TY  - JOUR
A1  - Castillo, Ruth
A1  - Wurdack, Mareike
A1  - Pauli, Thomas
A1  - Keller, Alexander
A1  - Feldhaar, Heike
A1  - Polidori, Carlo
A1  - Niehuis, Oliver
A1  - Schmitt, Thomas
T1  - Evidence for a chemical arms race between cuckoo wasps of the genus Hedychrum and their distantly related host apoid wasps
JF  - BMC Ecology and Evolution
N2  - Background
Brood parasites can exert strong selection pressure on their hosts. Many brood parasites escape their detection by mimicking sensory cues of their hosts. However, there is little evidence whether or not the hosts are able to escape the parasites’ mimicry by changing these cues. We addressed this question by analyzing cuticular hydrocarbon (CHC) profiles of Cerceris and Philanthus wasps and their brood parasites, cuckoo wasps mimicking the CHC profiles of their hosts. Some of these hosts use hydrocarbons to preserve their prey against fungal infestation and thus, they cannot significantly change their CHC composition in response to chemical mimicry by Hedychrum brood parasites.

Results
We found that the CHC overlap between brood parasites and their hosts was lower in case of host wasps not preserving their prey than in case of prey-preserving host wasps, whose CHC evolution is constrained. Furthermore, the CHC profiles in non-preserving host wasps is more strongly diversified in females than in males, thus in the sex that is chemically mimicked by brood parasites.

Conclusion
Our results provide evidence for a chemical arms race between those hosts that are liberated from stabilizing selection on their chemical template and their parasites.
KW  - chemical mimicry
KW  - philanthidae
KW  - hymenoptera
KW  - evolutionary arms race
KW  - cuticular hydrocarbons
KW  - chrysididae
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-301289
VL  - 22
IS  - 1
ER  - 
TY  - THES
A1  - Castillo Cajas, Ruth
T1  - Evolution and diversity of cuticular hydrocarbon proﬁles of cuckoo wasps
T1  - Evolution und Diversität der Kohlenwasserstoffprofile der Goldwespen
N2  - Cuticular hydrocarbons (CHC) abound on the surface of arthropods. In spite of their simple structure (molecules of carbon and hydrogen atoms), they provide pivotal functions in insects: their hydrophobic properties confer the insects a means to regulate water balance and avoid desiccation, whereas their diversity has enhanced their use as signals and cues in a wide range of communication and recognition processes. Although the study of CHC in insects over the past two decades has provided great insight into the wide range of functions they play, there is still a gap in understanding how they diversify and evolve. In this thesis, I have used members of the family Chrysididae to explore patterns of diversiﬁcation of CHC. Most of the species of cuckoo wasps in this study are specialized parasitoids or kleptoparasites of mainly solitary hymenopteran hosts. Other hosts of the family include butterﬂies or stick insects. Cuckoo wasps are a particular interesting model to study the evolution of cuticular hydrocarbons because of their chemical adaptations that allow them to remain unrecognized by their hosts. Chemical insigniﬁcance (the reduction of the total amount of CHC on the cuticle) and chemical mimicry (the de novo production of CHC proﬁles resembling those of their female host) have been described in some representatives of the family and unpublished evidence suggests chemical deception is widespread in Chrysididae (Chapter 2). Nonetheless, to trace the evolution of any trait of interest, a reliable phylogenetic reconstruction of the family is required. Therefore, the ﬁrst study of this thesis constitutes the largest and to-date most reliable phylogenetic reconstruction of the family Chrysididae, which includes representatives of 186 species of cuckoo wasps. While the results of this phylogenetic reconstruction are consistent with previous ideas on the relationships of subfamilies and tribes, it shows the existence of several non-monophyletic genera (Chapter 3). CHC are involved in intraspeciﬁc recognition, often acting as contact sex pheromones. Nevertheless, it is not yet understood to what extent CHC proﬁles diﬀer between the two sexes and whether some compound classes are more prevalent in one or the other sex. So far, no comparison of CHC proﬁles of males and females has been done for more than a dozen of related species. In Chapter 4, I describe and compare CHC proﬁles of females and males of 58 species of cuckoo wasps in order to evaluate whether and to what extent CHC proﬁles of these species diﬀer between the sexes. I demonstrated that CHC proﬁles of cuckoo wasps are frequently (more than 90% of the species analyzed) and strongly dimorphic (both sexes of a given species tend to produce very diﬀerent CHC compounds). Methyl-branched compounds tend to be more prevalent in males (especially dimethyl-branched compounds) and unsaturated compounds prevail in females. Moreover, a sex-speciﬁc pattern in the distribution of the double bond position of alkenes was evident: internal double bond positions (> 11) occur predominantly in males, whereas alkenes with the doublé bond at position 9 were more abundant and frequent in females (Chapter4). In Chapter5, I investigated how CHC proﬁles of cuckoo wasps diﬀer across species. Are CHC proﬁles of cuckoo wasps species-speciﬁc, enabling their use as cues for species recognition? How do CHC proﬁles resemble phylogenetic relatedness? In