneller Analyse. Bis zum jetzigen Zeitpunkt decken die BAC-Contigs 3,1 Mb auf dem Y-Chromosom und 3,8 Mb auf dem X-Chromosom in der geschlechtsbestimmenden Region ab. Sie stellen mitunter die größten geschlechtschromosomalen Contigs bei Fischen dar. Die X- und Y-chromosomalen Contigs werden derzeit in Kollaboration mit dem Sequenzierungszentrum Genoscope in Frankreich komplett durchsequenziert. Erste Sequenzanalysen weisen auf eine molekulare Differenzierung zwischen den X- und Y-Geschlechtschromosomen in der geschlechtsbestimmenden Region hin. Es konnten ein duplizierter Bereich auf dem Y Chromosom sowie eine Inversion in der geschlechtsbestimmenden Region identifiziert werden. Nichthomologe Rekombinationsereignisse zwischen transponierbaren Elementen und wiederholende Sequenzen sind mutmaßlich an dieser molekularen Umordnung beteiligt. Solche transponierbaren und sich wiederholenden Elemente akkumulieren in der geschlechtsbestimmenden Region und erschwerten auch maßgeblich Aufbau und Ausweitung der geschlechtschromosomalen Contigs. Während die meisten Elemente auf beiden Geschlechtschromosomen zu finden sind, konnten auch Y-spezifische Kopien nachgewiesen werden, wie beispielsweise der endogene Retrovirus foamy. Eine Reihe von Genkandidaten wurden in der geschlechtsbestimmenden Region identifiziert. Einige stellen aussichtsreiche Kandidaten für den geschlechtsbestimmenden Locus dar. So ist das Gen fredi, das für einen putativen Transkriptionsfaktor mit Helix-Turn-Helix Motiv codiert, im Hoden stark exprimiert. Verschiedene fredi Kopien sind auf dem X und Y Chromosom in der geschlechtsbestimmenden Region identifiziert worden. Interessanterweise ist die codierende Sequenz der X-chromosomalen fredi Kopien durch ein transponierbares Element zerstört. Die Y-chromosomalen Kopien sind hingegen scheinbar nicht beeinträchtigt. Zwei weitere miteinander verwandter Genkandidaten namens fah und tan, die bislang für Genprodukte mit unbekannten Eigenschaften codieren, liegen nebeneinander in der geschlechtsbestimmenden Region vor. Expressionsanalysen beider Gene weisen eine spezifische Expression im Ovar und zwar in der vegetativen Hemisphäre der Oocyten auf. Orthologe Gene wurden in Medaka und Zebrafisch identifiziert und kloniert. Expressionsanalysen in Medaka zeigten eine Ovar-spezifische Transkription wie in Xiphophorus, während im Zebrafisch fah und tan ubiquitär exprimiert sind. Interessanterweise konnte im Platyfisch eine Spleißvariante von fah identifiziert werden, die auch im Hoden exprimiert ist. Dies macht fah zu einem vielversprechenden Kandidaten für den geschlechtsbestimmenden Locus. Die genomischen Regionen, in der fah und tan bei anderen Fischarten wie Medaka, Zebrafisch und Kugelfisch identifiziert wurden, zeigen hohe Syntenie zur geschlechtsbestimmenden Region des Platyfisches und könnten auch bei diesen Fischarten eine Rolle in der Geschlechtsbestimmung spielen. Ein einziges Gen, das mit fah und tan verwandt ist, konnte auch in Maus, Huhn und Frosch nachgewiesen werden. Interessanterweise konnte auf dem menschlichen X-Chromosom eine mit Stoppcodons durchzogene, zu fah/tan homologe Pseudogene Sequenz identifiziert werden. Diese Syntenie zwischen Geschlechtschromosomen von Fischen und Säugern könnte auf eine evolutionär sehr alte geschlechtsbestimmende Region der Wirbeltiere hindeuten. Zusammenfassend hat diese Arbeit neben neuen Erkenntnissen über die Evolution der Geschlechtschromosomen bei Fischen verschiedene Genkandidaten für den geschlechtsbestimmenden Locus geliefert, die nun auch funktionell analysiert werden müssen.
N2  - Fishes are the species richest vertebrate group. Contrary to the situation known form birds and mammals sex determination in fish is extremely variable. All possible forms of hermaphroditism, environmental and genetic sex determination have been described. The molecular basis of genetic sex determination remains extensive unknown so far. Famous fish models such as the zebrafish are useless to investigate sex chromosome evolution since sex chromosomes are not recognizable, and no sex-linked genetic loci or molecular markers have been identified. In the pufferfish Tetraodon nothing is known about the sex determination. However, in Medaka and three-spine stickleback, also fishes with sequenced genomes, the sex determining regions have been identified and the master sex determining gene in Medaka has been already identified. It displays a Y-specific copy of the gene dmrt1. Dmrt1bY has been detected only in some Medaka-species and therefore could not represent the universal master sex-determining gene is fish. The sex-determining regions of Medaka and stickleback are, from the evolutionary point of view, relatively young and lineage-specific and do not reflect the evolution of sex chromosome and sex chromosome differentiation. The platyfish Xiphophorus maculatus is an excellent model organism to investigate vertebrate’s sex chromosome evolution and sex determination. The sex chromosomes (XY) of the platyfish are poorly differentiated but genetically well-defined and the sex-determining (SD) region, subtelomeric on the sex chromosomes is delimited by markers identified at the molecular level. Beside the master sex-determining locus several other loci involved in pigmentation and cancer formation are arranged in this region. The molecular nature of these different loci is unknown so far. Using the molecular markers, Xmrk an oncogene and its protooncogenic ancestor egfrb (both encoding for epidermal like growth factor receptor tyrosine kinases) as starting point for chromosome walking, bacterial artificial chromosome (BAC) -contigs have been assembled covering megabases on the X and the Y chromosome. These contigs are going to be sequenced to near completion in collaboration with GENOSCOPE, Paris, France and Muséum National d´Hitoire Naturelle, Paris, France. Primary sequence analysis revealed initial molecular differentiation between the X and the Y chromosomes in the sex-determining region. Differential duplications, deletions, inversions and transpositions have been identified. The high number of transposable and repeated elements and endogenous retroviruses identified in the sex-determining region might play a role in rearrangements caused by non-homologous recombination between elements. Besides, genes from the sex-determining region have been affected by transposable elements. For example the X chromosomal copies of the gene candidate fredi (encoding for a DNA binding protein with helix turn helix domain) have been disrupted by the transposable element MIToy, (a miniature inverted repeat transposable element, MITE) whereas the Y chromosomal copies remain apparently functional. Most transposable elements and endogenous retroviruses identified in the sex-determining region are present on both sex chromosomes. However, some Y-specific sequences have been identified, for example a Y-specific cluster of the LTR-like repeat xir and one copy of an endogenous retrovirus called fishmy similar to the foamy virus of mammals. About 40 genes have been identified so far by sequence analysis, some of them having no known functions in other organisms. Several genes show a sexual dimorphic expression in gonads and are candidates for the sex-determining locus. The linked gene candidates fah (Fahrrad) and tan (Tandem) encode for an unknown protein-product. Both genes are preferentially expressed in the ovary, more precisely in the vegetal hemisphere of the oocytes. Orthologues sequences to fah and tan have been identified and cloned in Medaka and zebrafish. The expression pattern in Medaka is similar to Xiphophorus, whereas zebrafish fah and tan are rather ubiquitously expressed. Interestingly an isoform of fah with an alternative start codon has been identified in Xiphophorus maculatus being preferentially expressed in ovary and also in testis, making fah to a promising gene candidate for the master sex-determining locus. Comparative genomics distinguished regions in Medaka, Tetraodon and zebrafish highly syntenic to the sex- determining region of Xiphophorus maculatus. These regions might be involved in sex determination in Tetraodon and zebrafish. Fah and tan have been identified in frog, dog and chicken but only as single gene called velo. Therefore fah and tan seems to have arisen by old fish specific gene duplication independent of the whole genome duplication in fish. An orthologues sequence to velo and fah/tan, piled up with multiple stop codons in the open reading frame, has been identified on human X chromosome. This result reminds of traces of an ancestral sex-determining region present in vertebrate genomes 450 million years ago. This work gains novel insights in sex chromosome evolution in fish. Two gene candidates have been identified being promising gene candidates for the master sex determining locus in Xiphophorus maculatus.
KW  - Geschlechtsbestimmung
KW  - Geschlechtsbestimmung
KW  - sex determination
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25170
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weniger, Markus
T1  - Genome Expression Pathway Analysis Tool - Analyse und Visualisierung von Microarray Genexpressionsdaten unter genomischen, proteomischen und metabolischen Gesichtspunkten
T1  - Genom Expression Pathway Analysis Tool - Analysis and visualization of microarray gene expression data under genomic, proteomic and metabolic context
N2  - Die Messung der Genexpression ist für viele Bereiche der Biologie und Medizin wichtig geworden und unterstützt Studien über Behandlung, Krankheiten und Entwicklungsstadien. Microarrays können verwendet werden, um die Expression von tausenden mRNA-Molekülen gleichzeitig zu messen und ermöglichen so einen Einblick und einen Vergleich der verschiedenen zellulären Bedingungen. Die Daten, die durch Microarray-Experimente gewonnen werden, sind hochdimensional und verrauscht, eine Interpretation der Daten ist deswegen nicht einfach. Obwohl Programme für die statistische Auswertung von Microarraydaten existieren, fehlt vielen eine Integration der Analyseergebnisse mit einer automatischen Interpretationsmöglichkeit. In dieser Arbeit wurde GEPAT, Genome Expression Pathway Analysis Tool, entwickelt, das eine Analyse der Genexpression unter dem Gesichtspunkten der Genomik, Proteomik und Metabolik ermöglicht. GEPAT integriert statistische Methoden zum Datenimport und -analyse mit biologischer Interpretation für Genmengen oder einzelne Gene, die auf dem Microarray gemessen werden. Verschiedene Typen von Oligonukleotid- und cDNAMicroarrays können importiert werden, unterschiedliche Normalisierungsmethoden können auf diese Daten angewandt werden, anschließend wird eine Datenannotation durchgeführt. Nach dem Import können mit GEPAT verschiedene statische Datenanalysemethoden wie hierarchisches, k-means und PCA-Clustern, ein auf einem linearen Modell basierender t-Test, oder ein Vergleich chromosomaler Profile durchgeführt werden. Die Ergebnisse der Analysen können auf Häufungen biologischer Begriffe und Vorkommen in Stoffwechselwegen oder Interaktionsnetzwerken untersucht werden. Verschiedene biologische Datenbanken wurden integriert, um zu jeder Gensonde auf dem Array Informationen zur Verfügung stellen zu können. GEPAT bietet keinen linearen Arbeitsablauf, sondern erlaubt die Benutzung von beliebigen Teilmengen von Genen oder biologischen Proben als Startpunkt einer neuen Analyse oder Interpretation. Dabei verlässt es sich auf bewährte Datenanalyse-Pakete, bietet einen modularen Ansatz zur einfachen Erweiterung und kann auf einem verteilten Computernetzwerk installiert werden, um eine große Zahl an Benutzern zu unterstützen. Es ist unter der LGPL Open-Source Lizenz frei verfügbar und kann unter http://gepat.sourceforge.net heruntergeladen werden.
N2  - The measurement of gene expression data is relevant to many areas of biology and medicine, in the study of treatments, diseases, and developmental stages. Microarrays can be used to measure the expression level of thousands of mRNAs at the same time, allowing insight into or comparison of different cellular conditions. The data derived out of microarray experiments is highly dimensional and noisy, and interpretation of the results can get tricky. Although programs for the statistical analysis of microarray data exist, most of them lack an integration of analysis results and biological interpretation. In this work GEPAT, Genome Expression Pathway Analysis Tool, was developed, offering an analysis of gene expression data under genomic, proteomic and metabolic context. GEPAT integrates statistical methods for data import and data analysis together with an biological interpretation for subset of genes or single genes measured on the chip. GEPAT imports various types of oligonucleotide and cDNA array data formats. Different normalization methods can be applied to the data, afterwards data annotation is performed. After import, GEPAT offers various statistical data analysis methods, as hierarchical, k-means and PCA clustering, a linear model based t-Test or chromosomal profile comparison. The results of the analysis can be interpreted by enrichment of biological terms, pathway analysis or interaction networks. Different biological databases are included, to give various informations for each probe on the chip. GEPAT offers no linear work flow, but allows the usage of any subset of probes and samples as start for a new data analysis or interpretation. GEPAT relies on established data analysis packages, offers a modular approach for an easy extension, and can be run on a computer grid to allow a large number of users. It is freely available under the LGPL open source license for academic and commercial users at http://gepat.sourceforge.net.
KW  - Microarray
KW  - Genexpression
KW  - Datenanalyse
KW  - Explorative Datenanalyse
KW  - microarray
KW  - gene expression
KW  - data analysis
KW  - explorative data analysis
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25392
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tischner, Denise
T1  - Mechanistische Untersuchungen zur Therapie von Multipler Sklerose am Beispiel der Experimentellen Autoimmunen Encephalomyelitis
T1  - Investigation of therapy strategies of multiple sclerosis by using Experimental Autoimmune Encephalomyelitis
N2  - No abstract available
KW  - Autoimmunität
KW  - Immunsystem
KW  - Multiple Sklerose
KW  - Glucocorticosteroide
KW  - Tiermodell
KW  - regulatorische T Zelle
KW  - CD28
KW  - Antigentherapie
KW  - EAE
KW  - Superagonist
KW  - regulatory T cell
KW  - CD28
KW  - antigen therapy
KW  - EAE
KW  - superagonist
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25258
ER  - 
TY  - THES
A1  - Golitschek, Robert von
T1  - Charakterisierung von genomischer Instabilität mit Hilfe der Spektralen Karyotypisierung beim Werner-Syndrom
T1  - characterization of genomic instability in Werner syndrome fibroblast cultures with spectral karyotyping.
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurden erstmals Metaphasen von Fibroblastenkulturen (AA, WL, SCH, H-51) von Patienten mit der klinischen Verdachtsdiagnose Werner Syndrom (WS) mit der Spektralen Karyotypisierung (SKY) analysiert. Die Auswertung bestätigte in allen vier Zelllinien (ZLL) die zuvor mit konventionellen Methoden (z.B. mit G- und R-Bänderung) etablierten zytogenetischen Charakteristika des WS in Form des „Variegated Translocation Mosaicism“ (VTM) und der im zeitlichen Verlauf einer Zellkultur vorherrschenden zytogenetischen, dominanten Klone, deren Eigenschaften mit den drei Schlagwörtern „clonal attenuation“, „clonal succession“ und „clonal expansion“ bereits durch Salk et al. [28] treffend umschrieben wurden. Alle ZLL wurden nach 7 oder 8 Passagen seneszent, einer für WS-Fibroblasten typischen, reduzierten Lebensspanne. In der genaueren Analyse der aberranten Metaphasen war SKY den konventionellen Methoden deutlich überlegen. Während bei Salk et al. in 1005 Metaphasen 271 Brüche entdeckt wurden, wurden mit SKY in 69 Metaphasen 108 Brüche eindeutig klassifiziert, was außerdem eine detailliertere Einteilung der Klone in unterschiedliche, teilweise singuläre Subklone erforderlich machte. Die bisher noch nie in WS-Zellen festgestellten trizyklischen Chromosomenaustausche und dreifach-rekombinanten Chromosomen zeigten die Fähigkeit der SKY-Methode, komplexe genomische Veränderungen genau darzustellen. Zudem wurde erstmals ein pseudotetraploider Subklon T mit 87-90 Chromosomen entdeckt, der aus der Mutterkultur WL stammte und ein ungewöhnliches Wachstumspotential von etwa 45 Populationsverdoppelungen (PD) erreichte und die durchschnittlichen 20 PD von WS-Fibroblasten um mehr als das Doppelte überschritt, aber unter den 54 PD von Kontrollfibroblasten lag. Eine Tetrasomie wurde für alle autosomalen Chromosomen außer den Chromosomen 4 und 6 festgestellt, die jeweils dreimal, die Geschlechtschromosomen X und Y jeweils zweimal vertreten waren. Die Translokationen waren identisch mit denen von Klon a aus WL, allerdings in jeweils zweifacher Ausführung. 77 der 10 Chromosomen beinhalteten in den 69 Metaphasen ≥6 Brüche und waren in jeweils mindestens 3 der 4 ZLL an Chromosomenaberrationen beteiligt. V.a. Chromosom 16 war mit 17 Bruchpunkten bzw. in 23 von 78 aberranten Chromosomen am häufigsten involviert. Zudem war es an zwei der drei dreifach-rekombinierten Chromosomen und bei einem der zwei trizyklischen Chromosomenaustausche beteiligt. Dies weist auf eine möglicherweise große Bedeutung von Chromosom 16 in Rekombinationsprozessen hin. Auffällig war eine nicht-zufällige Bruchpunktverteilung. Die Bruchpunkte 3q11→q12, 9q13, 15q15, 16q12→q13 und 16q22 waren mögliche hot spots für Bruchereignisse und trugen Rechnung für ≈21% der Bruchereignisse. V.a. 16q22 brach am häufigsten (11mal), war als einziger Bruchpunkt in allen 4 Zelllinien vorhanden und maßgeblich für die hohe Beteiligung des Chromosoms 16 an strukturellen Aberrationen verantwortlich. 16q22 wurde in vorherigen Untersuchungen bisher noch nicht als einer der bevorzugten Bruchpunkte in WS festgestellt. Einige der bei Salk et al. genannten hot spots wurden in dieser Arbeit bestätigt, jedoch mit unterschiedlichem Verteilungsmuster. Dies hängt möglicherweise mit der höheren Sensitivität von SKY, aber auch mit der in dieser Arbeit relativ niedrigen Anzahl an Metaphasen zusammen. Für SKY bestehen weitere mannigfaltige Anwendungsmöglichkeiten , die in der zytogenetischen Forschung nicht nur auf dem Gebiet des WS Fortschritte erzielen können. SKY ist zudem eine sichere Methode, erfordert jedoch einen hohen zeitlichen und materiellen Aufwand, die die Anwendungsmöglichkeiten wiederum limitieren. Als diagnostisches Instrument erscheint SKY daher nur in Fällen sinnvoll, in denen nach der Anwendung konventioneller Methoden weiterhin Unsicherheiten bezüglich der Diagnose bestehen. Mit der Eigenschaft komplexe Rearrangements mit hoher Sensitivität zweifelsfrei nachzuweisen, kann es jedoch als der Gold-Standard bei unklaren Fällen gelten.
N2  - Four werner snydrome (ws) fibroblast cultures were analyzed by spectral karyotyping (sky) in this thesis work. There were multiple, pseudotetraploid clones in all cultures, mostly marked by random balanced reciprocal translocations and were therefore clearly showing "variegated translocation mosaicism", the cytogenetic hallmarks of werner syndrome fibroblasts in vitro. One culture contained two clones with three-way exchanges involving the chromosomes 2, 3, 16 and X, 2, 13. Two cultures contained threetime-recombinant chromosomes: der(3)t(3;11;4)(q22;?;q34), der(10)t(10;13;16)(q22;q31;q22), der(16)t(6;16;11)(q24;p13→q22;p15). In 69 metaphases 108 chromosomal breaks were detected, which shows the high sensitivity of sky. In the most extensive study in 1981 Salk et al. detected 271 breaks in 1005 metaphases. The most frequent breakpoint was 16q22(11 times)and was in all cultures immanent. It corresponds to FRA16B, possibly reflecting difficulties of WS cells in replicating AT-rich repetitive DNA structures. All cultures ceased proliferation after 7 or 8 in vitro passages, but a single clone with exceptional growth potential emerged in one of the senescing cultures. Due to its identical translocations, the derivation of this near tetraploid clone (tetrasomy of all autosomes except chromosomes 4 and 6) could be traced to the most prevalent pseudodiploid clone of the parental mass culture. The proliferation of the subclone ceased after 45 population doublings and exceeded the normal average proliferation rate of WS cells which is normally 20. The tetraploidization in combination with certain chromosome rearrangements and selective chromosome dosage may overcome the severely limited in vitro lifespan of WS fibroblasts. The results cleary show the ability of the sky method to confirm and enhance the knowledge of the cytogentic characteristics of ws cells due to its high sensitivity. As a diagnostic tool it should only be used in cases where conventional methods like g- or r-banding failed.