Chapter 5, I try to answer these questions by comparing CHC proﬁles of 59 species of cuckoo wasps. CHC proﬁles of cuckoo wasps are shown to be species (and sex-) speciﬁc. I show that CHC proﬁles are useful as a complementary tool to help delimiting taxonomically diﬃcult sibling species. Moreover, the evaluation of CHC proﬁles of ﬁve commonly occurring species within a genus, showed little or no geographical variation. However, CHC proﬁles of closely related species may diﬀer strongly among each other, not being useful to track the evolutionary history of species (Chapter 5). Sexual selection is generally credited for generating striking sexual dimorphism by causing changes in male traits. Most often, sexual selection has a stronger eﬀect on males, who compete for access to and may be selected by females, thus male traits may rapidly evolve. Nevertheless, in cuckoo wasps, it appears that it is the female sex the one evolving faster changes, with females of very closely related species showing extremely divergent proﬁles. One plausible reason for this disparity is that natural selection acting on female’s CHC proﬁles may be stronger than sexual selection on males (Chapter 6). Since females of cuckoo wasps are most probably engaged in an evolutionary arms race with their female hosts, CHC proﬁles of female cuckoo wasps are likely rapidly evolving, thus explaining part of the strong observed sexual dimorphism of CHC (Chapter 6). In fact, Chapter 7 shows evidence of a possible ongoing evolutionary arms race between ﬁve cuckoo wasps of the genus Hedychrum and their hosts. Hedychrum species parasitize either Coleoptera-hunting or Hymenoptera-hunting digger wasps. Since the coleopteran prey of the former digger wasps is naturally better protected against fungus infestation, these wasps do not embalm their prey with alkene-enriched secretions as do the Hymenoptera-hunting digger wasps. Thus, Coleoptera-hunting digger wasps can apparently diversify their proﬁles to escape chemical mimicry. Interestingly, only female cuckoo wasps of these hosts have started producing the same compound classes and even the same CHC compounds as those of their hosts. Male cuckoo wasps, however retain an alkene-enriched CHC proﬁle that reﬂects the molecular phylogeny of the genus (Chapter 7). Whereas, a larger number of parasite-host comparisons may be needed to further conclude that an arms race between cuckoo wasps and their hosts is capable of generating sexual dimorphism of cuckoo wasps, this thesis constitutes the ﬁrst eﬀort towards this, providing a starting point for further studies. Finally, I provide some methodological tools that may help in speeding up the sometimes cumbersome process of analyzing and identifying CHC proﬁles. One of the most time-demanding steps in the processing of CHC data is the alignment of CHC chromatograms. This process is often done manually, because alignment programs are mostly designed for metabolomics or are just recently being developed. I analyzed CHC proﬁles using a combined approach with two freely available programs. I used AMDIS (Automated Mass Spectral Deconvolution and Identiﬁcation System, http://chemdata.nist.gov/mass-spc/amdis/) to deconvolute and automatically identify all CHC of interest present in a chromatogram. I then developed a series of R scripts to correct for potential, unavoidable errors while processing CHC chromatograms with AMDIS. Chapter 8 explains this procedure. In the next chapter, I developed a program that helps in the identiﬁcation of one commonly occurring class of hydrocarbons. The limited number of linear alkanes (only one per carbon atom) and their characteristic diagnostic ion allows a rapid and unambigous identiﬁcation of these substances. In opposition, unsaturated and methyl-branched compounds are more diﬃcult to identify, as a result of the much larger diversity of existing compounds. To identify unsaturated compounds a derivatization is necessary to determine the position of the double bond. Methyl-branched alkanes, however can be identiﬁed from the original chromatogram if their diagnostic ions are known. Nonetheless, polymethyl-branched alkanes (e.g., compounds with two or more methyl groups along the chain) are often diﬃcult to identify, because they may appear in mixes (e.g., 3,7 diMeC27 and 3,9 diMeC27), and tables containing the diagnostic ions are not easily available. Therefore, I developed a program that creates a table with all possiblemethyl-branched compounds containing up to 4 methyl groups, and that provides their diagnostic ions and a calculated retention index. This may allow a much faster identiﬁcation of the methyl-branched compound a researcher is dealing with, without having to lose time in the tedious calculations by hand. The program is able to correctly identify, or at least, greatly reduce the number of possible options for the identiﬁcation of an unknown methyl-branched compound. Thus, using this tool, most methyl-branched compounds can be readily identiﬁed (Chapter 9). This thesis ends with a general discussion (Chapter 10). Overall, this work provides a comprehensive overview of the diversity of cuticular hydrocarbons of cuckoo wasps. The analyses presented here shed light on the emergence and evolution of interspeciﬁc diversity and intraspeciﬁc sexual dimorphism of CHC proﬁles. In addition, two technical methods have been developed that could greatly facilitate the CHC analysis of insects.