KW  - Progeria adultorum
KW  - werner syndrom
KW  - spektrale karyotypisierung
KW  - zytogenetik
KW  - pseudotetraploidisierung
KW  - 16q22
KW  - werner syndrome
KW  - spectral karyotyping
KW  - cytogenetics
KW  - pseudotetraploidization
KW  - 16q22
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-24957
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zunker, Katrin
T1  - Untersuchungen zur Rolle der Mikrosatelliteninstabilität in hereditären Melanomen von Xiphophorus sowie zur Integrität von Elementen der Zellzykluskontrolle/DNA-Reparatur
T1  - Genomic stability in hereditary malignant melanoma of Xiphophorus
N2  - Die Bedeutung der genomischen Instabilität in humanen melanocytischen Läsionen ist Gegenstand vieler dermatologischer Studien und bis heute ungeklärt. Ist die Mikrosatelliteninstabilität bloße Begleiterscheinung der unkontrolliert proliferierenden Tumorzellen oder wird ihr ein pathogenetischer Mechanismus zuteil? In Fischen der Gattung Xiphophorus können durch klassische Kreuzungsexperimente melanocytische Läsionen verschiedener Malignitätsgrade induziert werden. Diese Läsionen sind auf Grund ihres genetisch kontrollierten Hintergrundes eindeutig definiert und reproduzierbar - und damit im Vorteil gegenüber der unsicheren Klassifikation humaner Hautläsionen. In der vorliegenden Arbeit wurde hauptsächlich der Frage nachgegangen, ob MIN+ ein obligates molekulares Ereignis für die Progression von Melanomen bis zum terminalen Stadium darstellt. Dieser Fragestellung wurde unter Verwendung PCR-basierter Mikrosatellitenanalysen sowie Multilocus DNA-Fingerprint Analysen nachgegangen. 23 Tumoren unterschiedlicher Malignität wurden im Vergleich zum tumorfreien Normalgewebe desselben Fisches an 12 Genloci unbekannter chromosomaler Lokalisation auf Mikrosatelliteninstabilität untersucht. Es wurde insgesamt eine Zahl von 263 informativen Loci erzielt, von denen sich nur 20 ( = 7.6%) als instabil erwiesen. Mittels der Multilocus-Fingerprint Analysen wurden 8 Melanome und deren korrespondiere Normalgewebe mit drei Sonden hybridisiert. Nur einer von 12 analysierbaren MLFPs zeigte eine genetische Aberration in Form einer Deletion einer einzelnen Bande im Tumorgewebe. Mit diesem Ergebnis wurde das in der Mikrosatellitenanalyse erhaltene Resultat einer nicht signifikanten Mikrosatelliteninstabilität im Xiphophorus-Melanom-Modell System bestätigt. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Abwesenheit eines MIN+-Phänotypen in den Melanomen von Xiphophorus darauf hinweist, daß der Erwerb von MIN weder ein notwendiges Kriterium für die Initiation eines Tumors noch für seine Progression darstellt. Ein anderer Pfad der Tumorinitiation ist die direkte Schädigung oder der Verlust von Tumorsuppressorgenen, von in Mismatch Repair involvierten Genen oder durch die Transformation von Proto-Onkogenen zu Onkogenen. In dieser Arbeit wurde die Expression von drei Genen, die in der Regulation des Zellzyklus Schlüsselrollen spielen (rb, p53, cdkn2a), sowie einer Komponente des MMR-Systems (MSH2) auf RNA-Ebene untersucht. Ihre Expressionsstärke wurde in folgenden Geweben miteinander verglichen: Maligne Melanome, benigne Läsionen, tumorfreie Kontrollgewebe und die Xiphophorus-Melanomzellinie (PSM). MSH2 und p53 wurden in allen untersuchten Geweben auf gleichem Niveau exprimiert. Die vergleichende Expressionsanalyse des vermeintlichen "melanoma susceptibility gene" cdkn2a im Melanom-Modell und der PSM-Zellinie bestätigte die bereits vorbeschriebene Überexpression des Zellzyklusinhibitors in malignen Melanomen von Xiphophorus-Hybriden. Die Untersuchung des Expressionsmusters von Rb in den oben genannten Geweben ergab eine verminderte Transkription dieses Gens in malignen Melanomen. Eine mögliche Interpretation dieses Ergebnisses wäre, einen Defekt in Rb oder pRB zu Grunde zu legen und die Hochregulation von cdkn2a entsprechend einer negativen Rückkopplungsschleife als physiologische Konsequenz anzusehen.
N2  - Microsatellite instability is a feature of many tumours and is indicative of a generalized genomic instability of cancer cells. Whether this phenomenon is essential for tumorigenesis and whether it is an early or late step is still a matter of debate. In the Xiphophorus melanoma model, the primary steps leading to tumour formation are known and include overexpression of a mutationally altered epidermal growth factor receptor and the resulting defects in signalling. We have analysed the late stages of melanoma progression for microsatellite instability. Although several types of microsatellite allele alteration in DNA from tumours relative to DNA from non-tumour tissue were found, the frequency was rather low (7.6%). Thus, although the tumours show a wide range of malignancy and agressiveness, genomic instability that becomes apparent as microsatellite instability does not appear to be an obligatory step for melanoma progression.
KW  - Mikrosatellit
KW  - Melanom
KW  - Fisch
KW  - genetischer Fingerabdruck
KW  - Zellzykluskontrolle
KW  - Microsatellite
KW  - genomic stability
KW  - fish
KW  - hereditary melanoma
KW  - cell cycle control
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-21736
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jenett, Arnim
T1  - The Virtual Insect Brain Protocol : development and application of software for the standardization of neuroanatomy
T1  - Das Virtual Insect Brain Protocol
N2  - Since the fruit fly Drosophila melanogaster entered the laboratories as a model organism, new genetic, physiological, molecular and behavioral techniques for the functional analysis of the brain rapidly accumulated. Nowadays this concerted assault obtains its main thrust form Gal4 expression patterns that can be visualized and provide the means for manipulating -in unrestrained animals- groups of neurons of the brain. To take advantage of these patterns one needs to know their anatomy. This thesis describes the Virtual Insect Brain (VIB) protocol, a software package for the quantitative assessment, comparison, and presentation of neuroanatomical data. It is based on the 3D-reconstruction and visualization software Amira (Mercury Inc.). Its main part is a standardization procedure which aligns individual 3D images (series of virtual sections obtained by confocal microscopy) to a common coordinate system and computes average intensities for each voxel (volume pixel). The VIB protocol facilitates direct comparison of gene expression patterns and describes their interindividual variability. It provides volumetry of brain regions and helps to characterize the phenotypes of brain structure mutants. Using the VIB protocol does not require any programming skills since all operations are carried out at a (near to) self-explanatory graphical user interface. Although the VIB protocol has been developed for the standardization of Drosophila neuroanatomy, the program structure can be used for the standardization of other 3D structures as well. Standardizing brains and gene expression patterns is a new approach to biological shape and its variability. Using the VIB protocol consequently may help to integrate knowledge on the correlation of form and function of the insect brain. The VIB protocol provides a first set of tools supporting this endeavor in Drosophila. The software is freely available at http://www.neurofly.de.
N2  - Seitdem die Taufliege Drosophila melanogaster als Modellorganismus Einzug in die Forschung erhalten hat, sammeln sich mehr und mehr genetische, physiologische und molekulare Techniken für die Funktionsanalyse des Gehirns an. Diese beruhen heutzutage meist auf Gal4 Expressionsmustern, die sichtbar gemacht werden können und eine gezielte Manipulierung von definierten Zellgruppen ermöglichen. Um Ergebnisse verschiedener Untersuchungen miteinander in Beziehung setzen zu können, muss man jedoch die typische Anatomie der zugrunde liegenden Expressionsmuster kennen. Diese Arbeit beschreibt das Virtual Insect Brain (VIB) Protokoll, eine Software für die Darstellung, die quantitative Einschätzung und den Vergleich von neuroanatomischen Daten, sowie einige exemplarische Anwendungen des VIB Protokolls. Die Software basiert auf der 3D-Rekonstruktions- und der Visualisierungs-Software Amira (Mercury Inc.). Sein Hauptbestandteil ist ein Normierungverfahren, das 3D-Bild-Stapel (Folgen virtueller Schnittbilder, erhalten durch konfokale Mikroskopie) auf ein gemeinsames Koordinatensystem abbildet und für jedes Voxel (dreidimensionaler Bildpunkt) die durchschnittliche Intensität berechnet. Das VIB Protokoll erleichtert dadurch den direkten Vergleich von Expressionsmustern und beschreibt ihre interindividuelle Variabilität. Es liefert volumetrische Messungen zu definierten Gehirnregionen und hilft, die durch Mutation entstehenden Veränderungen der Gehirnstruktur zu erkennen. Das Verwenden des VIB Protokolls erfordert keinerlei Programmierkenntnisse, da alle Vorgänge auf einer selbsterklärenden graphischen Benutzeroberfläche ausgeführt werden können. Obgleich das VIB Protokoll für die Normierung der Neuroanatomy von Taufliegen entwickelt worden ist, kann die Programmstruktur auch für die Normierung anderer 3D-Strukturen benutzt werden. Gehirne und Expressionsmuster zu standardisieren ist ein neuer Ansatz die Variabilität der Neuroanatomie zu hinterfragen. Bei konsequenter Verwendung kann das VIB Protokoll helfen Wissen über Form und Funktion des Insektengehirns zu miteinander zu vernetzen. Das VIB Protokoll liefert einen ersten Satz Werkzeuge, die diese Bemühung in der Taufliege ermöglichen. Die Software kann kostenfrei von http://www.neurofly.de herunter geladen werden.
KW  - Taufliege
KW  - Gehirn
KW  - Neuroanatomie
KW  - Software
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - Standardgehirn
KW  - Neuroanatomie
KW  - VIB
KW  - standardization
KW  - software
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-22297
ER  - 
TY  - THES
A1  - Link, Stefanie
T1  - Molekulare Charakterisierung des Filamentösen Hämagglutinins von Bordetella holmesii
T1  - Molecular characterization of the filamentous hemagglutinin of Bordetella holmesii
N2  - Zur Gattung Bordetella zählen derzeit neun verschiedene Arten Gram-negativer Bakterien. Der strikt humanpathogene Keim B. pertussis ist der Erreger des Keuchhustens und stellt das wohl wichtigste Mitglied der Gattung dar. B. holmesii gehört zu den sogenannten neuen Bordetella-Arten und wurde 1995 erstmals von Weyant et al. beschrieben. In den letzten Jahren gewann B. holmesii als humanpathogener Keim, der Keuchhusten-ähnliche Erkrankungen verursacht, zunehmend an Bedeutung. Mit Ausnahme des BvgAS-Systems (Gerlach et al., 2004) konnten in B. holmesii bislang keine für die „klassischen“ Bordetella-Arten bekannten Virulenzfakoren nachgewiesen werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein zum Filamentösen Hämagglutinin homologer Faktor in B. holmesii identifiziert. Der fhaB-Locus aus B. holmesii unterscheidet sich deutlich von dem der anderen Bordetella-Arten, da die fhaB-Sequenz in B. holmesii (fhaBBH) stromaufwärts von einem putativen Membranprotein und stromabwärts von einem IS1001-ähnlichen IS-Element flankiert wird. Sowohl auf DNA- als auch auf Proteinebene weist das fhaBBH-Gen die größte Ähnlichkeit zu dem fhaB-Homolog aus B. avium auf, was die Vermutung bestärkt, dass B. holmesii phylogenetisch im Umfeld von B. avium anzusiedeln ist. Durch in silico-Analysen der FhaBBH-Aminosäuresequenz konnte eine N-terminale Signalpeptiddomäne sowie eine TPS-Domäne identifiziert werden. Dies lässt vermuten, dass FHABH an die bakterielle Oberfläche transportiert und möglicherweise sekretiert wird. Anhand von in silico-Analysen wurde zudem ein KGD-Motiv, nicht jedoch eine Heparinsulfat- und eine Kohlenhydratbindedomäne im FhaBBH identifiziert. Das KGD-Motiv könnte das RGD-Motiv im FHA der „klassischen“ Bordetella-Arten bei der Erkennung von Rezeptoren ersetzen. In Zellkultur-Experimenten konnte die Adäsionsfähigkeit von B. holmesii G7702 an A549-Zellen nachgewiesen werden. Eine fhaB-Deletionsmutante des entsprechenden Stammes zeigte dagegen eine signifikant niedrigere Adhäsionsrate an die menschlichen Lungenepithelzellen. Somit konnte gezeigt werden, dass FHA in B. holmesii eine Rolle als Adhäsionsfaktor spielt. Die im Vergleich zum Wildtyp stark verringerte Adhäsionsrate der bvgA-Mutante von B. holmesii G7702 lässt zudem auf die Beteiligung weiterer Adhäsionsfaktoren an der Wirtszelladhäsion in B. holmesii und deren Regulation durch das BvgAS-Systems schließen. Die Regulationsstudien haben gezeigt, dass die fhaB-Transkription in B. holmesii über zwei konstitutiv aktive Promotoren und einen bvg-abhängigen Promotor erfolgt. In vitro ist phosphoryliertes BvgABH in der Lage, spezifisch an die fhaB-upstream-Region aus B. holmesii zu binden. Innerhalb der fhaBBH-upstream-Region wurden drei putative BvgA-Bindestellen BS2-4 identifiziert, die Ähnlichkeiten zu inverted repeat-Anordnungen der BvgA-Konsensussequenz 5’- T/A T T C C/T T A -3’ aufweisen. Basierend auf den Ergebnissen der in vitro-Binde- und in vivo-Expressionsstudien zur Charakterisierung der einzelnen putativen BvgABH-Bindestellen wird ein Modell für die BvgABH-Bindung innerhalb des fhaB-Promotors in B. holmesii vorgeschlagen. Demnach wird zunächst die primäre BvgABH-Bindestelle BS2 mit der höchsten Affinität von BvgABH-P gebunden, wobei für BvgABH-P eine Dimerisierung angenommen wird. Anschließend bindet ein zweites BvgABH-P-Dimer an die als sekundäre Bindestelle bezeichnete BS3-Region, die sich stromabwärts von BS2 befindet. Eine möglicherweise darauf folgende unspezifische Anlagerung von zwei weiteren BvgABH-P-Dimeren an den 37 bp großen DNA-Abschnitt zwischen BS2 und BS3 ist, ebenso wie die Besetzung der niedrigaffinen Bindestelle BS4 durch ein weiteres BvgABH-P-Dimer, hauptsächlich auf kooperative Protein-Protein-Wechselwirkungen zurückzuführen. Das an BS4 gebundene BvgABH-P-Dimer befindet sich am weitesten stromabwärts und könnte zusammen mit der RNA-Polymerase die Initiation der Transkription gewährleisten. Ergebnisse aus den in vitro-Bindestudien sowie die unterschiedliche Zusammensetzung und Anordnung der putativen BvgA-Bindestellen der fhaB-Promotoren aus B. holmesii und B. pertussis deuten auf eine unterschiedliche Regulation dieser beiden Promotoren hin. So scheint der fhaB-Promotor aus B. holmesii, im Vergleich zum fhaB-Promotor aus B. pertussis, erst bei höheren Konzentrationen an phosphoryliertem BvgA gebunden und somit aktiviert zu werden. In B. holmesii wird vermutlich die konstitutive FHA-Synthese nach BvgAS-Stimulation durch die bvg-abhängige fhaBBH-Expression unterstützt, um eine erfolgreiche Infektion des Wirtes zu gewährleisten.
N2  - The Bordetella genus which are Gram-negative bacteria include nine species. The most important member of this genus is Bordetella pertussis, a strictly human pathogen and the agent of whooping cough. B. holmesii belongs to the so-called new Bordetella species and has been described for the first time in 1995 by Weyant et al.. Over time it has emerged as an important pathogen, which can cause pertussis-like disease in humans. Except for the bvgAS locus no “classical” virulence factors have been detected in B. holmesii so far. Here it was possible to identify a fhaB-homologous gene in B. holmesii G7702 (fhaBBH). The fhaBBH upstream region was found to contain an open reading frame, orfMP, encoding an putative membrane protein, which is also present in B. bronchiseptica and B. parapertussis. An IS1001-like IS element is located downstream of fhaB in B. holmesii (Karin Schmitt, personal communication). Thus the fhaB locus of B. holmesii exhibits significant differences compared to that of the B. bronchiseptica cluster and the other “new” Bordetella species. Sequence alignments indicated, that fhaB of B. holmesii is most similar to the homologue of B. avium on DNA as well as on protein level. This suggests a phylogenetic position of B. holmesii near B. avium. FhaBBH contains an N-terminal signal peptide domain, which in general is necessary for the sec-depending transport of proteins through the cytoplasmic membrane. Furthermore, a so-called TPS domain could be identified inside the FhaB of B. holmesii, suggesting the transport of FHABH to the bacterial surface and possibly secretion. Sequence analysis of FhaBBH also revealed a KGD motif, but no heparin binding and no carbohydrate binding site could be identified. Possibly the KGD motif could replace the RGD motif of “classical” FHA in receptor recognition. Cell culture experiments demonstrated that B. holmesii G7702 is able to adhere to A549 cells and that filamentous haemagglutinin plays a role as adhesion factor in B. holmesii. Thus the strain B. holmesii G7702 fhaB-, in which fhaBBH is deleted, exhibited a significantly lower adhesion rate compared to the wildtype strain. Furthermore, for the strain B. holmesii G7702 bvgA::kan, which cannot produce BvgA, a significant lower adhesion rate compared to B. holmesii G7702 and B. holmesii G7702 fhaB- could be observed. This leads to the assumption that fhaB expression in B. holmesii depends on BvgASBH. The adhesion behaviour of B. holmesii G7702 bvgA::kan also shows that in addition to FHA other adhesion factors, which are presumably regulated by the BvgASBH system, seem to be involved in host cell adhesion of B. holmesii. The regulation studies indicated, that fhaB transcription in B. holmesii can occur from three different promotors, two of which are constitutive (P1 and P2) and one which is under the control of the BvgASBH system (P3). In vitro, the phosphorylated form of BvgABH is able to bind to the fhaB upstream region of B. holmesii specifically. Inside the fhaB upstream region of B. holmesii, three putative BvgABH binding sites could be identified. These regions, named BS2-4, exhibit similarities to “inverted repeat” structures of the BvgA consensus sequence 5’- T/A T T C C/T T A -3’. Based on the in vitro and in vivo results concerning the characterization of the putative BvgABH binding sites, a model for BvgABH binding inside the fhaBBH upstream region was developed. According to that, BvgABH-P binds as a dimer first to the primary binding site BS2 with a high affinity. After that a second BvgABH-P dimer binds to BS3 inside the secondary binding region, which is located downstream of BS2. A possibly subsequent unspecific binding of two additional BvgABH-P dimers to the region between BS2 and BS3 and the occupation of BS4 results exclusively from cooperative protein-protein interactions. The BvgABH-P dimer, which binds to BS4, is located downstream and presumably interacts with the RNA polymerase in order to initiate fhaBBH transcription. Results from in vitro binding studies as well as the divergent structure and localisation of BvgA binding sites inside the fhaB promotors of B. holmesii and B. pertussis suggest a differential regulation of these two promotors. For activation of fhaB promotor of B. holmesii, higher concentrations of phosphorylated response regulator seem to be necessary compared to that for fhaB promotor activation in B. pertussis. Presumably in B. holmesii the constitutive fhaBBH expression is supported by the bvg-dependent fhaBBH expression as a result of a BvgASBH stimulating signal in order to guarantee successful infection of the host.
KW  - Bordetella
KW  - Adhäsine
KW  - Molekularbiologie
KW  - Bordetella holmesii
KW  - Filamentöses Hämagglutinin
KW  - BvgAS-System
KW  - Bordetella holmesii
KW  - filamentous hemagglutinin
KW  - bvgAS system
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-23049
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wittmann, Stefanie
T1  - LOH- und Expressionsanalysen zur Identifikation neuer prognostischer Marker in Wilms Tumoren
T1  - LOH and expression analyses for the identification of new prognostic markers in Wilms tumors
N2  - Der Wilms Tumor (WT), auch Nephroblastom genannt, zählt zu den im Kindesalter am häufigsten auftretenden malignen Tumoren und entsteht meist unilateral (90 – 95 %) und sporadisch (98 – 99 %). Leider sind bis heute die molekularen Ursachen, die zur Entwicklung dieser Tumoren führen nur unzureichend aufgeklärt. So werden bisher nur drei Gene mit dem Auftreten von WT in Verbindung gebracht: WT1, CTNNB1 und WTx. Während WT1 und CTNNB1 jeweils Mutationsraten von etwa 10 – 15 % aufweisen, die zudem häufig gemeinsam vorliegen, werden für WTx Mutationsraten von etwa 30 % beobachtet. Die genetischen Alterationen der anderen Tumoren sind noch immer komplett unbekannt. Ziel dieser Arbeit war aus diesem Grund die Identifikation von relevanten Regionen und Genen, die an der Entstehung bzw. dem klinischen Fortschreiten von Wilms Tumoren beteiligt sind. Zusätzlich sollten weitere Untersuchungen zur Einschätzung ihres prognostischen Potenzials dienen. In einem ersten Ansatz wurden die Chromosomenbereiche 11q und 16q in einer großen Anzahl von Wilms Tumoren auf LOH (=loss of heterozygosity), d.h. den (partiellen) Verlust von genetischem Material, untersucht. In beiden Fällen wurden erhöhte LOH-Raten von etwa 20 % beobachtet, jedoch war keine Eingrenzung der relevanten Regionen möglich, da Allelverluste nicht stets ab einem bestimmten Marker beobachtet wurden. Ein Vergleich mit der Histologie ergab signifikante Assoziationen der Allelverluste mit anaplastischen und Mischtyp-Tumoren (nur für LOH 11q), wohingegen kaum LOHs in epithelialen und stromareichen Tumoren festgestellt wurden. Somit scheinen auf 11q und 16q Gene vorzuliegen, die einerseits die Differenzierung in Epithel und Stroma begünstigen oder andererseits ein blastemreiches und anaplastisches Erscheinungsbild verhindern. Jedoch könnte auch die Assoziation von bestimmten Subtypen mit LOH 11q und 16q auf eine Entstehung aus unterschiedlichen Zellen hindeuten. Weiterhin war das Auftreten von LOH, v.a. wenn jeweils der komplette Chromosomenarm betroffen war, mit einem erhöhten Rezidiv- und Sterberisiko (nur LOH 11q) verbunden. Somit konnte gezeigt werden, dass LOH-Untersuchungen auf 11q und 16q zur Identifikation von Hochrisikopatienten für die Entwicklung von Rezidiven bzw. erhöhter Mortalität eingesetzt werden können, wodurch eine individuelle Anpassung der Therapiemaßnahmen ermöglicht wird. In einem zweiten Ansatz wurden eine Reihe von bereits publizierten potenziellen Markergenen in einer großen Anzahl von Wilms Tumoren mit Hilfe der Realtime RT-PCR auf ihre Relevanz überprüft. Allen diesen Genen wurde zuvor eine Funktion bei der histologischen Klassifikation der Tumoren bzw. bei der Vorhersage bestimmter klinischer Verläufe zugeschrieben. Die univariate Analyse diente der Beurteilung der Relevanz einzelner Gene, wohingegen die multivariate Analyse zur Bestimmung von prognostischen Genkombinationen eingesetzt wurde. Anschließend erfolgte die Validierung mittels eines zweiten und unabhängigen Tumorsatzes. Auch wenn viele der bereits publizierten Marker und in der ersten Analyse erhaltenen Assoziationen in einem weiteren und unabhängigen Tumorsatz nicht verifizierbar waren, konnten dennoch einige frühere Ergebnisse repliziert und die Relevanz der entsprechenden Gene nachgewiesen werden. Neben der Verbindung der Repression von HEY2 und TRIM22 mit Hochrisikotumoren bzw. einer höheren Sterbewahrscheinlichkeit fanden sich schwach signifikante Assoziationen auch für die verminderte Expression von TRIM22 und VEGF mit der Histologie. Ebenso waren erhöhte Level von TERT und die Repression von TRIM22 mit der Entwicklung eines Rezidivs verbunden. Vor allem aber die Korrelation der Repression von HEY2 und VEGF sowie einer Überexpression von CA9 mit Rezidiven, Tumoren hoher Malignität oder primären Metastasen verweisen auf die Notwendigkeit, besonders die Hypoxie- und Angiogenese-Signalkaskaden in Wilms Tumoren zu untersuchen, um deren Einfluss v.a. auf das Fortschreiten und die Ausbreitung der Tumoren zu evaluieren. Auch wenn die multivariate Analyse nicht zu relevanten Genkombinationen führte, konnte hier dennoch eine schwache Assoziation der verminderten Expression von TOP2A und TRIM22 mit primären Metastasen oder einer erhöhten Mortalität, sowie der Überexpression von TERT mit der Rezidivbildung bestätigt werden. Interessanterweise stellte sich die Histologie, die derzeit das Hauptkriterium für die Risikoklassifikation darstellt, weder als geeigneter prognostischer Marker für die Beurteilung des Rezidiv- noch des Sterberisikos heraus. Somit sollten Realtime RT-PCR Analysen in Zukunft als weiterer Faktor zur Beurteilung des Rezidiv- und Sterberisikos eingesetzt werden, um eine individuelle Anpassung der Therapie zu ermöglichen. Basierend auf den Ergebnissen der Realtime RT-PCR Analyse wurde der Einfluss der Expression ausgewählter Gene auf Primärkulturen, die aus nativem Wilms Tumormaterial gewonnen wurden, untersucht. Nach der Überexpression von HEY2, EGR1, MYCN und TRIM22 wurden bei allen Zellen hohe Sterberaten beobachtet, v.a. bei HEY2 und EGR1. Leider konnte weder für HEY2 noch für EGR1 der Grund hierfür aufgeklärt werden, allerdings war bei EGR1 weder die Apoptose noch die Seneszenz beteiligt. Im Gegensatz hierzu wurde die Apoptose als entscheidender Mechanismus bei MYCN und v.a. TRIM22 ermittelt. Außerdem scheint bei MYCN ein großer Anteil an Zellen in die Seneszenz einzutreten. Auch wenn diese ersten Untersuchungen an Primärkulturen von Wilms Tumoren eindeutig die Relevanz dieser Gene für die Entwicklung bzw. das Fortschreiten der Tumoren bestätigten, so sind trotz alledem weitere Experimente v.a. in einer größeren Anzahl genetisch unterschiedlicher Primärkulturen nötig, um das endgültige Potenzial dieser Gene aufzuklären.
N2  - Wilms tumor (WT), also called Nephroblastoma, belongs to the most common malignant tumors occurring in childhood. Most of these Wilms tumors develop unilaterally (90 – 95 %) and sporadically (98 – 99 %). Unfortunately, only little is known about the molecular background underlying their development with only three genes known so far: WT1, CTNNB1 and WTx. Mutations in WT1 and CTNNB1 occur only in a minor fraction of Wilms tumors of about 10 - 15 % and are often associated with each other, while mutations in WTx can be found in about 30 % of tumors. The genetic alterations of the other tumors are completely unknown. Hence, the aim of this thesis was to identify important regions and genes that are involved in Wilms tumor formation and/or progression and to further characterize their potential as markers for the prediction of certain clinical outcomes. First, chromosome arms 11q and 16q were screened for LOH (= loss of heterozygosity), which means the (partial) loss of the genome in a cell, in a large cohort of Wilms tumors. In both regions LOH rates of about 20 % were detected, but since allele losses did not always start at the same marker in the different tumors it was not possible to delimit any relevant subregions. Since there were significantly higher rates of allele loss in anaplastic and mixed-type (only 11q) tumors and almost no allele loss in epithelial and stromal tumors, 11q and 16q must contain genes that either facilitate the epithelial and stromal differentiation of cells or hamper the appearance of blastemal and anaplastic phenotypes. Otherwise, the obvious possibility to discriminate these histological subtypes by allele loss on 11q and 16q might be explained by a development from different precursor cells. Higher rates of LOH could also be linked to higher risks for relapse and death (11q only), especially when the whole chromosome arms were involved. Therefore, investigation of LOH on 11q and 16q may help to adjust the therapeutic regimens by identifying high-risk patients for relapse and death. A second approach was to reinvestigate the expression of a number of published marker genes in a larger set of Wilms tumors with a uniform method, the realtime RT-PCR. All of the genes were suggested to facilitate classification and/or prediction of certain clinical outcomes. Univariate analysis was performed to screen for relevant genes, followed by multivariate analysis to search for predictive gene combinations. Finally, validation of associations found in the first cohort was performed in a second and independent tumor set. Unfortunately, many of the previously published markers as well as associations of the first tumor set could not be verified in a new and independent tumor set. Nevertheless, it was possible to replicate the results of a number of genes and evidence their prognostic relevance. These included the repression of HEY2 and TRIM22 for high-risk tumors or mortality. Weaker correlations were verified for the repression of TRIM22 and VEGF with the histological risk and for overexpression of TERT and repression of TRIM22 with later relapse. Since the weaker expression of HEY2 and VEGF as well as the overexpression of CA9 was significantly linked to relapse, high malignant tumors or metastasis the hypoxia / angiogenesis pathways should be investigated in Wilms tumors especially with regard to the progression and spreading of tumors. Finally, multivariate analysis substantiated a weak association of repression of TOP2A and TRIM22 with metastasis or death and of overexpression of TERT with subsequent relapse. Most interestingly, histology, the current gold standard used for prediction of risks for relapse and death, could not be verified as potent prognostic factor for neither of them. Hence, realtime RT-PCR analyses can aid in stratification of tumors and prediction of relapse and death risks to intensify therapy for high-risk patients on one hand and to reduce therapy and side-effects in low-risk patients on the other hand. Based on the results of the realtime RT-PCR analyses the expression of several genes was ascertained in primary cell cultures cultivated from native Wilms tumor material. Overexpression of MYCN, TRIM22 and especially HEY2 and EGR1 by viral transduction resulted in high rates of cell death. Unfortunately, the underlying mechanism of death could be determined neither for HEY2 nor for EGR1, though for EGR1 the involvement of apoptosis and senescence could be excluded. In contrast, death in MYCN and especially in TRIM22 overexpressing cells could be attributed to high rates of apoptosis. Furthermore, a large fraction of MYCN cells seem to enter cell senescence and stop to proliferate. These results clearly corroborate the proposed relevance of the investigated genes in the development and/or progression of Wilms tumors. Nevertheless, further experiments in different primary cell cultures of Wilms tumors are necessary to clarify the real potential of these genes.
KW  - Nephroblastom
KW  - Real time quantitative PCR
KW  - LOH 11q
KW  - LOH 16q
KW  - lentivirale Transduktion
KW  - nephroblastoma
KW  - LOH 11q
KW  - LOH 16q
KW  - quantitative RT-PCR
KW  - lentiviral transduction
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-24891
ER  - 
TY  - THES
A1  - Robubi, Armin
T1  - RAF Kinases: Pathway, Modulation and Modeling
T1  - RAF Kinase: Signalweg, Modulation und Modellierung
N2  - The Ras/RAF/MEK/ERK cascade is a central cellular signal transduction pathway involved in cell proliferation, differentiation, and survival where RAF kinases are pivotal kinases implicated in cancer. The development of specific irreversible kinase inhibitors is a rewarding but difficult aim. CI-1033 was developed to irreversibly inhibit erbB receptor tyrosine kinases by reacting to the Cys113 residue (p38alpha MAP kinase numbering) of the kinase domain. In this study we tried a similar approach to target the RAF oncoproteins which posses a similar cysteine at position 108 in the hinge region between the small n-lobe and the large c-lobe of the kinase domain. A novel synthetic approach including a lyophilization step allowed us the synthesis of a diphenyl urea compound with an epoxide moiety (compound 1). Compound 1 possessed inhibitory activity in vitro. However our time kinetics experiments and mass spectroscopic studies clearly indicate that compound 1 does not react covalently with the cysteine residue in the hinge region. Moreover, in cell culture experiments, a strong activation of the RAF signaling pathway was observed, an effect which is known from several other RAF kinase inhibitors and is here reported for the first time for a diphenyl urea compound, to which the clinically used unspecific kinase inhibitor BAY 43-9006 (Sorafinib, Nexavar) belongs. Although activation was apparently independent on B- and C-RAF hetero-oligomerization in vitro, in vivo experiments support such a mechanism as the activation did not occur in starved knockout cells lacking either B-RAF or C-RAF. Furthermore, we developed a mathematical model of the Ras/RAF/MEK/ERK cascade demonstrating how stimuli induce different signal patterns and thereby different cellular responses, depending on cell type and the ratio between B-RAF and C-RAF. Based on biochemical data for activation and dephosphorylation, we set up differential equations for a dynamical model of the Ras/RAF/MEK/ERK cascade. We find a different signaling pattern and response result for B-RAF (strong activation, sustained signal) and C-RAF (steep activation, transient signal). We further support the significance of such differential modulatory signaling by showing different RAF isoform expression in various cell lines and experimental testing of the predicted kinase activities in B-RAF, C-RAF as well as mutated versions. Additionally the effect of the tumor suppressor DiRas3 (also known as Noey2 or ARHI) on RAF signaling was studied. I could show that DiRas3 down-regulates the mitogenic pathway by inhibition of MEK, a basis for a refined model of the Ras/RAF/MEK/ERK cascade.
N2  - Die Ras/RAF/MEK/ERK Kaskade ist ein zentraler zellulärer Signalweg, der bei der Regulierung der Proliferation, Differenzierung und Überleben der Zelle eine entscheide Rolle spielt. Dabei kommt den RAF Kinasen eine Schlüsselrolle bei der Tumorgenese zu. Die Entwicklung von spezifischen irreversiblen Kinasehemmern stellt einen attraktiven, jedoch schwierigen Ansatz zur Tumorsupression dar. CI-1033 wurde erfolgreich mit dem Ziel entwickelt, ErbB-Rezeptor-Tyrosinkinasen irreversibel zu inhibieren, indem es kovalent mit dem Cys113 (p38alpha MAP Kinase Nummerierung) in der Kinase-Domäne reagiert. In dieser Arbeit wird ein vergleichbarer Ansatz gegen die RAF-Onkoproteine verfolgt, die einen analogen Cystein-Rest in der Position 108 aufweisen. Dieser ist in der Hinge-Region zwischen dem kleinen n-lobe und dem großen c-lobe der Kinase-Domäne lokalisiert. Ein neuer synthetischer Ansatz, der einen Lyophilisierungsschritt mit einschloss, erlaubte hierfür die Synthese einer Diphenylharnstoff-Verbindung mit einer Epoxidgruppe (Verbindung 1). Verbindung 1 zeigt in vitro tatsächlich eine inhibitorische Aktivität gegen RAF-Kinasen. Jedoch zeigen unsere zeitkinetischen Experimente, sowie unsere massenspektrometrischen Analysen, dass Verbindung 1 keine kovalente Bindung mit dem Cystein-Rest in der Hinge-Region bildet. Außerdem stellten wir in Zellkulturexperimenten eine starke Aktivierung des RAF-induzierten Signalweges fest; ein Effekt, der bereits für andere RAF-Kinase-Inhibitoren beschrieben wurde, jedoch hier erstmalig auch für eine Diphenylharnstoff-Verbindung, zu der auch BAY 43-9006 (Sarafinib, Nexavar) gehört. BAY 43-9006 ist ein unspezifischer, für die Behandlung von Krebs zugelassener, Kinase Inhibitor. Obwohl die Aktivierung in vitro scheinbar unabhängig von einer Heterooligomerisierung von B-RAF und C-RAF war, unterstützen in vivo Experimente einen solchen Mechanismus, da in gehungerten knockout Zellen, in denen B-RAF oder C-RAF fehlte, keine Aktivierung beobachtet werden konnte. Des Weiteren zeigten wir in einem mathematischen Modell, wie abhängig vom B-RAF/C-RAF-Verhältnis verschiedene Zellantworten durch unterschiedliche Stimuli induzierbar werden. Basierend auf biochemischen Daten über Aktivierung und Dephosphorylierung sowie auf den Differentialgleichungen unseres Rechenmodells fanden wir eine unterschiedliche Signalkinetik für B-RAF (starke Aktivierung, anhaltendes Signal) und C-RAF (schwache Aktivierung, transientes Signal). Die Bedeutung dieser differenzierten Signalmodifikation wurde auch durch unterschiedliche Expression der RAF Isoformen in verschiedenen Zelllinien und durch die experimentelle Messung der Kinaseaktivität von B- und C-RAF sowie mutierte Formen überprüft. Zusätzlich wurde der Effekt des Tumorsupressorproteins DiRas3 (auch bekannt als Noey2 oder ARHI) auf den RAF-Signalweg untersucht. Wir konnten zeigen, dass DiRas3 den mitogenen Signalweges durch Inhibierung der mitogen-aktivierten Proteinkinase Kinase (MEK) negativ reguliert, eine Basis für ein verfeinertes Modell der Ras/RAF/MEK/ERK Kaskade.
KW  - Systembiologie
KW  - RAf
KW  - BAY 43-9006
KW  - Sorafinib
KW  - Nexavar
KW  - DiRas3
KW  - Noey2
KW  - ARHI
KW  - Diphenylharnstoff
KW  - Krebs
KW  - Melanom
KW  - Kinase Inhibitor
KW  - RAF
KW  - BAY 43-9006
KW  - Sorafinib
KW  - Nexavar
KW  - DiRas3
KW  - Noey2
KW  - ARHI
KW  - diphenyl urea
KW  - cancer
KW  - melanoma
KW  - kinase inhibitor
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-26953
ER  - 
TY  - THES
A1  - Höfling, Christine
T1  - Gentherapie bei Fanconi Anämie
T1  - gene therapy in fanconi anemia
N2  - Unter Fanconi Anämie versteht man eine rezessiv vererbbare Multisystem-Erkrankung, die einhergeht mit erhöhter spontaner Chromosomenbrüchigkeit, sowie erhöhter Anfälligkeit für toxische Substanzen, wie Mitomycin C (MMC) oder Diepoxybutan (DEB).Gentherapeutische Versuche scheitern bei FA letztlich daran, dass bei fortgeschrittener aplastischer Anämie (= Knochenmarkversagen) die Gewinnung der zur erfolgreichen Transduktion erforderlichen Mengen an CD34 positiven Stamm-Blutzellen schwierig bis unmöglich ist. Die Fortschritte bei den Fremdspender-Transplantationen lassen erwarten, dass zukünftig nahezu alle FA-Patienten mit dieser Therapieform mit guten Erfolgsaussichten behandelt werden können. Insofern ist auch zu erwarten, dass die Option einer somatischen Gentherapie - trotz vielversprechenden Ergebnissen - zukünftig wieder an Bedeutung verlieren wird.
N2  - Fanconi anemia (FA) is an inherited autosomal recessive disease, which is accompanied by increased spontaneous chromosomal breackage, and increased susceptibility to DNA-crosslinking agents such as mitomycin C (MMC) or diepoxybutane (DEB).There are various treatment options to improve life expectancy and quality of life of Fanconi anemia patients. Therapeutic options include administration of androgens or growth factors, hematopoietic stem cell transplantation (HSCT), but also somatic gene therapy. Gene therapy experiments at FA fail in advanced aplastic anemia (bone marrow failure) because getting the necessary quantities of CD34 positive blood stem cells for successful transduction is difficult, if not impossible. With further improvements, HSCT will become the treatment of choice, even though this does not eliminate the life-long thread of solid tumors in FA-patients.
KW  - Gentherapie
KW  - Fanconi-Anämie
KW  - Deutschland / Stammzellgesetz
KW  - Stammzelltransplantation
KW  - gene therapy
KW  - fanconi anemia
KW  - stem cell transplantation
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-26363
ER  - 
TY  - THES
A1  - Aichinger, Eric
T1  - Risikoberechnung bei der Muskeldystrophie Duchenne und der Muskeldystrophie Becker
T1  - Risk estimation in families with Duchenne muscular dystrophy or Becker muscular dystrophy
N2  - Risikoberechnung in Familien mit Muskeldystrophie Duchenne oder Muskeldystrophie Becker. Unter Berücksichtigung eines Keimzellmosaiks, heterogener Neumutationsraten und der Möglichkeit homozygot betroffener Frauen.
N2  - Risk estimation in families with Duchenne muscular dystrophy or Becker muscular dystrophy. Regarding germline mosaicism, specific mutation rates and homozygote affected women.
KW  - Risikoberechnung
KW  - Duchenne
KW  - Becker
KW  - Keimzellmosaik
KW  - Mutationsrate
KW  - Risk estimation
KW  - Duchenne
KW  - Becker
KW  - germline mosaicism
KW  - mutation rate
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27000
ER  - 
TY  - THES
A1  - Seitz, Sabine
T1  - Identifikation und Charakterisierung von autoreaktiven humanen T-Zell-Rezeptor Molekülen
T1  - Identification and characterisation of autoreactive human T cell receptor molecules
N2  - Die Multiple Sklerose und die entzündlichen Muskelerkrankungen Polymyositis und Einschlusskörperchenmyositis sind Autoimmunerkrankungen, in denen T-Lymphozyten in das Gehirn bzw. den Muskel eindringen und dort körpereigenes Gewebe zerstören. Die Pathogenese dieser Krankheiten ist bis jetzt noch nicht bekannt. Ziel dieser Arbeit war es, die ins Zielgewebe eingedrungenen autoaggressiven T-Lymphozyten aus gefrorenem Biopsiegewebe zu isolieren, ihren ab-T-Zell-Rezeptor zu analysieren und diesen rekombinant zu exprimieren. Folgeversuche mit den TZR-Transfektanten sollten erste Hinweise auf ein mögliches Antigen liefern. Um autoaggressive T-Zellen von irrelevanten zu unterscheiden, konzentrierten wir uns auf Zellen, die zum einen im Zielgewebe klonal expandiert vorlagen, zum anderen einen direkten morphologischen Kontakt mit der Zielzelle aufwiesen. Wir untersuchten das T-Zell-Repertoire verschiedener Patienten auf klonal expandierte Populationen durch CDR3-Spektratyping und isolierten positiv gefärbte Kandidatenzellen durch Lasermikrodissektion aus dem Gewebe. Anschließend wurden die T-Zell-Rezeptoren mit einer speziellen, im Rahmen der Arbeit entwickelten Einzelzell-Muliplex-RT-PCR analysiert. Bisher war es nicht möglich, die a- und b-Kette desselben T-Zell-Rezeptors aus Biopsiematerial zu identifizieren. Dies lag an der geringen Anzahl verfügbarer anti-a-Ketten-Antikörper sowie an der wesentlich höheren Variabilität der a-Ketten-Gene. Aus dem Biopsiegewebe eines Patienten isolierten wir 23 ab-TZR-Pärchen, welche alle die identische expandierte TZR-b-Kette zeigten. 20 der 23 Zellen wiesen eine identische a-Kette auf. Die Dominanz des TZR ist ein Hinweis auf die pathogene Relevanz dieses T-Zell-Klons. Die anderen drei Zellen zeigten drei unterschiedliche funktionelle a-Ketten. Aus der Biopsie eines zweiten Patienten isolierten wir zwei weitere ab-TZR-Pärchen. Die vier Rezeptoren des ersten Patienten wurden in einer T-Zell Hybridom Zellinie exprimiert. Vorläufige Versuche, ein mögliches Antigen zu detektieren, zeigten, dass es sich wahrscheinlich weder um ein muskelspezifisches Antigen noch um ein ubiquitär exprimiertes Selbst-Antigen handelt. Die hier beschriebene Methode der Isolierung und Analyse von autoaggressiven T-Lymphozyten kann man nicht nur zur Untersuchung des TZR-ab-Repertoires von Myositis- oder MS-Patienten einsetzen. Sie ist ebenfalls geeignet, andere Autoimmunerkrankungen sowie Tumor- oder Infektionserkrankungen zu untersuchen.