N2  - Kutikulare Kohlenwasserstoﬀe (engl. „cuticular hydrocarbons“, CHC) sind Substanzen, die wir in größeren Mengen auf der Körperoberﬂäche von Arthropoden ﬁnden. Diese Moleküle aus Kohlenstoﬀ- und Wasserstoﬀatomen haben trotz ihrer einfachen Struktur entscheidende Funktionen bei Insekten: Ihre wasserabweisende Eigenschaften geben den Insekten die Möglichkeit, den Wasserhaushalt zu regulieren und Austrocknung zu vermeiden. Darüber hinaus ermöglicht die Vielfältigkeit der CHC ihre Verwendung als Signale für eine breite Palette von Kommunikations-und Erkennungsprozessen. Obwohl die Erforschung von CHC in den letzten zwei Jahrzehnten einen großen Einblick in die Funktionen bei Insekten ermöglicht hat, gibt es immer noch Verständnislücken bezüglich der Evolution und Diversiﬁzierung von CHC (Kapitel1). In der vorliegenden Dissertation habe ich anhand verschiedener Arten der Wespen Familie Chrysididae die Diversiﬁzierungsmuster von CHC erforscht. Die meisten der Goldwespenarten in dieser Studie sind spezialisierte Parasitoiden oder Kleptoparasiten von hauptsächlich solitären Hymenopteren. Wirte von anderen Goldwespen sind auch Phasmatodea und Lepidoptera. Goldwespen sind besonders interesante Modellorganismen, um die Evolution von CHC zu untersuchen. Denn sie haben auf ihrer Kutikula chemische Anpassungen an die chemischen Oberﬂächen ihrer Wirte entwickelt, um bei dem Wirt zu vermeiden, dass ihre eigenen chemischen Signale bei der Eiablage erkannt werden. Für einige Vertreter der Familie Chrysididae wurden chemische Unscheinbarkeit/Unsichtbarkeit („insigniﬁcance“) und chemische Mimikry beschrieben. Bei ersterem, handelt es sich um die Reduzierung der Gesamtmenge der CHC auf der Kutikula, bei letzterem um die Nachahmung des CHC Proﬁls des Wirtes. Zudem, deuten unveröﬀentlichte Daten darauf hin, dass chemische Nachahmung unter den Chrysididae weit verbreitet ist (Kapitel 2). Eine zuverlässige phylogenetische Rekonstruktion der Chrysididae ist notwendig, um die Evolution eines Merkmales, wie z.B. die Ausbildung eines CHC-Proﬁls, zu verfolgen. Daher stellt der erste Teil dieser Arbeit die größte und bis heute zuverlässigste phylogenetische Rekonstruktion der Familie Chrysididae dar, welche Vertreter von 186 Arten von Goldwespen umfasst. Die Ergebnisse dieser Phylogenie stehen in Übereinstimmung mit vorherigen Studien über die Beziehungen zwischen Subfamilien und Triben der Goldwespen. Die Phylogenie deutet jedoch auf die Existenz mehrerer nicht-monophyletischer Gattungen in Chrysididae hin (Kapitel 3). CHC sind an der innerartlichen Erkennung beteiligt und fungieren manchmal als Kontakt-Sex-Pheromonen. Es ist jedoch noch nicht klar, inwieweit die CHC-Proﬁle zwischen den beiden Geschlechtern diﬀerieren und ob einige Verbindungsklassen in dem einen Geschlecht häuﬁger als in dem anderen vorkommen. Bislang gibt es lediglich einen Vergleich von CHC-Proﬁlen zwischen Männchen und Weibchen für weniger alseinDutzendverwandterArten.In Kapitel 4 werden die CHC-Proﬁle von Weibchen und Männchen von 58 Goldwespenarten beschrieben und verglichen, um zu beurteilen, ob und in welchem Ausmaß, sich die CHC-Proﬁle dieser Arten zwischen den Geschlechtern unterscheiden. Ich konnte zeigen, dass CHC-Proﬁle von Goldwespen stark sexuell dimorph sind (Männchen und Weibchen der gleichen Art neigen dazu, sehr unterschiedliche CHC-Verbindungen zu produzieren), und dass dieser Dimorphismus sehr häuﬁg vorkommt (mehr als 90% der untersuchten Arten). Methylverzweigte Verbindungen (insbesondere dimethylverzweigte Verbindungen) waren tendenziel bei Männchen häuﬁger und bei Weibchen waren ungesättigte Verbindungen häuﬁger. Darüber hinaus war ein geschlechtsspeziﬁsches Muster in der Verteilung der Doppelbindungsposition von Alkenen oﬀensichtlich: interne Doppelbindungspositionen (>11) treten vorwiegend bei Männchen auf, während Alkene mit der Doppelbindung an Position 9 bei Weibchen häuﬁger vorkommen (Kapitel 4). Im darauf folgenden Kapitel meiner Arbeit, beschäftige ich mich mit der Frage wie unterschiedlich CHC-Proﬁle von Goldwespen zwischen Arten sind. Sind CHC-Proﬁle artspeziﬁsch, wie es zu erwarten wäre, wenn sie zur Arterkennung dienen? Gibt es Ähnlichkeiten in Bezug auf die phylogenetische Verwandtschaft der Arten? In Kapitel 5, versuche ich diese Fragen zu beantworten, indem ich die CHC-Proﬁle von 59 Goldwespenarten vergleiche. Ich zeige, dass CHC-Proﬁle von Goldwespen art- (und geschlechts-) speziﬁsch sind, und dass CHC-Proﬁle als ergänzendes Werkzeug zur Abgrenzung von taxonomisch schwierigen Geschwisterarten nützlich sind. Darüber hinaus zeigt die Beurteilung der CHC-ProﬁlevonfünfhäuﬁgvorkommendeArteninnerhalbeinerGattungwenigoder