N2  - Multiple sclerosis and the inflammatory muscle diseases polymyositis and inclusion body myositis are autoimmune diseases. T cells invade and destroy brain tissue or muscle fibers, respectively. The pathogenesis of these diseases is still unknown. The aim of this thesis was to isolate tissue invading autoaggressive T-lymphocytes from frozen biopsy specimens, to analyse their T cell receptor a-and b-chains and to express the receptors in a recombinant expression system. This may provide a tool to search for possible antigens. To distinguish pathogenic from irrelevant bystander cells we used two criteria: the clonal expansion in the target tissue triggered by antigen induced proliferation and the direct morphological contact with a target cell. We analysed the T cell repertoire of different patients by CDR3-spectratyping to find clonal expanded populations and isolated immunohistochemically stained candidate cells by laser microdissection. Then we identified coexpressed pairs of a- and b-chains by a newly developed multiplex PCR protocol. The detection of matching a- and b-chains in histological sections has not been achieved until now. The a-chain analysis has been a great problem because of the paucity of available a-chain antibodies and the great variability of the a-chain genes. From the tissue of one patient we isolated 23 ab-T cell receptor pairs which expressed the same expanded T cell receptor b-chain. 20 of these 23 a-chains were identical, suggesting a pathogenic relevance of this T cell clone. The a-chains of the three other T cells were different. We characterized two further clones from another patient. The receptors from the first patient were expressed in a T hybridoma cell line. Initial studies to identify possible antigens revealed that the T cell receptors did not recognize a muscle specific antigen nor a widely expressed self-antigen. This method for the analysis and reconstruction of tissue-infiltrating ab-T cells can be applied to many other autoimmune diseases as well as tumors or infectious diseases.
KW  - Autoaggressionskrankheit
KW  - T-Lymphozyten-Rezeptor
KW  - Autoimmunerkrankungen
KW  - T-Zell-Rezeptor
KW  - Laser-Mikrodissektion
KW  - Einzelzell-PCR
KW  - Antigensuche
KW  - autoimmune diseases
KW  - T cell receptor
KW  - laser microdissection
KW  - single cell PCR
KW  - antigensearch
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-22511
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TY  - THES
A1  - Osterloh, Lisa
T1  - Identifizierung und Charakterisierung LIN-9 regulierter Gene im humanen System - Die Rolle von LIN-9 in der Regulation des Zellzyklus
T1  - Identification and characterization of LIN-9 regulated genes in the human system - The role of LIN-9 in the regulation of the cell cycle
N2  - Das humane LIN-9 wurde zuerst als pRB-interagierendes Protein beschrieben und spielt eine Rolle als Tumorsuppressor im Kontext des pRB-Signalweges. Über die molekulare Funktion von LIN-9 ist jedoch wenig bekannt. Die Homologe von LIN-9 in D. melanogaster und in C. elegans, sind an der transkriptionellen Regulation verschiedener Genen beteiligt. Dies und die Tatsache, dass LIN-9 mit pRB in der Aktivierung differenzierungspezifischer Gene kooperiert, ließ vermuten, dass humanes LIN-9 einen bedeutenden Einfluss auf die transkriptionelle Regulation von Genen haben könnte. Primäres Ziel dieser Arbeit war daher die Identifizierung LIN-9 regulierter Gene. Dazu sollte mit Hilfe von cDNA-Microarray Analysen, das Genexpressionsprofil LIN-9 depletierter primärer humaner Fibroblasten (BJ ET Zellen) im Vergleich zu Kontrollzellen untersucht werden. Hierfür wurde zunächst ein RNAi-basierendes System etabliert, um die posttranskriptionelle Expression von LIN-9 in BJ-ET Zellen effizient zu reprimieren. Auf dem Ergebnis der cDNA-Microarray Analysen aufbauende Untersuchungen sollten Aufschluss über die molekularbiologische Funktion von LIN-9 geben. In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass der Verlust von LIN-9 zu einer verminderten Expression einer Gruppe G2/M-spezifischer Gene führt, deren Produkte für den Eintritt in die Mitose benötigt werden. Bekannt war, dass ein Teil dieser Gene durch den Transkriptionsfaktor B-MYB koreguliert wird. Zudem konnten Untersuchungen in unserem Labor eine Interaktion von LIN-9 und B-MYB auf Proteinebene, sowie die Bindung beider Proteine an die Promotoren der LIN-9 regulierten G2/M-Gene nachweisen. Dies lässt vermuten, dass LIN-9 und B-MYB gemeinsam die Expression der G2/M-Gene kontrollieren. Die verminderte Expression von G2/M-Genen in LIN-9 bzw. B-MYB depletierten Zellen geht mit einer Reihe phänotypischer Veränderungen einher, wie einer deutlich verlangsamten Proliferation und einer Akkumulation der Zellen in der G2/M-Phase. Mit Hilfe eines Durchflusszytometers erstellte Zellzykluskinetiken ergaben, dass die Progression LIN-9 bzw. B-MYB depletierter Fibroblasten von der S-Phase durch die G2/M-Phase und in die nächste G1-Phase deutlich verzögert ist. Es konnte weder ein Arrest dieser Zellen in der Mitose noch eine veränderte Länge der S-Phase nach LIN-9 oder B-MYB Depletion festgestellt werden. Daher ist die verlangsamte Zellzyklusprogression nach LIN-9 bzw. B-MYB Verlust höchstwahrscheinlich auf einen Defekt in der späten G2-Phase zurückzuführen, welcher in einem verzögerten Eintritt in die Mitose resultiert. In D. melanogaster und in C. elegans sind die Homologe von LIN-9 und B-MYB zusammen, als Bestandteile hoch konservierter RB/E2F-Komplexe, an der Regulation von Genen entscheidend beteiligt. Daher liegt es nahe, dass im humanen System LIN-9 und B MYB ebenfalls Bestandteile eines ähnlichen Komplexes sind und dadurch die Aktivierung der LIN 9 abhängigen G2/M-Gene vermitteln. Die Tatsache, dass LIN-9 sowohl als Tumorsuppressor, als auch als positiver Regulator des Zellzyklus fungiert, lässt vermuten, dass LIN-9 zu einer stetig größer werdenden Gruppe von Proteinen gehört, welche in Abhängigkeit vom zellulären und genetischen Kontext sowohl tumorsuppressive als auch onkogene Funktionen besitzen.
N2  - The human LIN-9 Protein was first identified as a novel pRB-interacting Protein which acts as a tumorsuppressor in context of the pRB-pathway. But the molecular function of LIN-9 is poorly unterstood. The homologs of LIN-9 in D. melanogaster and C. elegans are required for the transcriptional regulation of different genes. This and the fact, that LIN 9 cooperates with pRB in the activation of differentiation specific genes let to the hypothesis, that human LIN-9 could play an important role in the transcriptional regulation of genes. Thus, the primary goal of this thesis was to identify genes which are regulated by LIN-9. For that purpose, the genexpression profiles of LIN-9 depelted primary human fibroblasts (BJ ET cells) in comparison to control cells should be analyzed by a cDNA-microarray approach. Therefor an RNAi-based system was established, that efficiently represses the posttranscriptional expression of LIN-9 in BJ-ET cells. Based on the outcome of the cDNA microarray analysis, further studies should provide more informations about the molecular function of LIN-9. It was possible to show, that the loss of LIN-9 leads to a reduced expression of a cluster of G2/M-specific genes, whose products are required for timely entry into mitosis. It was known, that some of these genes are coregulated by the transcriptionfactor B-MYB. Moreover, studies in our lab account for the interaction of LIN-9 and B-MYB on protein level and the binding of both proteins to the promotors of LIN-9 regulated G2/M-genes. The reduced expression of these genes is accompanied by phenotypically changes, such as strongly impaired proliferation and an accumulation of these cells in the G2/M-Phase. Cell cycle kinetics generated by flowcytometry revealed that the progression of LIN-9 or B MYB depleted cells from S-phase to G2/M-phase and into the next G1-Phase is significantly delayed. Depletion of LIN-9 or B-MYB results neither in an arrest in mitosis nor in a significantly changed S-phase length of these cells. This indicates that the slowed progression is most likely due to a defect in the late G2-phase, which results in a delayed entry into mitosis. The homologs of LIN-9 and B-MYB in D. melanogaster and C. elegans act together as subunits of highly conserved RB/E2F-complexes in the regulation of genes. This let to the suggestion, that LIN-9 and B-MYB are also components of a similar complex in humans and thereby mediate the activation of LIN-9 regulated G2/M-genes. Because LIN-9 acts as a tumorsuppressor in the pRB-pathway as well as an positive regulator of the cell cycle, it seems that LIN-9 belongs to an increasing group of proteins, which function as context dependent tumorsuppressors and oncogenes.
KW  - Zellzyklus
KW  - Mitose
KW  - Genregulation
KW  - Microarray
KW  - G2/M-Übergang
KW  - LIN-9
KW  - B-MYB
KW  - E2F
KW  - Transkription
KW  - G2/M-transition
KW  - LIN-9
KW  - B-MYB
KW  - E2F
KW  - transcription
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-24360
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TY  - THES
A1  - Brocher, Jan
T1  - Einfluss von HMGA1-Proteinen auf die Myogenese und Heterochromatinorganisation während der Differenzierung
T1  - Influence of HMGA1 proteins on myogenesis and heterochromatin organization during differentiation
N2  - HMG-Proteine sind nach den Histonen die zweithäufigste Superfamilie nukleärer Proteine. Sie binden an DNA und Nukleosomen und induzieren strukturelle Veränderungen im Chromatin. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Dynamik des Chromatins und beeinflussen dadurch DNA-abhängige Prozesse, wie Transkription und Replikation. Proteine der HMGA-Familie sind charakterisiert durch konservierte DNA-Bindungsmotive, den AT-Hooks, welche eine Bindung an AT-reiche DNA-Sequenzen vermitteln und durch einen sauren C-Terminus. HMGA-Proteine sind verstärkt im Heterochromatin konzentriert und stehen in Verbindung mit der Expressionsregulation spezifischer Gene aufgrund der Stabilisierung von Nukleoproteinkomplexen, so genannten Enhanceosomen. HMGA-Proteine spielen des Weiteren eine entscheidende Rolle in verschiedenen Entwicklungsprozessen und bei der Tumorprogression . Um den Einfluss von HMGA1 auf die zelluläre Differenzierung und die Chromatinmodulation zu untersuchen, wurden C2C12 Maus-Myoblastenzellen verwendet. Die Induktion der Myogenese in diesen Zellen geht mit der Herunterregulierung von HMGA1 einher. Durch die Etablierung einer C2C12-Zelllinie, welche ein EGFP-markiertes HMGA1a stabil exprimierte, konnte gezeigt werden, dass eine anhaltende HMGA1-Expression spezifisch die Myogeneseprozess inhibierte, während die Osteogenese davon unbeeinflusst zu bleiben schien. Dieser hemmende Effekt kann durch die HMGA1-abhängige Fehlexpression verschiedener Gene, welche für eine einwandfreie Muskeldifferenzierung nötig sind und in die Zellzyklusregulation eingreifen, erklärt werden. Unter der Verwendung von RNAi konnte gezeigt werden, dass die Herunterregulierung von HMGA1-Proteinen für eine korrekte Genexpression und den Muskeldifferenzierungsprozess notwendig ist. Während der terminalen Differenzierung wird die Umorganisation des Chromatins durch die Fusion der Chromozentren offensichtlich. Fotobleichtechniken, wie „fluorescence recovery after photobleaching“ (FRAP) zeigten, dass HMGA1-Proteine mit dem Methyl-CpG-bindenden Protein 2 (MeCP2), welches eine wichtige Rolle in der Chromozentrenfusion spielt, um DNA-Bindungsstellen konkurriert und dieses vom Chromatin verdrängt. Diese dynamische Konkurrenz zwischen einem anhaltend exprimierten HMGA1 und MeCP2 trägt somit zur Inhibition der differenzierungsabhängigen Modulation des Chromatins während der späten Myogenese bei. Die Untersuchungen in C2A1a-Zellen lieferten weitere Hinweise dafür, dass der wesentlichste Umbau des Chromatins in einem Zeitfenster um den dritten Tag nach Induktion der Myogenese stattfindet, an welchem HMGA1 natürlicherweise nahezu vollständig herunterreguliert sind. In diesem Zeitraum kommt es zur Dissoziation der Chromozentren, zu veränderten Expressionsmustern in bestimmten Genen, zu Modulationen in Histonmodifikationen (H3K4me2, H3K4me3, H3K27me3), zur Replikations-unabhängigen Akkumulation von Histon H3 in den Chromozentren über ungefähr einen Zellzyklus hinweg und zu eine signifikanten Erhöhung der HP1-Dynamik. Durch den Einsatz von Bimolekularer Fluoreszenzkomplementierung (BiFC), die es erlaubt Protein-Protein-Interaktionen in vivo zu visualisieren, konnte gezeigt werden, dass der saure C-Terminus des HMGA mit der Chromodomäne (CD) des HP1 interagiert. Zusätzlich ist für diese Interaktion die korrekte DNA-Bindung des HMGA nötig. FRAP-Messungen mit HP1-EGFP-Fusionsproteinen in Zellen die wildtypisches oder ein mutiertes HMGA koexprimierten, bestätigten diese Daten und wiesen darauf hin, dass die HP1-Verweildauer im Heterochromatin maßgeblich von der Gegenwart eines funktionellen HMGA1 abhängig ist. Des Weiteren zeigten C2C12-Myoblasten, die HMGA1 natürlicherweise exprimieren, eine hohe HP1-Verweildauer, die nach HMGA1-knock down drastisch verringert ist. Umgekehrt ist die HP1-Verweildauer nach einer Herunterregulierung von HMGA1 an Tag 3 der Myogenese gering und steigt durch die Koexpression von HMGA1 auf das in Myoblasten gemessene Niveau an. Zusammengenommen zeigen diese Daten, dass die differenzielle Expression von HMGA1 und ihre Fähigkeit mit HP1 zu interagieren, sowie ihre Konkurrenz mit MeCP2 um DNA-Bindungsstellen einen entscheidende Rolle in der Regulation der Aufrechterhaltung und Plastizität des Heterochromatins während der Differenzierung spielen. Daher ist eine zeitlich festgelegte Herunterregulierung von HMGA1 notwendig, um die Modulation des Chromatins und dadurch den Differenzierungsprozess zu ermöglichen
N2  - HMG proteins are an abundant superfamily of nuclear proteins that bind to DNA and nucleosomes and induce structural changes in the chromatin fiber. These proteins play an important role in chromatin dynamics and thereby impact DNA-related processes like transcription and replication. Proteins of the HMGA family are characterized by conserved DNA-binding domains, the AT hooks, which mediate binding to AT-rich DNA, and an acidic c-terminal domain. HMGA proteins concentrate in heterochromatin and are linked to specific gene regulation by stabilizing nucleoprotein complexes called enhanceosomes. Furthermore, HMGA proteins play an important role in several developmental processes and in tumor progression. C2C12 mouse myoblast cells were used to explore the impact of HMGA1 proteins on differentiation and chromatin modulation. After induction of myogenesis HMGA1 proteins revealed a downregulation. By establishing a C2C12 cell line stably expressing an EGFP tagged HMGA1a (C2A1a) it could be shown that sustained HMGA expression inhibited specifically the myogenic process while osteogenesis seemed to be unaffected. This inhibition can be explained by an HMGA1-dependent misexpression of several genes that are required for proper myogenic differentiation and genes involved in cell cycle regulation. Using RNAi techniques it could be demonstrated that downregulation of HMGA1 proteins is required to restore proper gene expression and to enable the myogenic program. During terminal differentiation chromatin remodeling is apparent by fusion of chromocenters. Photobleaching experiments like “fluorescence recovery after photobleaching” (FRAP) revealed that HMGA1 proteins compete with the methyl-CpG-binding protein 2 (MeCP2), which plays an important role during the fusion of chromocenters, for DNA-binding sites. Thereby MeCP2 is displaced from chromatin. This dynamic competition between constitutively expressed HMGA1 and MeCP2 thereby leads to an inhibition of the differentiation dependent modulation of the chromatin during late myogenesis. Studies in C2A1a cells revealed a set of evidences indicating that further major chromatin remodeling occurs around day three after induction when HMGA1 proteins are downregulated. At this time-frame chromocenters dissociate, expression patterns of genes are switching, histone modifications are modulated (H3K4me2, H3K4me3, H3K27me3), histone H3 accumulates in a replication independent mode in chromocenters for approximately one cell cycle, and dynamics of HP1 proteins are significantly increased. Applying bimolecular fluorescence complementation (BiFC) that allows visualization of protein-protein interactions in living cells I could show that the acidic domain of HMGA interacts with the chromodomain (CD) of HP1. In Addition, the proper DNA-binding of HMGA1 is necessary to accomplish a functional interaction between HP1 and HMGA. FRAP measurements of HP1-EGFP in cells coexpressing wild type or mutated HMGAs corroborated theses findings and indicated that the HP1 residence time in heterochromatin strongly depends on the presence of functional HMGA proteins. Furthermore, HP1 residence time is high in C2C12 myoblasts which express HMGA1 but low after HMGA1 knock down. Vice versa, it is low in C2C12 cells at day 3 of differentiation when HMGA proteins are downregulated, but high when HMGA1 proteins are coexpressed. Together, these data indicate that the differential expression of HMGAs and their capacity to interact with HP1 proteins and compete with MeCP2 plays an important role in the regulation of heterochromatin maintenance and plasticity during differentiation. Therefore, the downregulation of HMGA1 proteins is required to allow chromatin remodeling and to enable the differentiation program.
KW  - HMG-Proteine
KW  - Differenzierung
KW  - Muskelentwicklung
KW  - Heterochromatin
KW  - C2C12-Zellen
KW  - HMG proteins
KW  - myogenesis
KW  - heterochromatin
KW  - differentiation
KW  - C2C12 cells
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-24456
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TY  - THES
A1  - Wicovsky, Andreas
T1  - Die Rolle von TRAF1 und JNK bei der TNF-vermittelten Apoptose
T1  - The role of TRAF1 and JNK in TNF-induced apoptosis
N2  - TNF (Tumor Nekrose Faktor) vermittelt seine biologischen Funktionen durch Interaktionen mit TNFR1 (TNFRezeptor 1) und TNFR2 (TNFRezeptor 2). In früheren Arbeiten konnte gezeigt werden, dass der TNFR2 sowohl durch die Induktion von membrangebundenem TNF als auch durch die proteasomale Degradation von TRAF2 (TNFRezeptor-assozierter Faktor 2) die TNFR1-vermittelte Apoptose verstärken kann. Des Weiteren war bekannt, dass TRAF1 (TNFRezeptor-assozierter Faktor 1), ein anderes Mitglied der TRAF-Familie, mit TRAF2 Heterotrimere bilden kann und zudem nach TNF-induzierter NFkappaB- (nuclear factor kappaB) Aktivierung verstärkt exprimiert wird. In der vorliegenden Arbeit konnte nun erstmals gezeigt werden, dass TRAF1 in beide TNFR-Signalkomplexe rekrutiert wird und darin in einem TRAF2/TRAF1-Heterotrimer TRAF2 funktionell ersetzen kann. Darüber hinaus verhindert TRAF1 die Rekrutierung von TRAF2 in lipid rafts sowie dessen anschließende proteasomale Degradation. Auf diese Weise kann TRAF1 die TNFR2-abhängige Verstärkung der TNFR1-induzierten Apoptose verhindern. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurde die TNF-vermittelte Aktivierung der JNK (c-Jun N-terminale Kinase), dessen Regulation durch ROS (reactive oxygen species), Caspasen (Cysteinyl-Aspartat-spezifische Proteasen) sowie NFkappaB-induzierte Faktoren untersucht. TNF induziert in den meisten Zellen zunächst nach zehn bis 30 Minuten eine transiente JNK-Aktivierung, woraufhin bei NFkB-inhibierten Zellen eine zweite andauernde JNK-Aktivierung folgt. Die meisten in der Literatur beschriebenen Studien gehen dabei von einem ROS-abhängigen, Caspase-unabhängigen Mechanismus der persistierenden JNK-Aktivierung aus. Des Weiteren wurde in den vor allem bei embryonale Mausfibroblasten durchgeführten Untersuchungen davon ausgegangen, dass bestimmte NFkappaB-induzierte Radikalfänger die andauernde Aktivierung der JNK verhindern. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass in den humanen Zelllinien KB, Jurkat und HaCaT die andauernde Aktivierung der JNK, im Gegensatz zur transienten JNK-Aktivierung, Caspase-abhängig verläuft. Es ergab sich überdies, dass die inhibierende Wirkung des NFkB-Signalweges auf die persistierende JNK-Aktivierung in diesen Zelllinien in erster Linie auf die indirekte Verhinderung der Apoptose durch die Induktion von antiapoptotischen Proteinen wie Flip-L (FLICE-inhibitory protein long) und IAPs (inhibitor of apoptosis) zurückzuführen ist, als auf die direkte Expression von Radikalfängern. Zudem wurde in den untersuchten Zelllinien die Caspase-vermittelte Spaltung von MEKK-1 (MAP/ERK kinase kinase-1) und p21WAF/Cip 1 nachgewiesen, von denen bekannt ist, dass die Spaltprodukte eine JNK-stimulierende Wirkung haben. Dennoch müssen künftige Studien zeigen, ob die Spaltung von p21WAF/Cip 1 und MEKK-1 in Fragmente mit JNK–stimulierender Aktivität oder andere Caspasesubstrate für die Caspase-vermittelte andauernde Aktivierung der JNK verantwortlich sind.
N2  - TNF (tumor necrosis factor) induces its biological functions by interactions with TNFR1 (TNF receptor 1) and TNFR2 (TNF receptor 2). In recent studies it has been shown that stimulation of TNFR2 results in an enhancement of the TNFR1-induced apoptosis. The reason of this finding is the transcriptional induction of membrane-bound TNF as well as the proteasomal degradation of TRAF2 (TNF receptor associated factor 2). Furthermore it was known that TRAF1 (TNF receptor associated factor 1), those expression is induced by TNF mediated NFkB (nuclear factor kappaB) activation, can interact with TRAF2. In the first part of this thesis it could be demonstrated that TRAF1 co-recruits with TRAF2 to TNFR1 and TNFR2 without affecting the downstream signalling pathways. Moreover, TRAF1 expression inhibits TNFR2 induced recruitment of TRAF2 into lipid rafts and its subsequent depletion. In this manner, TRAF1 abrogates the TNFR2-mediated enhancement of TNFR1-induced apoptosis. In the second part of this thesis the TNF-induced activation of JNK (c-Jun N-terminal kinase) as well as its regulation by ROS (reactive oxygen species), caspases (cysteinyl-aspartat-specific proteases) and NFkB-induced proteins were examined. In most cell types TNF induces a transient activation of the JNK pathway, whereas in NFkB-inhibited cells a second sustained activation of JNK is observed. Based on previous studies, it has been suggested that TNF-induced prolonged JNK activation is predominantly mediated by ROS. Moreover, in some studies based on mouse embryonal fibroblasts it has been suggested that expression of NFkB-induced antioxidants prevents prolonged JNK activation upon TNF stimulation. In this thesis it could be shown in various human cellular systems, including KB, Jurkat and HaCaT, that TNF-induced prolonged activation of JNK is in contrast to the transient activation mediated by caspases. Furthermore, it was demonstrated that NFkB induction inhibits the TNF-induced prolonged JNK activation indirectly by inhibiting apoptosis rather than directly by expression of antioxidants. In addition, caspase-dependent cleavage of MEKK-1 (MAP/ERK kinase kinase-1) and p21WAF/Cip 1 was found in these cellular systems. As it is known from previous studies, cleavage of these proteins results in fragments with high JNK-stimulating activity, these caspase substrates could therefore play an important role in TNF-induced prolonged JNK-activation. However, further studies have to evaluate if the cleavage of MEKK-1 and p21WAF/Cip 1 or other caspase substrates mediates the TNF-induced caspase-dependent prolonged JNK-activation.
KW  - JNK
KW  - TRAF1
KW  - TNF
KW  - Apoptose
KW  - JNK
KW  - TRAF1
KW  - TNF
KW  - apoptosis
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-23689
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TY  - THES
A1  - Brink, Andreas
T1  - The biological significance of chemically-induced DNA adducts in relation to background DNA damage
T1  - Die biologische Bedeutung von chemisch induzierten DNA-Addukten in Relation zum Hintergrund-DNA-Schaden
N2  - No abstract available
KW  - DNS-Schädigung
KW  - DNS-Strangbruch
KW  - HPLC-MS
KW  - API-Massenspektrometrie
KW  - LC-MS
KW  - Gentoxikologie
KW  - Mutagenitätstest
KW  - Dosis-Wirkungs-Beziehung
KW  - DNA-Addukte
KW  - Dosis-Wirkungs-Beziehung
KW  - Hintergrund-DNA-Schaden
KW  - Comet assay
KW  - DNA adducts
KW  - Dose response relationships
KW  - Background DNA damage
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-23850
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TY  - THES
A1  - Wawrowsky, Kolja Alexander
T1  - Analysis and Visualization in Multidimensional Microscopy
T1  - Analyse und Visualisierung in der multidimensionalen Mikroskopie
N2  - The live sciences currently undergo a paradigm shift to computer aided discoveries. Discoveries in the live sciences were historically made by either direct observation or as a result of chemical assays. Today we see a growing shift toward computer aided analysis and visualization. This gradual process happens in microscopy. Multidimensional laser scanning microscopy can acquire very complex multichannel data from fixed or live specimen. New probes such as visible fluorescent proteins let us observe the expression of genes and track protein localization. Ion sensitive dyes change intensity with the concentration of ions in the cell. The laser scanning confocal allows us to record these processes in three dimensions over time. This work demonstrates the application of software analysis to multidimensional microscopy data. We introduce methods for volume investigation, ion flux analysis and molecular modeling. The visualization methods are based on a multidimensional data model to accommodate complex datasets. The software uses vector processing and multiple processors to accelerate volume rendering and achieve interactive rendering. The algorithms are based on human visual perception and allow the observer a wide range of mixed render modes. The software was used to reconstruct the pituitary development in zebrafish and observe the degeneration of neurons after injury in a mouse model. Calicum indicator dyes have long been used to study calcium fluxes. We optimized the imaging method to minimize impact on the cell. Live cells were imaged continuously for 45 minutes and subjected to increasing does of a drug. We correlated the amplitude of calcium oscillations to increasing doses of a drug and obtain single cell dose response curves. Because this method is very sensitive and measures single cell responses it has potential in drug discovery and characterization. Microtubules form a dynamic cytoskeleton, which is responsible for cell shape, intracellular transport and has an integral role in mitosis. A hallmark of microtubule organization is lateral interactions. Microtubules are bundles by proteins into dense structures. To estimate the contribution of this bundling process, we created a fractal model of microtubule organization. This model demonstrates that morphology of complex microtubule arrays can be explained by bundling alone. In summary we showed that advances in software for visualization, data analysis and modeling lead to new discoveries.
N2  - Die biologische Forschung befindet sich in einem Paradigmenwandel, in dem Endeckungen immer mehr von Computeranalyse ermöglicht werden. Entdeckungen in der biologischen Forschung wurden historisch gesehen durch direkte Beobachtung and mit Hilfe chemischer Analysemethoden gemacht. Heute sehen wir einen wachsenden Trend zur computerunterstützten Analyse und Visualisierung. Dieser graduelle Umschwung spielt sich auch in der Mikroskopie ab. Multidimensionale Laser Scanning Mikroskopie kann sehr komplexe Multikanalbilder von fixierten oder lebenden Präparaten aufnehmen. Neue Methoden (wie z.B. fluoreszierende Proteine) erlauben es, Genexpression und Proteinlokalisierung direkt sichtbar zu machen. Ionensensitive Farbstoffe ändern ihre Helligkeit mit der Konzentration der Ionen in der Zelle. Die konfokale Mikroskopie erlaubt es, diese Änderungen dreidimensional über die Zeit aufzunehmen. Die hier vorgestellte Arbeit demonstriert die Anwendung speziell entwickelter Software für die Analyse multidimensionaler Daten. Die hierbei entwickelten Methoden wurden für Volumendarstellung, Ionenfluxanalyse und zur molekularen Modellierung eingesetzt. Die Visualisierungsmethoden basieren auf einem multidimensionalen Datenmodel, um auch komplexe Daten verarbeiten zu können. Die Software benutzt Vektorverarbeitung und Multiprozessorunterstützung um Volumendarstellung schneller und interaktiv zu machen. Die Algorithmen beruhen auf Erkenntnissen der Wahrnehmungsforschung und erlauben es dem Anwender, eine Reihe von verschiedenen Darstellungsmodi zu kombinieren. Die Software wurde erstmals verwendet, um einerseits die Entwicklung der Hypophyse im Zebrafisch zu rekonstruieren, und andererseits die Degenerierung von Neuronen im Mausmodell bildlich zu verfolgen. Kalziumfarbstoffe wurden schon länger zum Studium von Kalziumoszillationen in Zellen eingesetzt. Wir optimierten die Bildaufnahmemethode um Schädigungen der Zelle zu minimieren. Zellen wurden kontinuierlich in 45 Minuten Zeitintervallen aufgenommen und dabei wachsenden Dosen der zu untersuchenden Substanz ausgesetzt. Durch Korrelation von Dosis und Oszillationsamplitude konnten pharmakologische Wirkungskurven für jede einzelne Zelle ermittelt werden. Diese Methode hat wegen der hohen Sensitivität und Auflösung bis zur einzelnen Zelle Potential für pharmakologische Untersuchungen. Mikrotubuli formen ein dynamisches Zytoskelett, das für Zellform und intrazellularen Transport zuständig ist und eine integrale Rolle bei der Mitose spielt. Eine besondere Eigenschaft der Mikrotubuli ist die laterale Interaktion. Mikrotubuli werden von Motorproteinen zu dichten Strukturen gebündelt. Um den möglichen Einfluß dieses Vorgangs auf die Organisation der Mikotubuli zu testen, wurde ein fraktales Model erstellt. Dieses Modell demonstriert, daß die komplexe Organisation der Mikrotubuli in einigen Fällen allein mit dem Bündelungsprozess erklärt werden kann. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit demonstriert werden, daß der Einsatz speziell entwickelter Software für Visualisierung, Datenanalyse und Modellierung zu neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen führen kann.
KW  - Konfokale Mikroskopie
KW  - Laser-Rastermikroskopie
KW  - Leica-Mikroskopie und -Systeme GmbH
KW  - Mikroskopie
KW  - Visualisierung
KW  - Bildverarbeitung
KW  - Mikrotubuli
KW  - Visualization
KW  - Image Processing
KW  - Microtubules
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-23867
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TY  - THES
A1  - Horvat, Aleksandra
T1  - Untersuchungen zur Signalwahrnehmung der Sensorkinase BvgS des BvgAS-Zwei-Komponentensystems aus Bordetella bronchiseptica und Struktur-Funktionsanalyse des Response Regulator-Proteins BvgA aus Bordetella holmesii
T1  - Characterisation of signal perception of the BvgS sensorkinase of Bordetella bronchiseptica and molecular characterisation of the BvgA response regulator of Bordetella holmesii
N2  - Die Histidin-Kinase BvgS des BvgAS-Zwei-Komponentensystems gehört zu den unorthodoxen Histidin-Kinasen, die im Gegensatz zu den klassischen Sensorkinasen durch eine komplexere Domänen-Struktur gekennzeichnet ist. Schon seit längerem ist bekannt, dass BvgS durch niedrige Temperaturen oder die Anwesenheit von chemischen Substanzen, wie Sulfationen oder Nikotinsäure inaktiviert wird. Zudem konnte in vitro gezeigt werden, dass die Autophosphorylierungs-Aktivität der BvgS Histidin-Kinase nach Inkubation mit oxidiertem Ubichinon inhibiert wird (Bock & Gross, 2002). Bislang ist weitgehend unklar, welche Bedeutung die zusätzlichen Domänen, wie die periplasmatische-, PAS- bzw. HPt-Domäne für die Signalwahrnehmung besitzen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb nach Erstellung einer B. bronchiseptica spezifischen Genbank mit Hilfe des GAL4-Yeast Two-Hybrid (YTH) Systems nach Interaktionspartnern der einzelnen BvgS-Domänen gesucht. Nach dem Ausschluss von falsch-positiven Klonen und dem Durchlauf entsprechender Kontrollen konnten im YTH-System für die periplasmatische und die PAS-Domäne von BvgS insgesamt vier Interaktionspartner identifiziert werden. Für die HPt-Domäne konnte mit Hilfe des YTH-Systems kein möglicher Interaktionspartner gefunden werden. Als ein putativer Interaktionspartner der BvgS-PAS-Domäne wurde das BB0602-Protein identifiziert, das ein ATP-Bindeprotein darstellt, welches als Bestandteil eines ABC-Transport-System für den Transport von verzweigten Aminosäuren verantwortlich gemacht wird. Diese Interaktion konnte mittels eines GST-Pulldownassays bestätigt werden. Der biochemische Nachweis der übrigen identifizierten Protein-Interaktionen konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht erbracht werden. Die Ergebnisse des YTH-Screenings deuten darauf hin, dass die Aktivität der BvgS Histidin-Kinase und damit die Virulenzgenexpression durch die An- bzw. Abwesenheit von verzweigten Aminosäuren beeinflusst werden könnte. Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Relevanz der Interaktion zwischen der PAS-Domäne und dem ATP-Bindeprotein BB0602 nicht näher charakterisiert werden, so dass in Zukunft unter anderem die Konstruktion einer B. bronschiseptica bb0602-Deletionsmutante geplant ist, um somit mögliche Auswirkungen auf die Expression von bvg-abhängigen Genen zu beobachten. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit lag in der Struktur-Funktionsanalyse des Response Regulators BvgA aus B. holmesii (BvgABH). Kürzlich konnte gezeigt werden, dass trotz der umfangreichen Sequenzkonservierung der BvgA-Proteine aus B. holmesii und B. pertussis, eine B. pertussis bvgA-Mutante nicht durch den bvgA-Lokus aus B. holmesii komplementiert werden konnte (Gerlach et al., 2004). Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein hybrider Response Regulator BvgAfus konstruiert, der aus der Receiver- und Linker-Domäne des BvgABH-Proteins und der Output-Domäne von BvgABP zusammengesetzt ist. Voraussetzung hierfür war die Kenntnis der einzelnen Domänengrenzen und die Sequenz des Linker-Bereiches des Response Regulators BvgA aus B. pertussis (BvgABP), welche durch limitierte Proteolyse und massenspektrometrische Methoden identifiziert wurden (Bantscheff et al., 2000). Im Falle des hybriden Proteins konnte im Gegensatz zu BvgABH eine Bindung an BvgABP-abhängige Promotorsequenzen beobachtet werden. Zudem war BvgAfus in der Lage, die Expression BvgABP-abhängiger Gene in vivo zu induzieren. Allerdings war es in seiner Phosphorylierungseffizienz im Vergleich zum wildtypischen Response Regulator-Protein aus B. holmesii eingeschränkt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die wenigen Abweichungen zwischen den Aminosäuresequenzen der Output-Domänen dafür verantwortlich sind, dass das BvgABH-Protein die Funktion von BvgABP in vivo und in vitro nicht übernehmen kann. So unterscheiden sich die Output-Domänen der Response Regulatoren aus B. pertussis und B. holmesii in zehn Aminosäureaustauschen, wobei davon vier Aminosäuren innerhalb des Helix-Turn-Helix-Motives verändert sind. Um zu untersuchen, ob die unterschiedlichen DNA-Binde- und transkriptionsaktivierenden Eigenschaften von BvgABH im Besonderen auf diese Aminosäureunterschiede zurückzuführen sind, wurden mittels ortspezifischer Mutagenese die Aminosäuresequenz innerhalb des Helix-Turn-Helix-Motives an die Sequenz aus B. pertussis angeglichen. Das resultierende Protein BvgABH* zeigte eine dem wildtypischen BvgABH-Protein ähnliche Phosphorylierungseffizienz, war aber nicht in der Lage, BvgABP-abhängige Zielsequenzen spezifisch zu erkennen bzw. die Funktion des BvgABP-Proteins in vivo zu ersetzen. Dieses Ergebnis lässt vermuten, dass die wenigen Aminosäureunterschiede der Output-Domäne außerhalb der DNA-Binderegion zwar nicht im Zusammenhang mit der Phosphorylierungseffizienz stehen, jedoch die DNA-Bindeeigenschaften beeinflussen.
N2  - The BvgS protein of the BvgAS two-component system belongs to the family of unorthodox histidine-kinases, which are characterized by a more complex domain-structure compared to the classical sensor proteins. Since a long time it is known that the activity of BvgS can be modulated by several external stimuli. At low temperature or in the presence of nicotinic acid or sulfate, the protein is inactivated in vivo and therefore the respective system is switched off under these conditions. Moreover, it has been shown that the incubation of BvgS with oxidized ubichinone had an inhibitory effect on the autophosphorylation activity of the kinase (Bock & Gross, 2002). So far, the relevance for the signal perception of the additional BvgS-domains, like the periplasmic, the PAS- or the HPt-domain is still unclear. Therefore in this work a self-constructed Bordetella bronchiseptica specific gene bank was screened with the periplasmic, the PAS- and the HPt-Domain of BvgS for protein-interactions in the GAL4-yeast two-hybrid (YTH) system. All together four putative protein-interactions were found in the case of the periplasmic and the PAS domain after exclusion of false-positive clones and after going through corresponding controls, while on the other hand no protein interaction could be detected for the HPt domain. Among the detected putative protein interactions of the PAS domain the protein BB0602 was identified as an ATP binding protein of an ABC transport system for branched chain amino acids. This interaction could also be verified by GST-pull down assay. The biochemical proof for the other protein interactions still remains to be done. The results of the YTH screening indicate that the activity of BvgS and therefore the virulence gene expression might be influenced by the presence or absence of branched chain amino acids. Among others characterization of a B. bronchiseptica bb0602 deletion mutant with respect to the possible effect on the expression of bvg-dependent genes will further elucidate the relevance of the detected protein interaction between the BvgS-PAS domain and the BB0602 protein. Another aim of this work was the structural and functional characterization of the response regulator BvgA of B. holmesii (BvgABH). Recently, it was shown that despite extensive sequence conservation between the response regulator BvgA of B. holmesii and BvgA of B. pertussis (BvgABP), the BvgABH protein is not able to replace the function of the BvgABP protein in vitro and in vivo (Gerlach et al., 2004). Therefore in this work a hybrid response regulator protein BvgAfus was constructed, which contains the receiver and the linker domain of BvgABH and the output domain of BvgABP. A Prerequisite for this experiment was the knowledge of domain borders and linker sequences of BvgABP, which have been identified by means of limited proteolysis in combination with mass spectrometric methods (Bantscheff et al., 2000). In contrast to the BvgABH protein, the hybrid response regulator BvgAfus showed binding to BvgABP-dependent promoter sequences. Additionally, BvgAfus was able to induce the expression of BvgABP-dependent genes in vivo. But compared to the wild-type protein BvgABH the hybrid response regulator BvgAfus was limited in its phosphorylation efficiency. These results indicate that the inability of BvgABH to complement BvgABP in B. pertussis is due to the small number of sequence variations present in its output domain. The output domains of BvgABH and BvgABP differ in ten amino acids of which four amino acid substitutions are located in the helix-turn-helix motif (HTH). To investigate whether the different binding and transcription activating properties of BvgABH are due to the sequence variations in the HTH, the sequence was adjusted as compared to BvgABP by means of site directed mutagenesis. The resulting protein BvgABH* showed similar phosphorylation efficiency compared to the wild-type protein BvgABH but no specific binding to BvgABP-dependent promoter sequences and was not able to replace BvgABP functionally in vivo. This result indicates that the few additional amino acid differences outside of the HTH present in the output domain of BvgABH which do not interfere much with the phosphorylation efficiency of the protein influence its DNA binding properties. The identification of further BvgABH regulated genes of B. holmesii and the characterization of BvgABH binding sites will help to further clarify the functional differences between the orthologous BvgA proteins of B. holmesii and B. pertussis.