keine geograﬁsche Variation, was bei der Abgrenzung der Arten hilft. Allerdings können CHC-Proﬁle nah verwandter Arten sehr unterschiedlich sein. Somit sind sie kein geeignetes Merkmal um die Evolutionsgeschichte von Arten nachzuvollziehen (Kapitel 5). Im sich daran anschließenden Kapitel, geht es darum, zu verstehen warum CHCProﬁle der meisten Goldwespenarten so auﬀallend unterschiedliche CHC-Proﬁle zwischen Geschlechtern aufweisen. Beider sexuellen Selektion wird in der Regel erwartet, dass siedurch Veränderungen männlicher Merkmale zu einem auﬀälligen Sexualdimorphismus führt. Meistens wirkt die sexuelle Selektion stärker auf die Männchen aus als auf die Weibchen, weil sie um die Weibchen konkurrieren und von den Weibchen ausgewählt werden müssen. Daher wird erwartet, dass männliche Merkmale schneller evolvieren. Dennoch scheint das weibliche Geschlecht bei Goldwespen das Geschlecht zu sein, das schneller evolviert, was sich z. B. dadurch äußert, dass Weibchen sehr nah verwandter Arten extrem divergierende Proﬁle zeigen (Kapitel 6). Ein plausibler Grund für diese Verschiedenheit zwischen den Weibchen nah verwandter Arten ist, dass die natürliche Selektion, die auf die CHC-Proﬁle von Weibchen wirkt, stärker sein kann als die sexuelle Selektion bei den Männchen (Kapitel 6). Da die Weibchen der Goldwespen höchstwahrscheinlich in einem evolutionären Wettrüsten mit ihren weiblichen Wirten stehen, ist es möglich dass die CHC-Proﬁle von Weibchen schnell evolvieren und somit den stark beobachteten sexuellen Dimorphismus von CHC in Goldwespen erklären (Kapitel 6). In Kapitel 7, werden Hinweise auf ein mögliches fortwährendes Wettrüsten zwischen fünf Goldwespenarten der Gattung Hedychrum und ihren Wirten aufgezeigt. Arten dieser Gattung parasitieren entweder Grabwespen die Coleoptera oder Hymenoptera als Nahrung für ihre Nachkommen jagen. Da die Coleoptera-Beute natürlicherweise besser gegen Pilzbefall geschützt ist, balsamieren diese Wespen ihre Beute nicht mit durch Alkene angereicherte Sekrete ein, im Gegensatz zu der anderen Gruppe der Grabwespen, die Hymenopteren als Futter verwerten. Daher diversiﬁzieren Coleoptera-jagende Grabwespen oﬀenbar ihre Proﬁle stärker,um der chemischen Mimikry ihrer Parasitoiden zu entkommen. Interessanterweise haben nur weibliche Goldwespen dieser Coleoptera-jagende Wirte begonnen, die gleichen Substanzklassen und sogar die gleichen CHC-Verbindungen wie die ihrer Wirte zu produzieren. Männliche Goldwespen behalten jedoch ein durch Alkene angereichertes CHC-Proﬁl, das die molekulare Phylogenie der Gattung Hedychrum widerspiegelt. Um jedoch eindeutiger zu beweisen, dass ein Wettrüsten zwischen Goldwespen und ihren Wirten den Geschlechtsdimorphismus von Goldwespen hervorbringt, wäre eine größere Anzahl von Vergleichen zwischen Goldwespen und ihren Wirten nötig. Nichtsdestotrotz ist diese Arbeit ein erster Versuch, den Geschlechtsdimorphismus von CHC in Goldwespen zu erklären und ein Ausgangspunkt für weitere Studien. Abschließend stelle ich einige methodische Werkzeuge vor, die helfen können, den bisher umständlichen Prozess der Analyse und Identiﬁzierung von CHC-Proﬁlen zu beschleunigen. Einer der zeitaufwendigsten Schritte bei der Verarbeitung von CHC Daten ist die Alinierung von CHC-Chromatogrammen. Dieser Prozess wird oft manuell durchgeführt, da Alinierungsprogramme für die Metabolomik konzipiert sind oder gerade erst entwickelt werden. Meine CHC-Proﬁle habe ich mit einem kombinierten Ansatz mit zwei frei verfügbaren Programmen analysiert. Ich benutzte AMDIS (Automated Mass Spectral Deconvolution and Identiﬁcation System), um die CHC in einem Chromatogramm zu dekonvolutieren und automatisch zu identiﬁzieren. Ich habe weiterhin eine Reihe von R-Skripten entwickelt, um mögliche unvermeidbare Fehler bei der Verarbeitung von CHC-Chromatogrammen mit AMDIS zu korrigieren. In Kapitel 8 wird dieses Verfahren erläutert. Im darauffolgenden Kapitel stelle ich ein Programm vor, das ich für eine erleichterte Identiﬁzierung einer häuﬁg vorkommenden Verbindungsklasse von CHC entwickelt habe. Die begrenzte Anzahl von linearen Alkanen (nur eines pro Kohlenstoﬀatom) und ihre charakteristischen diagnostischen Ionen erlauben die schnelle und eindeutige Identiﬁzierung dieser Substanzen. Im Gegensatz dazu sind ungesättigte und methylverzweigte Verbindungen auf grund der viel größeren Vielfalt möglicher Verbindungen deutlich schwieriger zu identiﬁzieren. Für die Identiﬁzierung ungesättigter Verbindungen ist eine Derivatisierung notwendig, um die Position der Doppelbindung zu bestimmen. Methylverzweigte Alkane können jedoch theoretisch vom ursprünglichen