KW  - Bordetella
KW  - Genregulation
KW  - Bordetella
KW  - Genregulation
KW  - Bordetella
KW  - gene regulation
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-21991
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kuhl, Angelika
T1  - Epitop-abhängige Pathogenität von PR3-Autoantikörpern und Charakterisierung einer myofibrillären Myopathie mit familiärer arrhythmogener rechtsventrikulärer Dysplasie
T1  - Epitope-dependend pathogenicity of PR3-autoantibodies and characterization of a myofibrillar myopathy with arrythmogenic right ventricular cardiomyopathy 7
N2  - Im ersten Teil dieser Arbeit wurden Antikörper-bindende Epitope von humaner Proteinase 3 (hPR3), dem Autoantigen der Wegenerschen Granulomatose (WG), charakterisiert. WG ist eine Autoimmunerkrankung, die durch chronische Entzündung des oberen und unteren respiratorischen Trakts, Vaskulitis und Glomerulonephritis gekennzeichnet ist. WG ist mit Anti-Neutrophilen zytoplasmatischen- Antikörpern (ANCA) assoziiert, die spezifisch gegen konformationelle Epitope auf der Oberfläche der Serinprotease hPR3 aus azurophilen Granula neutrophiler Granulozyten gerichtet sind. Die Charakterisierung von ANCA-bindenden Epitopen ist für ein besseres Krankheitsverständis Unverzichtbar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde nach einem geeigneten PR3-Homolog gesucht, welches sich durch den gezielten Austausch von Oberflächen- Loops für die Kartierung von ANCA-Epitopen eignet. Zunächst wurde die PR3 Aminosäuresequenz der Primaten Pan troglodytes versus (Schimpanse), Macacca mulatta (Makakke) und Hylobates pileatus (Gibbon) analysiert und die Reaktivität gegenüber ANCA mit dem humanen Homolog verglichen. Sowohl Aminosäuresequenz als auch ANCA-Kreuzreaktivität korrelierten mit der phylogenetischen Distanz zu hPR3. Aufgrund der Bindungseigenschaften von Gibbon-PR3 (gibPR3) wurde dieses Homolog für Epitopstudien herangezogen, da die Aminosäuresequenz nur geringfügig von hPR3 abweicht und die Bindung von monoklonalen Anti-hPR3-Antikörpern und WG-Patientenseren im Immunoblot ein deutlich abgeschwächtes Signal lieferte oder keine Reaktivität mehr aufwies. Für die Epitop-Charakterisierung wurden drei hPR3/gibPR3-Mutanten generiert. Die rekombinante Expression von proPR3 erfolgte in Flp-in HEK 293 Zellen und wurde von dort aus dem Zellkultur-Überstand gereinigt und mittels Enterokinase konvertiert. Um das Epitopspektrum genau zu analysieren, wurde ein ELISA entwickelt, bei dem PR3 über den C-terminal gelegenen His6-Tag an Nickel-beschichtete Mikrotiterplatten gebunden wurde. Für den monoklonalen Anti-hPR3-Antikörper MCPR3-2 konnte die Region auf die Aminosäuren Arg60, Gln63A und Leu90 (Chymotrypsinogen-Nummerierung), das für 12.8 auf Met35, Asn38A, Pro38B und Arg74 der N-terminalen PR3-Domäne eingegrenzt werden. Letztere wurde von der Mehrheit der getesteten ANCA der WG-Patienten erkannt und zeigt somit, dass es sich hierbei um ein krankheitsrelevantes Epitop handelt. Diese Region schließt dabei auch den Bindungsbereich von α1-PI ein. Im weiteren konnte gezeigt werden, dass eine Bindung des Antikörpers bei gleichzeitiger Anwesenheit von α1-PI stark von dessen Konzentration abhängig ist. Bereits bei einer α1-PI-Konzentration von 1 mg/ml, konnte eine partielle Antikörperbindung beobachtet werden. Sinkt die Konzentration deutlich, so besitzen Anti-hPR3-Antikörper die Möglichkeit an diese zu binden. Somit konkurrieren Antikörper und Inhibitor um die PR3-Bindungsstellen. Ein ausgewogenes Protease-Inhibitor-Gleichgewicht ist allerdings für eine kontrollierte Protease-Aktivität notwendig. Ist dieses gestört, so kann es zur Bindung von ANCA an hPR3 auf der Membran von Neutrophilen und deren Aktivierung kommen. Dies hat zur Folge, dass vermehrt proteolytische Enzyme freigesetzt werden, welche durch unkontrollierte enzymatische Aktivität Entzündungsreaktionen und Gewebeschädigung hervorrufen. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Charakterisierung einer autosomal-dominant vererbten myofibrillären Myopathie (MFM) in Kombination mit familiärer arrhythmogener rechtsventrikulärer Kardiomyopathie 7 (ARVD7) einer schwedischen Familie. Durch genomweite Kartierung mittels SNP (single nucleotide polymorphism)-Typisierung (Affymetrix Human Mapping 10K Array) wurde der Locus auf 10q22.3 bestätigt. Die Region wurde anschließend bis auf 4.1 Mbp zwischen den Markern D10S1645 und D10S1786 eingegrenzt. In diesem Intervall befinden sich 18 Kandidatengene. Nachdem die Protein-kodierenden Exons aller Gene im Krankheitsintervall sequenziert und dennoch keine signifikanten Abweichungen zwischen Patient und der Normalpopulation aufgefallen waren, wurde gezielt nach einer intragenische Deletion gesucht. Hierzu wurde von einem der Patienten zwei Maus-Hybridlinien generiert, die jeweils nur eines der beiden 10-er Homologe des Patienten enthalten. Doch auch hier waren die kodierenden Exons der 18 Gene aus beiden Hybridlinien durch PCR mit gleicher Effizienz und Größe amplifizierbar, so dass eine intragenische Deletionen mit großer Sicherheit bei allen Genen ausgeschlossen werden konnte. Des weiteren wurde nach SNPs in der transkribierten Sequenz der Kandidatengene gesucht, und die Expression beider Allele für 10 von 18 Kandidatengenen in Muskel-cDNA nachgewiesen. Kleine Veränderungen in nicht-kodierenden Bereichen, Introns, Promotor-Regionen, genomische Veränderungen oder de novo Insertionen sind mögliche pathogene Mechanismen, die im weiteren untersucht werden müssen.
N2  - In the first part of this work we characterised antibody-binding epitopes of human proteinase 3 (hPR3), the autoantigen in Wegeners granulomatosis (WG). WG is an autoimmune disorder characterized by chronic inflammation of the upper and lower respiratory tract, perivascular inflammation and glomerulonephritis. WG is associated with anti-neutrophil cytoplasmic antibodies (ANCA), which recognize conformational epitopes on the surface of hPR3 from azurophilic granules of neutrophil granulocytes. To determine, which epitopes are disease specific and pathogenetically relevant, we first identified a humanoid PR3 homolog which was used to map and distinguish the various ANCA-binding epitopes. We analysed the PR3 amino acid sequence of primates Pan troglodytes versus (chimpansee), Macacca mulatta (macaque) and Hylobates pileatus (gibbon) and compared the ANCA-binding pattern of these species to the human homolog. Amino acid differences and ANCA cross-reactivity correlated with the phylogenetic distance to the human homolog. We recognized the most useful PR3 variant was the gibbon equivalent (gibPR3) because it harboured a limited number of amino acid differences and showed an intermediate ANCA binding pattern with binding of some but not all monoclonal anti-hPR3 antibodies and WG patient sera. To determine the epitopes, we generated three PR3-chimera by reverting non-conserved PR3-loops to the respective human amino acids. ProPR3 was expressed in Flp-in 293 cells, purified from cell culture supernatant and activated by enterokinase. For epitope analysis an ELISA was developed, where PR3 was coupled via its C-terminal His6-tag to nickel-coated microtiter plates. The epitope of monoclonal anti-hPR3 antibody MCPR3-2 was mapped to a region defined by amino acids Arg60, Gln63A and Leu90 (chymotrypsinogen numbering), whereas Met35, Asn38A, Pro39B and Arg74 of the N-terminal PR3 domain contributed to the 12.8 epitope. The latter epitope was recognized by the majority of ANCA from Wegener patients tested and seems to be an ANCA-targeted region. The 12.8 epitope overlaps with the α1-PI binding site, too. Therefore antibody and inhibitor directly compete for binding to hPR3. Moreover we showed that antibody binding strongly depends on the concentration of this inhibitor. α1-PI-concentrations of 1 mg/ml allowed partial binding to PR3 and concentrations below shifted the binding towards the antibody. This finding indicates that a protease-inhibitor balance is critical because ANCA-binding to membrane bound PR3 on the surface of neutrophils would lead to activation and release of proteolytic enzymes to the environment and to an uncontrolled proteolytic activity. The second part of this studies were dedictated to the search for the genetic defect in a Swedish family suffering from autosomal dominant myofibrillar myopathy (MFM) in combination with arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy (ARVC7). In a comprehensive follow up study we reexamined the previous linkage data for MFM/ARVC7 by genome wide SNP analyses and confirmed the locus assignment using a high density single nucleotide polymorphism (SNP) marker panel from Affymetrix to 10q22.3. The critical interval was narrowed down to 4.1 Mbp between the two markers D10S1645 and D10S1786. Because no mutation was found in the coding exons of the 18 candidate genes for MFM/ARVC7 we tried to identify small genomic deletions and generated hybrid cell lines carrying only the affected or the normal chromosome 10 homolog. All sequence tagged sites and exons were present on both homologs excluding the possibility of intragenic and submicroscopic deletions. Furthermore, we identified SNPs within the transcribed sequences of 10 candidate genes and showed expression of both alleles in patient muscle cDNA. Subtle alterations in noncoding transcripts, introns, promoter regions or splicing enhancers, genomic inversions or de novo insertions are probably responsible for both disparate syndromes and have to be investigated.
KW  - Wegenersche Granulomatose
KW  - Proteinase 3
KW  - ANCA
KW  - konformationelle Epitope
KW  - Wegeners granulomatosis
KW  - Proteinase 3
KW  - ANCA
KW  - conformational epitopes
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27028
ER  - 
TY  - THES
A1  - Blenk, Steffen
T1  - Bioinformatical analysis of B-cell lymphomas
T1  - Bioinformatische Analyse von B-Zell Lymphomen
N2  - Background: The frequency of the most observed cancer, Non Hodgkin Lymphoma (NHL), is further rising. Diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) is the most common of the NHLs. There are two subgroups of DLBCL with different gene expression patterns: ABC (“Activated B-like DLBCL”) and GCB (“Germinal Center B-like DLBCL”). Without therapy the patients often die within a few months, the ABC type exhibits the more aggressive behaviour. A further B-cell lymphoma is the Mantle cell lymphoma (MCL). It is rare and shows very poor prognosis. There is no cure yet. Methods: In this project these B-cell lymphomas were examined with methods from bioinformatics, to find new characteristics or undiscovered events on the molecular level. This would improve understanding and therapy of lymphomas. For this purpose we used survival, gene expression and comparative genomic hybridization (CGH) data. In some clinical studies, you get large data sets, from which one can reveal yet unknown trends. Results (MCL): The published proliferation signature correlates directly with survival. Exploratory analyses of gene expression and CGH data of MCL samples (n=71) revealed a valid grouping according to the median of the proliferation signature values. The second axis of correspondence analysis distinguishes between good and bad prognosis. Statistical testing (moderate t-test, Wilcoxon rank-sum test) showed differences in the cell cycle and delivered a network of kinases, which are responsible for the difference between good and bad prognosis. A set of seven genes (CENPE, CDC20, HPRT1, CDC2, BIRC5, ASPM, IGF2BP3) predicted, similarly well, survival patterns as proliferation signature with 20 genes. Furthermore, some bands could be associated with prognosis in the explorative analysis (chromosome 9: 9p24, 9p23, 9p22, 9p21, 9q33 and 9q34). Results (DLBCL): New normalization of gene expression data of DLBCL patients revealed better separation of risk groups by the 2002 published signature based predictor. We could achieve, similarly well, a separation with six genes. Exploratory analysis of gene expression data could confirm the subgroups ABC and GCB. We recognized a clear difference in early and late cell cycle stages of cell cycle genes, which can separate ABC and GCB. Classical lymphoma and best separating genes form a network, which can classify and explain the ABC and GCB groups. Together with gene sets which identify ABC and GCB we get a network, which can classify and explain the ABC and GCB groups (ASB13, BCL2, BCL6, BCL7A, CCND2, COL3A1, CTGF, FN1, FOXP1, IGHM, IRF4, LMO2, LRMP, MAPK10, MME, MYBL1, NEIL1 and SH3BP5; Altogether these findings are useful for diagnosis, prognosis and therapy (cytostatic drugs).
N2  - Hintergrund: Die Häufigkeit von Non-Hodgkin-Lymphomen (NHL), den am meisten beobachteten Krebserkrankungen, steigt weiter an. Von den aggressiven Non-Hodgkin-Lymphomen (NHL) macht das “großzellige, diffuse B-Zell-Lymphom” (DLBCL) den größten Anteil aus. Durch Genexpressionsmuster wurden zwei Subtypen definiert: ACB (“Activated B-like DLBCL”) und GCB (“Germinal Center B-like DLBCL”). Die Patienten der Gruppe ABC sterben ohne Therapie oft innerhalb weniger Monate, weil der ABC Typ einen aggressiveren Krankheitsverlauf aufweist. Ein weiteres, von einer malignen Entartung der B-Lymphozyten ausgehendes Lymphom, ist das “Mantelzell Lymphom” (MCL). Es tritt selten auf und ist ebenfalls mit einer schlechten Prognose verbunden. Eine vollständige Heilung nach der Therapie ist sehr selten. Methoden: In diesem Projekt wurden diese B-zell Lymphome mit bioinformatischen Methoden untersucht, um auf molekularer Ebene neue Eigenschaften oder bisher unentdeckte Zusammenhänge zu finden. Das würde das Verständnis und damit auch die Therapie voranbringen. Dafür standen uns Überlebens-, Genexpressions- und chromosomale Aberrationsdaten zur Verfügung. Sie sind die bevorzugte Wahl der Mittel, um genetische Veränderungen in Tumorzellen zu bestimmen. Hierbei fallen oft große Datenmengen an, aus welchen man mit bioinformatischen Methoden vorher unerkannte Trends und Hinweise identifizieren kann. Ergebnisse (MCL): Explorative Analysen sowohl der Genexpressions- (zweite Hauptachse der Korrespondenz Analyse) als auch der chromosomalen Aberrationsdaten des Mantelzell-Lymphom zeigten uns hierbei, daß es trotz der linearen Korrelation zwischen der veröffentlichten Proliferationssignatur und der Überlebenszeit sinnvoll ist, in den Patienten (n=71) zwei Ausprägungen zu betrachten: Patienten mit schlechter und mit guter Prognose. Statistische Tests (moderate t-test, Wilcoxon rank-sum test) dieser beiden Typen zeigten Unterschiede im Zellzyklus und ein Netzwerk von Kinasen auf, welche für den Unterschied zwischen guter und schlechter Prognose verantwortlich sind. Sieben Gene (CENPE, CDC20, HPRT1, CDC2, BIRC5, ASPM, IGF2BP3) konnten gefunden werden, die eine ähnliche gute Prognose für Überlebenszeiten ermöglichen, wie eine früher veröffentlichte Proliferationssignatur mit 20 Genen. Außerdem konnten chromosomale Banden durch eine explorative Analyse mit der Prognose assoziiert werden (Chromosom 9: 9p24, 9p23, 9p22, 9p21, 9q33 and 9q34). Ergebnisse (DLBCL): Durch geeignete Normalisierung der Genexpressionsdaten von 248 DLBCL-Patienten trennte der Signatur basierte Predictor die Risikogruppen nun besser auf. Eine ähnlich gute Auftrennung konnte von uns sogar mit sechs Genen erreicht werden. Die explorative Analyse der Genexpressionsdaten konnte die Subtypen ABC und GCB als valide Gruppen bestätigen. In den Genen, die ABC und GCB unterscheiden, ergab sich eine Häufung in späten und frühen Zellzyklusstadien. Klassische Lymphommarker, neu aufgefundene spezielle Gene und Zellzyklusgene bilden ein Netzwerk, das die ABC und GCB Gruppen klassifizieren und Unterschiede in deren Regulation erklären kann (ASB13, BCL2, BCL6, BCL7A, CCND2, COL3A1, CTGF, FN1, FOXP1, IGHM, IRF4, LMO2, LRMP, MAPK10, MME, MYBL1, NEIL1 and SH3BP5. Dies ist auch für die Diagnose, Prognose und Therapie (Zytostatika) interessant.
KW  - Bioinformatik
KW  - Genexpression
KW  - Auswertung
KW  - B-Zell-Lymphom
KW  - Diffuses großzelliges B-Zell-Lymphom
KW  - Mantelzell-Lymphom
KW  - Bioinformatics
KW  - gene expression
KW  - B-cell lymphoma
KW  - Diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL)
KW  - Mantle cell lymphoma (MCL)
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27421
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mezger, Markus
T1  - Interaktion zwischen dem humanen Cytomegalievirus, Aspergillus fumigatus, dendritischen Zellen und neutrophilen Granulozyten
T1  - Interaction of the human cytomegalovirus, Aspergillus fumigatus, dendritic cells and polymorphonuclear neutrophils
N2  - Immunsupprimierte Patienten besitzen ein erhöhtes Risiko für opportunistische Infektionen, die hauptsächlich durch das humane Cytomegalievirus (HCMV) und den Schimmelpilz Aspergillus fumigatus verursacht werden. Aufgrund ihrer Lokalisation in den Geweben unterhalb von Lungenepithelien und des Gastrointestinaltraktes werden dendritische Zellen (DCs) als diejenigen Zellen betrachtet, die während der frühen Phase einer Infektion in Kontakt mit HCMV und A. fumigatus kommen und eine Aktivierung von angeborenen und adaptiven Abwehrmechanismen vermitteln. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde die Bedeutung von humanen DCs bei der Bekämpfung von HCMV und A. fumigatus näher untersucht. Um mit dem klinisch relevanten HCMV Stamm TB40E arbeiten zu können, musste zuerst ein geeignetes Zellkultursystem zur Anzucht von HCMV etabliert werden. Die aus Fibroblasten aufgereinigten Viren eigneten sich zur erfolgreichen Infektion von DCs, was durch verschiedene Färbemethoden nachgewiesen werden konnte. Aus diesem Grund war es möglich, in Abhängigkeit der Zeit ein Expressionsprofil von Klasse I Interferonen (IFN-alpha, IFN-beta), ausgesuchten Cytokinen (CXCL10, CXCL11, Rantes) und den wichtigen Immunrezeptoren Toll-like Rezeptor 3 (TLR3) und dendritic cell-specific ICAM3-grabbing nonintegrin (DC-SIGN) zu erstellen. Nachdem ein RNA Interferenz (RNAi) System zur erfolgreichen Transfektion von DCs mit small interfering RNA (siRNA) etabliert werden konnte, gelang es die Expression von TLR3 signifikant herunterzuregulieren. Stimulationsexperimente mit dem synthetisch hergestellten Polymer poly I:C identifizierten TLR3 als den Rezeptor, der die Expression von IFN-beta vermittelt. Ferner konnte nachgewiesen werden, dass TLR9 bei ex vivo generierten DCs keine Funktion besitzt. Eine direkte Aktivierung von TLR3 durch HCMV konnte mittels siRNA nicht nachgewiesen werden. Durch den Einsatz von genomweiten Microarray-Analysen konnten eine Vielzahl an Genen gefunden werden, die nach Co-Kultivierung von DCs und lebenden A. fumigatus Keimschläuchen (KS) differentiell exprimiert waren. Dabei wurde ein breites Spektrum an Cytokinen (TNF-alpha, IL-6, IL-10, IL-12), Chemokinen (IL-8, CCL20, CXCL10), Co-stimulatorischen Molekülen (CD40, CD80, CD83, CD86), Prostaglandin Synthese Genen (PTGS2) und Immunrezeptoren (PTX-3, TLR2, TLR4) gefunden, deren zeitabhängiges Expressionsprofil mittels qRT-PCR eindeutig bestätigt wurde. Als Wachen des Immunsystems müssen DCs Krankheitserreger zu einem frühen Zeitpunkt der Infektion erkennen. Die Erkennung von Pilzen wird durch die unterschiedlichen Rezeptoren vermittelt, die TLRs, C-Typ Lektine und Pentraxine umfassen, wobei ihre Bedeutung für humane DCs bisher nur unzureichend geklärt ist. Durch den Einsatz von siRNA konnte die Expression von TLR2, TLR4, myeloid differentiation primary response gene 88 (MyD88), DC-SIGN, Pentraxin-3 (PTX-3) und caspase recruitment domain family member 9 (Card-9) signifikant verringert werden. Für TLR2, TLR4, PTX-3 und DC-SIGN konnte durch den Einsatz der RNAi aufgezeigt werden, dass diese Rezeptoren nicht an der Induktion einer pro-inflammatorischen Immunantwort von DCs nach Infektion mit A. fumigatus beteiligt sind. Sowohl die Stimulierung mit den TLR Liganden Zymosan und LPS, als auch mit A. fumigatus, führte zu einer erhöhten Expression von TNF-alpha und IL-12 (Light Cycler), die sich in einer vermehrten Cytokinfreisetzung (ELISA) bemerkbar machte. Im Gegensatz zur TLR4 siRNA Transfektion und LPS-Stimulation war keine Reduktion der Expression von TNF-alpha und IL-12 nach TLR2 und TLR4 siRNA Transfektion und anschließender Pilzinfektion zu beobachten. Auch der Einsatz von gegen TLRs gerichteten Antikörpern konnte eine mögliche Signaltransduktion bei DCs nicht unterbinden. Anstelle von TLR2 und TLR4 wurde Dectin-1 als DC-Immunrezeptor für A. fumigatus KS identifiziert. Mit Hilfe eines spezifischen Antikörpers gegen Dectin-1 war es möglich, die Freisetzung von TNF-alpha und IL-12 nach Pilzinfektion zu blockieren. In einem unabhängigen Experiment mit siRNA wurde Dectin-1 als Rezeptor für A. fumigatus bestätigt. Wie fortführende Experimente mit Candida albicans KS und Zymosan gezeigt haben, handelt es sich bei Dectin-1 auf humanen DCs um einen generellen Rezeptor für Pilze. Die durchgeführten SNP-Analysen (single nucleotide polymorphism) zur Ermittlung eines Zusammenhanges mit einem erhöhten Virus- und Pilzinfektionsrisiko für Patienten nach Stammzelltransplantation erbrachten die Erkenntnis darüber, dass zwei Marker (rs735240, rs2287886) in DC-SIGN mit einer erhöhten Empfänglichkeit für HCMV, und drei Marker (rs1554013, rs3921, rs4257674) in CXCL10 mit einem vergrößerten Riskio für eine invasive Aspergillose assoziiert waren. Ein Screening von Patienten auf das Vorhandensein dieser definierten SNPs könnte helfen, die individuelle Gefahr für HCMV und A. fumigatus nach nach allogener Stammzelltransplantation abzuschätzen.
N2  - Patients after allogenic stem cell transplantation (alloSCT) have an increased risk to suffer from viral and fungal infections, which are mainly caused by the human cytomegalovirus (HCMV) and the mold Aspergillus fumigatus. Due to their localization in tissues under lung epithelia and the gastrointestinal tract, dendritic cells (DCs) are considered to be the first cells coming into close contact with HCMV and A. fumigatus for the activation of innate and adaptive immune mechanisms. Within the scope of this dissertation, the role of human monocyte-derived DCs in the abatement of HCMV and A. fumgatus was analyzed. In order to work with HCMV, a cell culture system for effective culturing of the clinical relevant HCMV strain TB40E had to be established first. The viral particles up-cleaned from lung fibroblasts were used for infection of DCs and successful infection was approved by different staining methods. For this reason, it was possible to determine a time-dependent expression profile of class I interferons (IFN-alpha, IFN-beta), selected cytokines (CXCL10, CXCL11, Rantes) and immunoreceptors (TLR3, DC-SIGN). A RNA interference (RNAi) system for human DCs was established to significantly knock-down expression of TLR3 without the induction of an unwanted pro-inflammatory cytokine response. Stimulation experiments with the synthetic polymer poly I:C (which resembles dsRNA of infectious viruses) identified TLR3 as a receptor for triggering expression of IFN-beta. However, whether there is a direct activation of TLR3 through dsRNA intermediates, possibly emerging during replication of HCMV, can not be answered to date definitively, because TLR3 small interfering RNA (siRNA) transfection prior to HCMV infection did not result in minor expression of IFN-beta. Gene expression pattern of DCs after co-cultivation with living A. fumigatus germ tubes was studied by whole genome microarray analysis and real-time PCR, demonstrating an upregulation of a broad spectrum of cytokines (TNF-alpha, IL-6, IL-10, IL-12), chemokines (IL-8, CCL20, CXCL10), co-stimulatory molecules (CD40, CD80, CD83, CD86), prostaglandin synthesis genes (PTGS2), as well as genes involved in fungal recognition (PTX-3, TLR2, TLR4) and cytoskeleton organization / phagocytosis. As the sentries of the immune system, DCs must recognize fungi at an early step of infection. Pathogen detection is mediated by different receptors comprising TLRs, C-type lectins and Pentraxines (PTX), but only little is known about their relevance for DCs. Using specific siRNAs, expression of TLR2, TLR4, myeloid differentiation primary response gene 88 (MyD88), dendritic cell-specific ICAM3-grabbing nonintegrin (DC-SIGN), Pentraxin-3 (PTX-3) and caspase recruitment domain family member 9 (Card-9) was significantly diminished, respectively. In contrast to control experiments with TLR4 siRNA and LPS stimulation, A. fumigatus induced expression of pro-inflammatory cytokines (TNF-alpha, IL-12) was not reduced when TLR2 and TLR4 expression was knocked-down by specific siRNAs prior to infection. However, using siRNAs directed against Dectin-1 allowed demonstration of an interaction between Dectin-1 and A. fumigatus germlings, Candida albicans germ tubes and Zymosan. In an independent approach, cytokine secretion could be blocked by anti-Dectin-1 antibody treatement prior to fungal exposure. In conclusion, Dectin-1 was identified as an important fungal receptor on DCs whereas TLR2 and TLR4 seemed to play a negligible role. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) in various cellular receptor genes are associated with the susceptibility to and severity of infectious diseases. In this study, genetic polymorphisms in genes encoding for virus entry receptors have been analyzed for their association to HCMV reactivation and disease in patients after allogeneic stem cell transplantation. A comparison of different genotyping methods highlighted the advantages of the Light Cycler system, the cycle-suequencing and the matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry (MALDI-MS) when using small quantities of patients’ DNA. Two markers (rs735240, rs2287886) in the promoter region of DC-SIGN were found to be significantly associated with an increased susceptibility to HCMV. In addition, three SNPs (rs1554013, rs3921, rs4257674) in CXCL10 elevated the risk for the development of invasive aspergillosis. Screening of patients after alloSCT for the presence of these defined genetic polymorphisms may help to predict the individual risk to suffer from HCMV and A. fumigatus after alloSCT.
KW  - Aspergillus fumigatus
KW  - Cytomegalie-Virus
KW  - Dendritische Zelle
KW  - Granulozyt
KW  - SNP
KW  - Microarray
KW  - Toll-like-Rezeptoren
KW  - RNS-Interferenz
KW  - Aspergillus fumigatus
KW  - human cytomegalovirus
KW  - dendritic cell
KW  - polymorphonuclear neutrophil
KW  - SNP
KW  - Microarray
KW  - Toll-like Receptor
KW  - RNA interference
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27254
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weber, Natalia
T1  - Psychosoziale Aspekte bei hereditärer Mamma/Ovarial-Ca-Belastung
T1  - Psychosocial aspects of hereditary breast/ovarian cancer exposure
N2  - Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der psychischen Befindlichkeit und anderer gesundheitsbezogenen Konditionen der Frauen und Männer mit familiären Mamma- und Ovarialkarzinomrisiko sowie die Klärung hinsichtlich der Bewältigung und Auswirkung genetischer Risikoinformation. Es wurden Risikowahrnehmung, Informationsstand, Inanspruchnahme der Beratungsangebote sowie der Früherkennungsmaßnahmen, Einstellung gegenüber genetischer Brustkrebsdiagnostik und familiärer/sozialer Kommunikation untersucht. Die vollständig ausgefüllten Fragebögen von Ratsuchenden und Betroffenen, die an der Beratung und Befragung im Zentrum für „Familiären Brust-/Eierstockkrebs“ teilgenommen haben, wurden von uns ausgewertet. Für die beratenden Institutionen ist das Wissen der vielfältigen psychischen und sozialen Folgen bei den Testsuchenden und deren Familien sehr wichtig. Nur so kann das Betreuungskonzept und das Beratungsangebot verbessert werden.
N2  - Goal of this dissertation was to examine the mental state and other health related conditions of women and men with familial breast and ovarian cancer risk and the clarification with regard to coping and impact of genetic risk information. Risk perception, level of information, usage of advisory services and early diagnosis measures, attitude towards genetic breast cancer diagnosis and familial/social communication have been investigated. The completely filled questionnaires of medical advice seeking and concerned persons having participated in the counseling and questioning in the center of familial breast and ovarian cancer have been evaluated by us. For the counseling institutions it is very important to have knowledge about the multifaceted mental and social implications of persons undergoing tests and their families. This is the only way to improve the care concept and the advisory services.
KW  - Brustkrebs
KW  - Eierstockkrebs
KW  - Psychosoziale Situation
KW  - Psychosoziale Beratung
KW  - Genetik
KW  - psychosoziale Aspekte
KW  - Krebserkrankungen
KW  - psychosocial aspects
KW  - cancer
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28330
ER  - 
TY  - THES
A1  - Patiño Gonzalez, Edwin
T1  - Functional Studies and X-Ray Structure Analysis of Human Interleukin-5 Receptor Alpha and Human Interleukin-5 Complex
N2  - Interleukin-5 (IL-5) is a member of the hematopoietic class I cytokines and is specifically involved in eosinophil activation. IL-5 plays an important role in disease conditions such as allergic asthma and other hypereosinophilias, which are characterized by highly increased levels of eosinophils in peripheral blood and tissues. The IL-5 receptor is a heterodimer consisting of a binding alpha subunit (IL- 5Rα) and a common beta subunit (IL-5Rβ). This IL-5Rβ is shared with the IL-3 and GM-CSF receptors. The IL-5Rα is required for ligand-specific binding, whereas the association of the IL-5Rβ subunit triggers intracellular signal transduction. Previous studies have described the crystallographic structure of human IL-5 (hIL-5), as well as that of the common IL-5Rβ chain (IL-5Rβc) However, no experimental structural data are yet available for the interaction of the high-affinity IL-5 receptor IL-5Rα with its ligand IL-5. Therefore, this thesis had the principle objective to gain new insights into the basis of this important agonist-receptor interaction. In particular, data on the recombinant expression, purification and preparation of the binary complex of hIL-5 bound to the receptor ectodomain of hIL-5Rα are shown, as well as the subsequent crystal structure analysis of the binary ligand-receptor (hIL-5Rα/hIL-5) complex. Both proteins were expressed in an Escherichia coli expression system, purified to homogeneity, and crystallized. However, since the initial analysis of these crystals did not show any X-ray diffraction, each step of the preparation and crystallization procedure had to be stepwise optimized. Several improvements proved to be crucial for obtaining crystals suitable for structure analysis. A free cysteine residue in the N-terminal domain of the hIL-5Rα ectodomain protein was mutated to alanine to remove protein heterogeneity. In addition, hIL-5 affinity chromatography of the receptor protein proved to be absolutely crucial for crystal quality. Additive screening using the initial crystallization condition finally yielded crystals of the binary complex, which diffracted to 2.5Å resolution and were suitable for structure analysis. The preliminary structure data demonstrate a new receptor architecture for the IL-5Rα ligand-binding domain, which has no similarities to other cytokine class I receptor structures known so far. The complex structure demonstrates that the ligand-binding region of human IL-5Rα is dispersed over all three extracellular domains, and adopts a binding topology in which the cytokine recognition motif (CRM) needs the first Fn-III domain of the human IL-5Rα to bind the ligand. In a second project, a prokaryotic expression system for murine IL-5 (mIL-5) was established to allow the production of mIL-5 and mIL-5 antagonist that should facilitate functional studies in mice. Since the expression of mIL-5 in E. coli had never been successful so far, a fusion protein system was generated expressing high yields of mIL-5. Chemical cleavage with cyanogen bromide (CNBr) was used to release mIL-5 monomers, which were subsequently purified and refolded. This technique yielded an active murine IL-5 dimer as confirmed by TF-1 cell proliferation assays. The protein was crystallized and the structure of mIL-5 could be determined at 2.5Å resolution. The molecular structure revealed a symmetrical left-handed four helices bundle dimer similar to human IL-5. Analysis of the structure-/function relationship allowed us to design specific mIL-5 antagonist molecules, which are still under examination. Taken together, these findings provide further insights in the IL-5 and IL-5R interaction which may help to further understand and depict this and other cytokine-receptor interactions of similar architecture, e.g. the IL-13 ligand-receptor system. Ultimately, this may represent another piece of puzzle in the attempts to rationally design and engineer novel IL-5-related pharmacological therapeutics.
N2  - Interleukin-5 (IL-5) ist ein Mitglied der Gruppe der hematopoetischen Zytokine der Klasse I und spielt eine Schlüsselrolle bei der Aktivierung von eosinophilen Granulozyten. IL-5 hat damit ein wichtige pathophysiologische Funktion bei der Entstehung von Krankheiten wie allergischem Asthma und anderen Hypereosinophilien, die alle durch eine stark erhöhte Zahl von Eosinophilen in peripherem Blut und Geweben charakerisiert sind. Der IL-5 Rezeptor ist ein Heterodimer, der aus einer alpha-Untereinheit (IL-5Rα) und einer mit den IL-3 und GM-CSF Rezeptoren gemeinsamen beta-Untereinheit (IL-5Rβ) besteht. Der IL-5Rα ist für die spezifische Liganden-Bindung notwendig, während der mit der IL-5Rβ Untereinheit assozierte Komplex die intrazelluläre Signaltransduktion einleitet. In früheren Studien konnte bereits die Kristallstruktur des menschlichen IL-5 (hIL-5) und der gemeinsamen IL-5Rβ-Kette (IL-5Rβc) aufgeklärt werden. Allerdings liegen bisher noch keine experimentellen Strukturdaten für die Interaktionen des hochaffinen IL-5 Rezeptor IL-5Rα mit seinem Ligand IL-5 vor. Deshalb war es die Hauptzielsetzung dieser Arbeit, neue Einblicke in die molekulare Basis der Interaktion von IL-5 Rezeptor und Agonisten zu gewinnen. Im Einzelnen beschreibe ich in dieser Arbeit die rekombinante Expression, Aufreinigung und Herstellung des binären Komplexes von der hIL-5 Bindung an die extrazellulären Domäne des Rezeptors hIL-5Rα sowie die anschließende kristallographische Strukturanalyse dieses binären Ligand-Rezeptor-Komplexes (hIL-Rα/hIL-5). Beide Proteine wurden in einem Escherichia coli-Expressionssystem rekombinant hergestellt, bis zur Homogenität gereinigt und anschließend kristallisiert. Die Analysen dieser ersten Kristalle zeigten nicht die gewünschte Beugung der Röntgenstrahlung, weshalb in allen anschließenden Schritten eine schrittweise Optimierung der Produktions- und Kristallisationsbedingungen durchgeführt wurde. Als Ergebnis dieser Optimierungsstrategie konnten schließlich Kristalle erhalten werden, die für eine Strukturanalyse geeignet waren. Ein ungepaartes Cystein in der N-terminalen Domäne des extrazellulären hIL-5Rα-Protein wurde durch Alanin ersetzt, um so die Protein-Heterogenität durch Cystein-Oxidationsprodukte zu verringern. Die affinitätschromatographische Aufreinigung des Rezeptorproteins war ebenfalls entscheidend, um eine hohe Kristallqualität zu erreichen. Die Verwendung verschiedener Additivsubstanzen zusätzlich zu der initialen Kristallisationsbedingungen führte letztlich zur Bildung für die Strukturanalyse geeigneter Einzelkristallen des binären Komplexes (hIL-5Rα/hIL-5). Ihre Messung ergab Beugungsdaten mit einer maximalen Auflösung von 2.5Å. Eine erste Strukturanalyse zeigt klar, dass die Liganden-bindende Domäne des IL-5Rα Rezeptors eine bisher unbekannte, neuartige Rezeptor-Architektur aufweist, die keinerlei Ähnlichkeit zu bisher bekannten Zytokinrezeptor-strukturen der Klasse I hat. Die Struktur des Komplexes zeigt zudem, dass das Liganden-bindende Epitop von IL-5Rα über alle drei extrazelluläre Domänen verteilt ist und eine Topologie aufweist, in der zusätzlich zu dem Zytokin-Erkennungsmotiv (CRM) die erste Fn-III Domäne von hIL-5Rα benötigt wird, um den Liganden hochaffin binden zu können. In einem zweiten Projekt wurde ein prokaryotisches Expressionssystem für murines Interleukin-5 (mIL-5) entwickelt, welches die Produktion von mIL-5 und eines mIL-5 Antagonisten für funktionelle Studien in einem Mausmodell ermöglichen sollte. Da eine rekombinante Produktion von mIL-5 in E.coli bisher nicht erfolgreich war, wurde ein Fusionsproteinsystem entwickelt, welches die Produktion großer Mengen von mIL-5 Protein erlaubt. Es wurde eine chemische Spaltung mit Cyanbromid (CNBr) durchgeführt, um das Monomer aus dem Fusionsprotein freizusetzen. Das so erhaltene mIL-5 Monomer wurde gereinigt und renaturiert. Nach Rückfaltung zeigt das dimere Protein in TF-1 Zellen eine mit den Literaturwerten vergleichbare biologische Aktivität. Das so erhaltene mIL-5 Protein wurde kristallisiert und mittels Röntgenbeugung analysiert. Auf diese Weisen konnten Beugungsdaten von mIL-5 Kristallen mit einer maximalen Auflösung von 2.5Å erhalten werden. Die Struktur weist ähnlich wie das humane IL-5 ein symmetrisches Vier-Helix Bündel auf. Die Struktur-/Funktionsanalyse ermöglichte daraufhin, definierte mIL-5-Antagonisten zu entwickeln, die sich derzeit noch in der Untersuchung befinden. Zusammengefasst tragen die hier präsentierten Ergebnisse dazu bei, die molekularen Grundlagen der spezifischen IL-5 und IL-5R Bindung sowie Interaktionen ähnlichen Liganden-Rezeptor-Typen zu verstehen. Letztendlich besteht die Hoffnung, dass diese und ähnliche Arbeiten ein weiteres wichtiges Puzzlestück darstellen bei dem Versuch, neue und innovative pharmakologische Therapieansätze zu entwickeln, die bei dem für die Pathophysiologie von Asthma wichtigen Schlüsselmolekül IL-5 angreifen.
KW  - Functional Studies
KW  - Interleukin-5
KW  - structure analysis
KW  - Strukturanalyse
KW  - Interleukin-5
KW  - Functional Studies
KW  - Interleukin-5
KW  - structure analysis
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27319
ER  - 
TY  - THES
A1  - Riedel, Alexander
T1  - Untersuchungen zur endogenen MHC-Klasse-II-restringierten Präsentation nukleärer Antigene
T1  - Investigation of the endogenous MHC class II-restricted presentation of nuclear antigens
N2  - Die endogene Präsentation von intrazellulären Antigenen auf Major-Histokompatibilitätskomplex Klasse-II (MHC-II) -Molekülen ist von entscheidender Bedeutung für eine Reihe von immunologischen Prozessen. Die mechanistischen Grundlagen dieses Präsentationsweges sind aber noch weitgehend unverstanden. Ziel dieser Arbeit war es, einen Beitrag zum molekularen Verständnis der Abläufe zu leisten, die an der endogenen Präsentation nukleärer Antigene auf MHC-II-Molekülen beteiligt sind. Dazu sollte am Beispiel des nukleär lokalisierten Modellantigens Neomycin-Phosphotransferase II (NucNeoR) sowie des viralen Kernantigens Epstein-Barr-virus nuclear antigen 3C (EBNA3C) und entsprechender antigenspezifischer MHC-II-restringierter CD4+ T-Zellen die verantwortlichen Präsentationswege in professionell und nicht-professionell antigenpräsentierenden Zellen untersucht werden. In beiden Zellsystemen wurde NucNeoR über einen endogenen Präsentationsweg und nicht über die Freisetzung und Wiederaufnahme als exogenes Protein auf MHC-II-Molekülen präsentiert. Durch die Verwendung chemischer Inhibitoren konnte eine Beteiligung der Autophagie an der endogenen Antigenpräsentation nachgewiesen werden. Da Autophagie ausschließlich im Zytoplasma stattfindet, wurde nach möglichen Eintrittspforten für nukleäre Proteine in diesen Abbauweg gesucht. Für die Autophagie-abhängige Präsentation von NucNeoR war weder ein CRM1-vermittelter aktiver Export des Antigens aus dem Kern ins Zytoplasma, noch eine Auflösung der Kernmembran im Rahmen der Zellteilung und der dadurch bedingten Durchmischung nukleärer und zytoplasmatischer Bestandteile notwendig. Mit Hilfe eines konditionalen Antigenexpressionsystems und der Auftrennung antigenexprimierender Zellen nach Zellzyklusphasen konnte eine verstärkte Antigenpräsentation in der G1/0-Phase nachgewiesen werden, die mit fortschreitendem Zellzyklus immer mehr abnahm. Die Antigenpräsentation korrelierte dabei mit der ebenfalls im Laufe des Zellzyklus abnehmenden Transkriptions- bzw. Translationsrate des Antigens, aber nicht mit der absoluten Menge an Antigen in den Zellen. Bei abgeschalteter Antigentranskription dagegen korrelierte die Antigenpräsentation mit der MHC-II-Oberflächenexpression, die von der G1/0- bis hin zur G2/M-Phase kontinuierlich zunahm. Eine ähnliche Korrelation von Antigentranskription/ Antigentranslation und Autophagie-abhängiger Antigenpräsentation wurde auch für EBNA3C und die zytoplasmatisch lokalisierte NeoR-Variante beobachtet. Diese Ergebnisse identifizieren die Autophagie-abhängige Präsentation neusynthetisierter Proteine als den verantwortlichen molekularen Mechanismus für die endogene Präsentation der untersuchten nukleären Antigene auf MHC-II-Molekülen. Durch die Kopplung von Translation und autophagischem Abbau erlangen Proteine unabhängig von ihrer subzellulären Lokalisation Zugang zu diesem Präsentationsweg und erweitern so das Spektrum der intrazellulären Antigene, die einer CD4+ T-Zellüberwachung unterliegen.
N2  - The endogenous presentation of intracellular antigens on major histocompatibility complex class II (MHC-II) molecules plays an important role in adaptive immune responses, but the underlying molecular mechanisms are not well understood. The aim of this study was to gain insight into the endogenous presentation pathways for nuclear antigens on MHC-II molecules. By using antigen-specific CD4+ T cell clones, MHC-II presentation of the nuclear antigens neomycin phosphotransferase II (NucNeoR) and Epstein-Barr virus nuclear antigen 3C (EBNA3C) was studied in professional and non-professional antigen presenting cells (APC). Both types of APC presented peptides derived from these nuclear proteins on MHC-II molecules by an endogenous presentation pathway and not by release and reuptake as exogenous protein. Inhibition of autophagy drastically reduced endogenous antigen presentation, indicating that nuclear proteins enter the MHC-II processing and loading compartment through autophagic vesicles. Because autophagocytosis occurs in the cytoplasm, potential entry routes for nuclear proteins into this pathway were investigated. Endogenous presentation of NucNeoR on MHC-II molecules by autophagy did neither involve the CRM1-mediated export of the nuclear protein into the cytoplasm, nor the redistribution of nuclear and cytoplasmic components following the dissolution of the nuclear envelope during mitosis. Conditional antigen expression and cell cycle phase separation of antigen-expressing cells revealed that antigen presentation was maximal in cells in G1/0 and then gradually decreased as cells progressed in the cell cycle. This reduction in antigen presentation correlated with a cell cycle-dependent decrease in antigen transcription/translation, but not with the total amount of antigen present in these cells. By contrast, when antigen expression was turned off, antigen presentation correlated with MHC-II surface expression, which increased from G1/0- to G2/M-phase. A similar correlation between antigen presentation and antigen transcription/translation was also observed for the antigens EBNA3C and the cytosolic variant of neomycin phosphotransferase II (NeoR). These results identify autophagocytosis of newly-synthesized proteins as the molecular mechanism mediating endogenous presentation of nuclear and cytosolic antigens on MHC-II molecules. By coupling protein translation and autophagocytosis, newly-synthesized proteins gain access to the endogenous MHC-II presentation pathway irrespective of their subcellular localisation and thereby broaden the spectrum of intracellular antigens that are presented to CD4+ T cells.