Chromatogramm unterschieden werden, sofern die diagnostischen Ionen bekannt sind. Trotz alledem sind polymethylverzweigte Alkane (z.B. Verbindungen mit zwei oder mehr Methylgruppen entlang der Kette) oft schwer zu identiﬁzieren, da sie in Mischungen (z. B. 3,7 diMeC27 und 3,9 diMeC27) auftreten können. Ihre diagnostische Ionen müssen entweder berechnet werden oder in Tabellen, die nicht leicht verfügbar sind, gesucht werden. Ich entwickelte daher ein kleines Programm, das eine Tabelle erstellt mit allen möglichen methylverzweigten Verbindungen mit bis zu 4 Methylgruppen sowie deren diagnostischen Ionen und einem berechneten Retentionsindex. Dies erlaubt eine viel schnellere Identiﬁzierung der richtigen methylverzweigten Verbindung, ohne dass ein Wissenschaﬂter Zeit für die mühsamen Berechnungen von Hand verlieren muss. Das Programm ist in der Lage, die Anzahl möglicher Optionen einer unbekannten methylverzweigten Verbindung korrekt zu nennen oder zumindest die Auswahl stark einzugrenzen und damit die Identiﬁkation der Substanz stark zu erleichtern. Es ist daher zu erwarten, dass mit diesem Werkzeug die meisten methylverzweigten Verbindungen leicht identiﬁziert werden können (Kapitel9). Ich schließe meiner Dissertation mit einer allgemeinen Diskussion (Kapitel 10). Die vorliegende Arbeit stellt einen umfangreichen Überblick der Diversität von kutikularen Kohlenwasserstoﬀen von Goldwespen dar. Dieser Einblick kann uns helfen, die Bedeutung von CHC-Proﬁlen für Arthropoden im Allgemeinen besser zu verstehen. Konkret beleuchten die durchgeführten Analysen die Entstehung und Evolution von interspeziﬁscher Diverstität bzw. Ähnlichkeiten von CHC-Proﬁlen und intraspeziﬁschen sexuellen Dimorphismus von CHC-Proﬁlen. Darüber hinaus wurden technische Methoden entwickelt, die zukünftige Arbeiten zu CHC Analysen von verschiedenen Insekten stark erleichtern könnten.
KW  - Chrysididae
KW  - Cuticular hydrocarbons
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-173418
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Castañeda Londono, Paula Andrea
A1  - Banholzer, Nicole
A1  - Bannermann, Bridget
A1  - Kramer, Susanne
T1  - Is mRNA decapping activity of ApaH like phosphatases (ALPH’s) the reason for the loss of cytoplasmic ALPH’s in all eukaryotes but Kinetoplastida?
JF  - BMC Ecology and Evolution
N2  - Background: ApaH like phosphatases (ALPHs) originate from the bacterial ApaH protein and are present in eukaryotes of all eukaryotic super-groups; still, only two proteins have been functionally characterised. One is ALPH1 from the Kinetoplastid Trypanosoma brucei that we recently found to be the mRNA decapping enzyme of the parasite. mRNA decapping by ALPHs is unprecedented in eukaryotes, which usually use nudix hydrolases, but the bacterial ancestor protein ApaH was recently found to decap non-conventional caps of bacterial mRNAs. These findings prompted us to explore whether mRNA decapping by ALPHs is restricted to Kinetoplastida or more widespread among eukaryotes.

Results: We screened 824 eukaryotic proteomes with a newly developed Python-based algorithm for the presence of ALPHs and used the data to refine phylogenetic distribution, conserved features, additional domains and predicted intracellular localisation of ALPHs. We found that most eukaryotes have either no ALPH (500/824) or very short ALPHs, consisting almost exclusively of the catalytic domain. These ALPHs had mostly predicted non-cytoplasmic localisations, often supported by the presence of transmembrane helices and signal peptides and in two cases (one in this study) by experimental data. The only exceptions were ALPH1 homologues from Kinetoplastida, that all have unique C-terminal and mostly unique N-terminal extension, and at least the T. brucei enzyme localises to the cytoplasm. Surprisingly, despite of these non-cytoplasmic localisations, ALPHs from all eukaryotic super-groups had in vitro mRNA decapping activity.

Conclusions: ALPH was present in the last common ancestor of eukaryotes, but most eukaryotes have either lost the enzyme since, or use it exclusively outside the cytoplasm in organelles in a version consisting of the catalytic domain only. While our data provide no evidence for the presence of further mRNA decapping enzymes among eukaryotic ALPHs, the broad substrate range of ALPHs that includes mRNA caps provides an explanation for the selection against the presence of a cytoplasmic ALPH protein as a mean to protect mRNAs from unregulated degradation. Kinetoplastida succeeded to exploit ALPH as their mRNA decapping enzyme, likely using the Kinetoplastida-unique N- and C-terminal extensions for regulation.
KW  - ApaH like phosphatase
KW  - ApaH
KW  - ALPH
KW  - Trypanosoma brucei
KW  - mRNA decapping
KW  - m7G cap
KW  - mRNA cap
KW  - ALPH1
KW  - Kinetoplastida
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-261180
VL  - 21
ER  - 
TY  - THES
A1  - Carstensen, Anne Carola
T1  - Identification of novel N-MYC interacting proteins reveals N-MYC interaction with TFIIIC
T1  - Identifizierung von neuen N-MYC interagierenden Proteinen offenbart N-MYC's Interaktion mit TFIIIC
N2  - N-MYC is a member of the human MYC proto-oncogene family, which comprises three transcription factors (C-, N- and L-MYC) that function in multiple biological processes. Deregulated expression of MYC proteins is linked to tumour initiation, maintenance and progression. For example, a large fraction of neuroblastoma displays high N-MYC levels due to an amplification of the N-MYC encoding gene. MYCN-amplified neuroblastoma depend on high N-MYC protein levels, which are maintained by Aurora-A kinase. Aurora-A interaction with N-MYC interferes with degradation of N-MYC via the E3 ubiquitin ligase SCFFBXW7. However, the underlying mechanism of Aurora-A-mediated stabilisation of N-MYC remains to be elucidated.

To identify novel N-MYC interacting proteins, which could be involved in N-MYC stabilisation by Aurora-A, a proteomic analysis of purified N-MYC protein complexes was conducted. Since two alanine mutations in MBI of N-MYC, T58A and S62A (N-MYC mut), disable Aurora-A-mediated stabilisation of N-MYC, N-MYC protein complexes from cells expressing either N-MYC wt or mut were analysed. Proteomic analysis revealed that N-MYC interacts with two deubiquitinating enzymes, USP7 and USP11, which catalyse the removal of ubiquitin chains from target proteins, preventing recognition by the proteasome and subsequent degradation. Although N-MYC interaction with USP7 and USP11 was confirmed in subsequent immunoprecipitation experiments, neither USP7, nor USP11 was shown to be involved in the regulation of N-MYC stability. Besides USP7/11, proteomic analyses identified numerous additional N-MYC interacting proteins that were not described to interact with MYC transcription factors previously. Interestingly, many of the identified N-MYC interaction partners displayed a preference for the interaction with N-MYC wt, suggesting a MBI-dependent interaction. Among these were several proteins, which are involved in three-dimensional organisation of chromatin domains and transcriptional elongation by POL II. Not only the interaction of N-MYC with proteins functioning in elongation, such as the DSIF component SPT5 and the PAF1C components CDC73 and CTR9, was validated in immunoprecipitation experiments, but also with the POL III transcription factor TFIIIC and topoisomerases TOP2A/B. ChIP-sequencing analysis of N-MYC and TFIIIC subunit 5 (TFIIIC5) revealed a large number of joint binding sites in POL II promoters and intergenic regions, which are characterised by the presence of a specific motif that is highly similar to the CTCF motif. Additionally, N-MYC was shown to interact with the ring-shaped cohesin complex that is known to bind to CTCF motifs and to assist the insulator protein CTCF. Importantly, individual ChIP experiments demonstrated that N-MYC, TFIIIC5 and cohesin subunit RAD21 occupy joint binding sites comprising a CTCF motif.

Collectively, the results indicate that N-MYC functions in two biological processes that have not been linked to MYC biology previously. Furthermore, the identification of joint binding sites of N-MYC, TFIIIC and cohesin and the confirmation of their interaction with each other suggests a novel function of MYC transcription factors in three-dimensional organisation of chromatin.
N2  - N-MYC ist ein Mitglied der humanen MYC proto-Onkogen Familie, welche drei Transkriptionsfaktoren umfasst (C-,N- und L-MYC), die in zahlreichen biologischen Prozessen fun-gieren. Deregulierte Expression der MYC Proteine ist mit Tumorinitiierung, -erhalt und -progression verbunden. Zum Beispiel zeigt ein großer Anteil an Neuroblastomen aufgrund einer Amplifizierung des N-MYC kodierenden Gens hohe N-MYC Level. MYCN-amplifizierte Neuroblastome hängen von den hohen N-MYC Protein Leveln ab, die durch die Aurora-A Kinase erhalten werden. Die Interaktion von Aurora-A mit N-MYC behindert den Abbau von N-MYC durch die E3 Ubiquitin Ligase SCFFBXW7. Allerdings muss der zugrunde liegende Mechanismus der Aurora-A vermittelten Stabilisierung von N-MYC noch aufgedeckt werden.