KW  - Autophagie
KW  - Antigenpräsentation
KW  - MHC
KW  - nukleäre Antigene
KW  - T-Zellen
KW  - autophagy
KW  - antigen presentation
KW  - MHC
KW  - nuclear antigen
KW  - T Lymphocytes
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25183
ER  - 
TY  - THES
A1  - Endlein, Thomas
T1  - Haftung und Fortbewegung: Kontrollmechanismen von Adhäsionskräften bei Ameisen
T1  - Locomotion and Adhesion: Control Mechanisms of Attachment in Ants
N2  - Natürliche Haftsysteme übertreffen technische Kleber in mehreren Aspekten: Sie haften auf nahezu allen Oberflächen, sind selbstreinigend und sind in ihrer Haftstärke dynamisch kontrollierbar. Für Tiere mit Haftorganen ist deren Kontrolle eine Grundvoraussetzung für effiziente Lokomotion. Wie können Tiere gut an Oberflächen haften und gleichzeitig schnell laufen? Wie werden Haftorgane kontrolliert, um auf rauen oder glatten Oberflächen senkrecht oder kopfüber zu haften und wieder loszulassen? Die vorliegende Arbeit untersucht am Beispiel vonWeberameisen (Oecophylla smaragdina), welche Kontrollmechanismen Insekten verwenden, um den Konflikt zwischen Haftung und Fortbewegung zu bewältigen. Weberameisen besitzen an ihren Füßen zwischen den Krallen ein entfaltbares Haftorgan (Arolium), welches im Vergleich zu anderen Hymenopteren stark vergrößert ist. Ihre enormen Haftkräfte (mehr als das 100-fache ihres Körpergewichtes) werden hauptsächlich eingesetzt, um Blätter für ihren Nestbau in den Baumkronen zusammenzuziehen. Sie sind Meister der Haftung und gute Läufer zugleich und eigneten sich daher sehr gut als Modellsystem. In der Arbeit wurde dieWechselwirkung von Haftung und Bewegung auf mehreren hierarchischen Ebenen untersucht, vom gesamten Körper über die Beine bis zum Haftorgan selbst. Es zeigte sich, dass Kontrollmechanismen auf allen drei Ebenen vorliegen. Im ersten Teil der Arbeit wurde durch Manipulationen an der Krallenziehersehne die komplexe innere Mechanik des Prätarsus aufgeklärt. Es zeigte sich, dass die Bewegungen von Tarsus, Krallen und Arolium in einer koordinierten Reihenfolge erfolgten. Durch Amputationen der Krallenspitzen an lebenden Ameisen konnte bestätigt werden, dass die Entfaltung des Aroliums durch das Verhaken der Krallen auf rauen Oberflächen mechanisch eingeschränkt wird. Der Einsatz des Aroliums war auch abhängig von der Oberflächenorientierung. Weberameisen setzten ihr Haftorgan beim aufrechten Laufen überhaupt nicht ein, beim Kopfüberlaufen auf glatten Oberflächen wurde dagegen nur ein Bruchteil der maximal möglichen Haftkontaktfläche entfaltet. Die Versuche zeigten, dass Ameisen die Entfaltung des Aroliums entweder aktiv, d. h. durch Kontraktion des Krallenziehermuskels, oder passiv durch Zugbewegungen des Tarsus graduell variieren. Beide Mechanismen werden von den Ameisen verwendet, um die ansonsten klein gehaltene Haftkontaktfläche bei Bedarf (z. B. bei Zusatzbeladungen) zu vergrößern. Die passive Entfaltung ist von der neuromuskulären Kontrolle entkoppelt und unterliegt somit nicht den Zeitverzögerungen von Reflexreaktionen. Durch plötzliche laterale Verschiebung der Laufoberfläche durch einen Stoß konnte eine schlagartige Ausfaltung der Arolien ausgelöst werden, die wesentlich schneller ablief als alle bekannten Reflexreaktionen. Dies kann als Sicherheitsmechanismus interpretiert werden, womit sich die Ameisen bei starken Erschütterungen der natürlichen Laufsubstrate (Blätter) durchWindstöße oder Regentropfen festhalten können. Sowohl Kraftmessungen an der Krallenziehersehne, welche die Kontraktion des Krallenziehermuskels nachahmten als auch Reibungskraftmessungen zur passiven Entfaltung des Aroliums zeigten, dassWeberameisen im Vergleich zu einer bodenlebenden Ameise ihre Haftorgane leichter entfalten konnten. Dies erleichtert es ihnen, ihre Haftorgane über lange Zeit im entfalteten Zustand zu halten, wie es beispielsweise beim Nestbau erforderlich ist. Mit Hilfe von dreidimensionalen Kinematikstudien konnte gezeigt werden, dass Weberameisen durch Änderungen des Beinwinkels zur Oberfläche das Schälverhalten der Haftorgane beeinflussen. Ein flacherer Winkel verhinderte das Abschälen der Haftorgane während der Standphase oder beim Tragen von Zusatzlasten; ein steilerer Tarsus hingegen erleichterte das Abschälen während der Ablösephase. Dieses Verhalten wurde mit dem Modell eines Klebebandes verglichen. Allerdings veränderten sich die Haftkräfte in einem bestimmten Winkelbereich deutlich stärker, als die Schältheorie es vorhersagen würde. Die starken Unterschiede in der Haftkraft an dieser Schwelle sind jedoch biologisch sinnvoll und werden wahrscheinlich von den Ameisen verwendet, um schnell zwischen Haften und Lösen zu wechseln. Messungen der Bodenreaktionskräfte zeigten einen weiteren Ablösemechanismus: Während der Ablösephase wird durch distales Schieben des Beines das Haftorgan entlastet und so eine passive Rückfaltung des Aroliums erlaubt. Beide Ablösemechanismen (Schälen und Entlasten) wurden für einzelne Beinpaare im unterschiedlichen Ausmaß von den Ameisen verwendet. Eine Umorientierung zur Schwerkraftrichtung, z. B. beim Kopfüberlaufen, hatte auch Einfluss auf das Laufmuster und die Beinstellung relativ zum Körperschwerpunkt. Die Ameisen passten beim Kopfx überlaufen ihren Gang so an, dass sie mehrere Beine gleichzeitig in Bodenkontakt hielten und langsamere und kürzere Schritte machten. Entstandene Drehmomente beim Tragen von Zusatzlasten wurden durch gezielte Änderungen der Beinpositionen ausgeglichen. Meine Arbeit zeigt, dass Insekten die Oberflächenhaftung auf verschiedenen hierarchischen Ebenen mit Hilfe verschiedener Anpassungen kontrollieren und dabei elegant neuromuskuläre Steuerungen mit rein passiven Mechanismen vereinigen. Die hier für Weberameisen exemplarisch untersuchten Effekte sind von allgemeiner Bedeutung für alle Tiere, die sich mit Hilfe von Haftorganen fortbewegen. Ein Verständnis der Mechanismen, mit denen Insekten Haftung dynamisch kontrollieren, könnte wichtige Anregungen für die Entwicklung von kletterfähigen Laufrobotern liefern.
N2  - Natural adhesive pads outperform technical adhesives in many aspects: they can stick to almost every surface, they have self-cleaning capabilities and are highly dynamic and versatile in their adhesive strength. Animals walking with adhesive pads have to vary their adhesion with each step in order to adhere safely yet have to detach their feet quickly and effortlessly. How can these animals control their attachment whilst walking upright or upside down, on different surface roughnesses or when carrying additional loads? Weaver ants (Oecophylla smaragdina) have foldable adhesive pads (arolia) at the tip of their feet, which are relatively large compared to other Hymenoptera. They use their pads to adhere to slippery leaf surfaces when they construct their nests in the tree canopy. Since these ants are both good runners and are capable of generating adhesive forces of more than 100 times their own body weight, they form a good model to study the conflict between locomotion and adhesion. In my thesis I have focused on the control mechanisms of adhesion at several hierarchical levels, from body kinematics to leg posture to the mechanics of the adhesive pad itself. In the first part of my studies, manipulation experiments on the claw flexor tendon revealed the complex inner mechanics of the pretarsus. A pull on the tendon elicited a coordinated sequence of movements where the arolium moved after the flexion of the claws. When ants run on rough surfaces the contraction of the muscle is stopped mechanically by the interlocking of the claws and prevents the unfolding of the arolium. Claw amputation experiments on walking ants confirmed that the mechanical control of the arolium depended on surface roughness. The unfolding of the arolium also varied with the load acting on the ants. When ants walked upright their pads were never engaged. When they walked in an upside down manner they used only a fraction of their possible contact area and increased their pad contact area when they carried additional loads. Ants adapted the pad contact size acitvely by a contraction of the claw flexor muscle and/or passively by a proximal pull on the leg. The passive unfolding mechanism of the pads is decoupled from a neuronal control and therefore can be very fast. In experiments where the substrate were displaced rapidly it caused a sudden unfolding of the arolium. The arboreal Weaver ants may use this as a safety mechanism to cling onto the leaves when heavy raindrops or wind gusts shake the substrate. Despite the large size of the arolium in Weaver ants, both the active and passive unfolding required less force than the measured for the smaller pads of a ground living species. The economical unfolding might help the ants to keep the pads unfolded over longer periods, for instance when they keep prey insects down, carry them or when they hold leaves in place for their nest contruction. Kinematic studies revealed that movements of the legs can influence the attachment and detachment of the pads in normal walking and when they carried loads. Ants prevented peeling of their pads by reducing the angle of the tarsus to the surface. Like peeling off an adhesive tape, the pull-off forces depend on the angle of pulling. However, experiments showed that ants quickly detach from a surface when the angle of their tarsus reaches an upper range of angles. By varying the tarsus angle slightly, ants may switch easily between attachment and detachment. Recording of ground reaction forces revealed another detachment mechanism. Walking ants unloaded their feet by distally pushing the leg in order to allow a passive recoil of the tarsus and the self-elastic arolium. Both mechanisms (peeling and unloading) were used in the three leg pairs to a different extend. Running upside down also changed the walking pattern. Ants kept more feet in simultaneous surface contact and walked more slowly. When ants carried loads upside down they compensated for tipping moments of the body, by varying the footfall positions. In summary,Weaver ants can control their attachment on different hierarchical levels and combine neuronal and passive mechanisms in an elegant way. The results shown here forWeaver ants are exemplary for all animals walking with adhesive pads and may provide insights for equipping climbing robots with artificial pads.
KW  - Ameisen
KW  - Laufen
KW  - Haftung
KW  - Biomechanik
KW  - Kontrolle
KW  - Adhäsion
KW  - Kontrollmechanismen
KW  - Biomechanik
KW  - Weberameisen
KW  - Oecophylla smaragdina
KW  - Adhesion
KW  - controll mechanism
KW  - biomechanics
KW  - weaver ants
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28985
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kukat, Alexandra
T1  - Mitochondriale Fusions- und Fissionsvorgänge am Modellsystem von Mega-Mitochondrien einer rho0-Zelllinie
T1  - Mitochondrial fusion and fission on the model system of megamitochondria of a rho0 cell line
N2  - Viele Funktionen der Mitochondrien basieren auf Prozessen, an denen sowohl mitochondriale wie auch kernkodierte Genprodukte beteiligt sind. Durch zahlreiche Interaktionen ist der Einfluss dieser Einzelkomponenten auf das zelluläre System oftmals nur schwierig erkennbar. Mit Hilfe von rho0 -Zellen, deren Mitochondrien über kein eigenes Genom mehr verfügen, kann die mitochondriale Genkomponente ausgeschlossen werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zunächst die metabolischen, proliferativen und morphologischen Eigenschaften einer rho0-Zelllinie 143B.TK-K7 untersucht, welche durch die Expression einer mitochondrial zielgesteuerten Restriktionsendonuklease hergestellt wurde. Während der Kultivierung bilden sich im Zytoplasma der 143B.TK-K7-Zellen mit fortlaufender Kultivierungszeit und zunehmenden Azidifizierung des Mediums Mega-Mitochondrien. Diese entstehen sowohl durch zahlreiche Fusionsereignisse als auch einem Schwellen durch vermehrten Wassereinfluss in die Mitochondrienmatrix. Alle Mitochondrien liegen dann als große kugelförmige Strukturen in der Zelle vor und nehmen somit die geringste Oberfläche zu einem vorhandenen Volumen ein. Die Entstehung der Mega-Mitochondrien ist dabei abhängig von einer hohen Protonenkonzentration zusätzlich zu einer ausreichend großen Menge an Laktat im Medium (Milchsäure). Zudem zeigt sich, dass auch in Zellen, welche noch ein mitochondriales Genom besitzen, durch diese Bedingungen die Bildung von Mega-Mitochondrien induziert werden kann. Bei der Entstehung der Mega-Mitochondrien handelt es sich zunächst nicht um apoptotische Vorgänge, da durch den Austausch des aziden Mediums eine äußerst schnelle Rückbildung in ein, den rho0-Zellen ähnliches Mitochondriennetzwerk erfolgt. Metabolische Untersuchungen zeigen, dass für die Rückbildung der Mega-Mitochondrien zu einem Netzwerk ausschließlich die im Medium vorhandene Protonenkonzentration ausreichend gering sein muss. Durch immunzytochemische Untersuchungen wurde deutlich, dass sowohl das mitochondriale Fusionsprotein MFN2 wie auch das Fissionsprotein DNM1L während der Entstehung und auch Rückbildung der Mega-Mitochondrien in punktförmigen Bereichen an der äußeren Mitochondrienmembran lokalisieren. Um zu überprüfen, ob die Bildung der Mega-Mitochondrien durch einer Überexpression von Proteinen der Fissionsmaschinerie verhindert wird, wurden PAGFP- bzw. EGFP-Fusionsproteine mit hFis1 und DNM1L hergestellt und in die 143B.TK-K7-Zellen transfiziert. Dabei führt eine verstärkte Expression von hFis1 zu aggregierten Mitochondrien, welche zwar anschwellen, nach einem Mediumwechsel jedoch trotzdem bestehen bleiben. Eine Überexpression von DNM1L hat keinen Einfluss auf die Entstehung und Rückbildung der Mega-Mitochondrien. Durch Inhibierung des Tubulin- bzw. Aktin-Zytoskeletts, konnte gezeigt werden, dass eine Zerstörung des Tubulin-Zytoskeletts auf die Entstehung und Rückbildung der Mega-Mitochondrien keine Auswirkungen hat. Die Untersuchungen zu dem Einfluss des Aktin-Zytoskeletts zeigen, dass die Mega-Mitochondrien ringförmig von dem Aktin-Zytoskelett umgeben sind. Mit Hilfe von Fluoreszenzprotein-Markern für die äußere und innere Mitochondrienmembran wurden die Mega-Mitochondrien als Modellsystem für mitochondriale Fusions- und Fissionsstudien verwendet. Somit konnte in der vorliegenden Arbeit mitochondriale Fusion und Fission zum ersten Mal an lebenden Zellen direkt beobachtet werden und führte nachfolgend zu der Einteilung von Fusionsvorgängen der Mitochondrien in einen Modus 1, bei dem eine zeitlich gekoppelte vollständige Fusion von sowohl äußerer wie auch innerer Membran geschieht und einen Modus 2, bei dem die Fusion der äußeren Membranen ohne die Fusion der inneren Membranen erfolgt. In ähnlicher Weise kann die Fission von Mitochondrien unterteilt werden. In einem als Modus 1 bezeichneten Mechanismus beginnt die Rückbildung der Mega-Mitochondrien zunächst mit einer Tubulierung der Mitochondrien hin zu langen Mitochondrienschläuchen, die einen nur geringen Durchmesser besitzen. Erst dann treten vermehrt zeitlich sehr schnell ablaufende Fissionsvorgänge auf. Zusätzlich wurde ein Modus 2-Mechanismus der Fission beobachtet, welcher aus einer unvollständigen Fusion resultiert, bei dem die inneren Membranen noch nicht miteinander verschmolzen sind. Auf elektronenmikroskopischer Ebene finden während der Mega-Mitochondrien-Bildung drastische Veränderung von zwiebelringartigen Cristae hin zu einer Abnahme von inneren Membranstrukturen und der elektronendichte im Matrixraum statt. Somit ist im Rahmen dieser Arbeit zum ersten Mal eine optische Beobachtung sowohl dieser Bewegungen wie auch von Fusions- und Fissionsprozessen und deren zeitlich Auflösung in vivo mit Hilfe der Mega-Mitochondrien gelungen.
N2  - A variety of mitochondrial features are based on processes involving mitochondrially encoded as well as nuclear encoded gene products. By means of these manifold interactions it is difficult to discern the influences of the single components. One effort to overcome these difficulties was the development of cells devoid of endogenous mtDNA (so called rho0 cells) and therefore to exclude the mitochondrial genetic component. The aim of this thesis was the investigation of the metabolic, proliferative and morphologic characteristics of a rho0 cell line (143B.TK-K7) based on a 143B.TK- background. This cell line was developed by the expression of a mitochondrially targeted restriction endonuclease. During the cultivation and proceeding acidification of the culture medium by lactic acid megamitochondria developed in the cytoplasm of the 143B.TK-K7 cells. These megamitochondria form both by multiple fusion events and an additional increase in water influx into the matrix. All mitochondria then exist as large spherical structures with diameters of up to 7 µm and therefore receive the smallest surface area to a given volume. The formation of megamitochondria is dependent on a high proton production level additional to a sufficient amount of lactate (lactic acid) in the medium. Furthermore it is possibly to induce megamitochondria in cells still possessing a mitochondrial genome by these conditions. The formation of megamitochondria is not a sign of apoptotic processes per se, because the back-formation of the megamitochondria into a rho0-like network can be induced very fast by the exchange of the acidulated medium. Initial deformations of the megamitochondria are followed by tubulation in progressive mitochondria tubules and numerous fission events. Metabolic analyses show that this backformation only depends on a sufficient low concentration of protons in the medium. When the given threshold is not being traversed the megamitochondria persist. Immunocytological investigations both of the fusion protein MFN2 and the protein of the fission machinery DNM1L demonstrate a constant mitochondrial distribution in focal regions of the outer mitochondrial membrane during formation as well as back-formation of megamitochondria. By overexpressing the fission proteins hFis1 and DNM1L respectively in 143B.TK-K7 cells, it should be tested whether or not megamitochondria develop. The enhanced expression of hFis1 led to the formation of aggregated mitochondria that indeed swell but persist after changing the medium. The overexpression of DNM1L has no influence on the formation as well as the back-formation of the megamitochondria. Incubation of the cells with inhibitors for the tubulin respectively actin cytoskeleton evidenced that the destruction of the tubulin cytoskeleton has no consequence for the formation and back-formation of megamitochondria. Unclear results were obtained with inhibitors of the actin cytoskeleton probably due to secondary effects of the inhibitors to the cells. However the findings showed that the megamitochondria are embedded into the actin cytoskeleton. Additionally the megamitochondria were used as a model system for mitochondrial fusion and fission events. For this purpose fluorescent protein markers for the inner and outer mitochondrial membrane were created. With these tools it was possible to observe directly mitochondrial fusion and fission in living cells by confocal microscopy. Furthermore this led to the classification of fusion processes of the mitochondria in a mode 1 with temporally coupled fusion of outer and inner membrane and a mode 2 where the fusion of outer membrane occurs independent of the inner membrane fusion. In a similar way the fission of mitochondria can be sub-classified: mode 1 is featured during the back-formation of megamitochondria by increasing tubulation events in long mitochondrial tubules with thin diameters. Only at this point very fast fission events could be observed. Furthermore in a fission mode 2 that results from an incomplete fusion of inner mitochondrial membranes, the outer membrane invaginates from one side along the unfused inner membranes until two separate mitochondrial units exist. During the megamitochondria formation on electron microscopic level drastic changes occur from fuzzy onion like structures to a decrease of inner membranes and electron density in the matrix. Additionally inversions and inclusions consisting of one membrane and also double membranes are evident. Comparisons with confocal microscopy images show that these inclusions apparently accomplish undirected movements with high velocity. In the present thesis it was possible to observe for the first time these movements as well as mitochondrial fusion and fission in living cells with an outstanding optical and temporal resolution.
KW  - Mitochondrium
KW  - Spaltung
KW  - Verschmelzung
KW  - Mitochondrien
KW  - rho0
KW  - mitochondria
KW  - rho0
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-26484
ER  -