Um neue N-MYC interagierende Proteine zu identifizieren, welche in der N-MYC Stabilisierung durch Aurora-A involviert sind, wurde eine Proteom Analyse der aufgereinigten N-MYC Proteinkomplexe durchgeführt. Da zwei Alanin-Mutationen in MBI von N-MYC, T58A und S62A (N-MYC mut), die Aurora-A vermittelte Stabilisierung von N-MYC verhindern, wurden N-MYC Protein-Komplexe von Zellen, die entweder N-MYC wt oder mut exprimieren analysiert. Die Proteom Analyse offenbarte, dass N-MYC mit zwei Deubiquitinierenden Enzymen, USP7 und USP11, interagiert, welche das Entfernen von Ubiquitinketten von Zielproteinen katalysieren und dadurch die Erkennung durch das Proteasom und den darauf folgenden Abbau verhindern. Obwohl die Interaktion von N-MYC mit USP7 und USP11 in darauf folgenden Immunpräzipitationsexperimenten bestätigt wurde, konnnte weder für USP7, noch für USP11 gezeigt werden, dass es in die Regulierung der Stabilität von N-MYC involviert ist. Neben USP7/11 wurden in der Proteom Analyse zusätzlich zahlreiche mit N-MYC interagierende Proteine identifiziert, die zuvor noch nicht beschrieben wurden mit MYC Transkriptionsfaktoren zu interagieren. Interessanterweise zeigten viele der identifizierten N-MYC Interaktionspartner eine Präferenz für die Interaktion mit N-MYC wt, was eine MBI-abhängige Interaktion suggeriert. Unter diesen waren einige Proteine, die in die drei-dimensionale Organisation von Chromatindomänen und transkriptioneller Elongation durch POL II involviert sind. Nicht nur die Interaktion von N-MYC mit Proteinen, die in der Elongation agieren, wie die DSIF Komponente SPT5 und die PAF1C Komponenten CDC73 und CTR9, wurden in Immunpräzipitationsexperimenten bestätigt, sondern auch mit dem POL III Transkriptionsfaktor TFIIIC und den Topoisomerasen TOP2A/B. Analyse von ChIP-Sequenzierungsexperimenten für N-MYC und TFIIIC Untereinheit 5 (TFIIIC5) offenbarte eine große Anzahl von gemeinsamen Bindungsstellen in POL II Promotoren und intergenen Regionen, welche durch das Vorkommen eines speziellen Motivs gekennzeichent waren, das dem CTCF Motiv sehr ähnlich ist. Zusätzlich wurde gezeigt, dass N-MYC mit dem ringförmigen Cohesin Komplex interagiert, der dafür bekannt ist an CTCF Motive zu binden und dem Insulator Protein CTCF zu assistieren. Entscheidender Weise zeigten individuelle ChIP Experimente, dass N-MYC, TFIIIC5 und die Cohesin Untereinheit RAD21 gemeinsame Bindungstellen haben, die ein CTCF Motiv enthalten.

Zusammenfassend weisen die Ergebnisse darauf hin, dass N-MYC in zwei biologischen Prozessen fungiert, die zuvor nicht mit der Biologie von MYC verbunden wurden. Zudem suggeriert die Identifizierung von gemeinsamen Bindungstellen von N-MYC, TFIIIC und Cohesin und die Bestätigung der Interaktion untereinander eine neue Funktion von MYC Transkriptionsfaktoren in der drei-dimensionalen Organisation von Chromatin.
KW  - Biologie
KW  - Transkriptionsfaktor
KW  - Onkogen
KW  - N-MYC
KW  - neuroblastoma
KW  - TFIIIC
KW  - Aurora-A
KW  - mass spectrometry
KW  - cohesin
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-143658
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Carradec, Quentin
A1  - Pelletier, Eric
A1  - Da Silva, Corinne
A1  - Alberti, Adriana
A1  - Seeleuthner, Yoann
A1  - Blanc-Mathieu, Romain
A1  - Lima-Mendez, Gipsi
A1  - Rocha, Fabio
A1  - Tirichine, Leila
A1  - Labadie, Karine
A1  - Kirilovsky, Amos
A1  - Bertrand, Alexis
A1  - Engelen, Stefan
A1  - Madoui, Mohammed-Amin
A1  - Méheust, Raphaël
A1  - Poulain, Julie
A1  - Romac, Sarah
A1  - Richter, Daniel J.
A1  - Yoshikawa, Genki
A1  - Dimier, Céline
A1  - Kandels-Lewis, Stefanie
A1  - Picheral, Marc
A1  - Searson, Sarah
A1  - Jaillon, Olivier
A1  - Aury, Jean-Marc
A1  - Karsenti, Eric
A1  - Sullivan, Matthew B.
A1  - Sunagawa, Shinichi
A1  - Bork, Peer
A1  - Not, Fabrice
A1  - Hingamp, Pascal
A1  - Raes, Jeroen
A1  - Guidi, Lionel
A1  - Ogata, Hiroyuki
A1  - de Vargas, Colomban
A1  - Iudicone, Daniele
A1  - Bowler, Chris
A1  - Wincker, Patrick
T1  - A global ocean atlas of eukaryotic gene
JF  - Nature Communications
N2  - While our knowledge about the roles of microbes and viruses in the ocean has increased tremendously due to recent advances in genomics and metagenomics, research on marine microbial eukaryotes and zooplankton has benefited much less from these new technologies because of their larger genomes, their enormous diversity, and largely unexplored physiologies. Here, we use a metatranscriptomics approach to capture expressed genes in open ocean Tara Oceans stations across four organismal size fractions. The individual sequence reads cluster into 116 million unigenes representing the largest reference collection of eukaryotic transcripts from any single biome. The catalog is used to unveil functions expressed by eukaryotic marine plankton, and to assess their functional biogeography. Almost half of the sequences have no similarity with known proteins, and a great number belong to new gene families with a restricted distribution in the ocean. Overall, the resource provides the foundations for exploring the roles of marine eukaryotes in ocean ecology and biogeochemistry.
KW  - genomics
KW  - marine biology
KW  - microbial ecology
KW  - water microbiology
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-222250
VL  - 9
ER  - 
TY  - THES
A1  - Cardoso e Castro, Inês Sofia
T1  - Epigenetic switch induced by MYC in Non-Small-Cell Lung Cancer
T1  - Durch MYC induzierte epigenetische Veränderung im Nichtkleinzelligen Bronchialkarzinom
N2  - Non–Small-Cell Lung Cancer (NSCLC) is the most frequent human lung cancer and a major cause of death due to its high rate of metastasis1. These facts emphasize the urgent need for the investigation of new targets for anti-metastatic therapy. Up to now a number of genes and gene products have been identified that positively or negatively affect the probability of established human tumor cell lines to metastasize2. Previously, together with the group of Professor Ulf Rapp, we have described the first conditional mouse model for metastasis of NSCLC and identified a gene, c-MYC, that is able to orchestrate all steps of this process. We could identify potential markers for detection of metastasis and highlighted GATA4, which is exclusively expressed during lung development, as a target for future therapeutic intervention2. However, the mechanism underlying this metastatic conversion remained to be identified, and was therefore the focus of the present work. Here, GATA4 is identified as a MYC target in the development of metastasis and epigenetic alterations at the GATA4 promoter level are shown after MYC expression in NSCLC in vivo and in vitro. Such alterations include site-specific demethylation that accompanies the displacement of the MYC-associated zinc finger protein (MAZ) from the GATA4 promoter, which leads to GATA4 expression. Histone modification analysis of the GATA4 promoter revealed a switch from repressive histone marks to active histone marks after MYC binding, which corresponds to active GATA4 expression. This work identifies a novel epigenetic mechanism by which MYC activates GATA4 leading to metastasis in NSCLC, suggesting novel potential targets for the development of anti-metastatic therapy.
N2  - Das nichtkleinzellige Bronchialkarzinom (Non-Small-Cell Lung Cancer/NSCLC) ist die häufigste Form des Lungenkrebs und ist aufgrund seiner hohen Metastasierungsrate für die meisten krebsbedingten Todesfälle verantwortlich1. Bisher konnte eine Vielzahl von Genen und Genprodukten identifiziert werden, die einen Einfluss auf das Metastasierungspotenzial von humanen Tumorzelllinien in vitro haben2. Vor kurzem gelang es uns unter der Leitung von Prof. Ulf R. Rapp das erste konditionelle Modell der Metastasierung von NSCLC zu beschreiben. Wir identifizierten u.a. das Gen c-MYC, welches in der Lage ist, in alle Schritte des Prozesses manipulierend einzugreifen. Im Rahmen dieser Arbeit konnten wir potentielle Marker zur Detektion der Metastasierung identifizieren. Unser Hauptaugenmerk lag dabei auf GATA4, ein Gen, das nur während der Lungenentwicklung exprimiert wird. Als potentielles Ziel für spätere therapeutische Eingriffe erscheint es daher besonders geeignet2. Die der Metastasierung zugrunde liegenden Mechanismen sind bisher weitestgehend ungeklärt und stellen daher einen Fokus dieser Arbeit dar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde GATA4 als ein von MYC regulierter Faktor identifiziert, der an der Entwicklung von Metastasen beteiligt ist. Epigenetische Veränderungen am GATA4-Promotor nach der Expression von MYC konnten sowohl in vitro als auch in vivo nachgewiesen werden. Die Veränderungen beinhalten ortsspezifische Methylierungen, die einhergehen mit der Dislokation des MYC-assoziierten zinc finger protein (MAZ), die zur Expression von GATA4 führt. Die Analyse der Histon-Modifikationen am GATA4-Promotor ergab, dass nach der Bindung von MYC ein Wechsel von reprimierenden Histon-Markierungen zu aktiven stattfindet, der mit der GATA4-Expression korreliert. Im Rahmen dieser Arbeit konnte also ein neuartiger epigenetischer Mechanismus identifiziert werden, mit dem MYC GATA4 aktiviert und auf diese Weise zur Metastasenbildung bei NSCLC führt. Gleichzeitig wurden dadurch neue potentielle Zielstrukturen für die Entwicklung von anti-metastasierenden Therapeutika gefunden.
KW  - Nicht-kleinzelliges Bronchialkarzinom
KW  - Metastase
KW  - Gen
KW  - Myc
KW  - Epigenese
KW  - Non-Small Cell Lung Cancer
KW  - Epigenetic
KW  - MYC
KW  - GATA4
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-76713
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Caliskan, Aylin
A1  - Dangwal, Seema
A1  - Dandekar, Thomas
T1  - Metadata integrity in bioinformatics: bridging the gap between data and knowledge
JF  - Computational and Structural Biotechnology Journal
N2  - In the fast-evolving landscape of biomedical research, the emergence of big data has presented researchers with extraordinary opportunities to explore biological complexities. In biomedical research, big data imply also a big responsibility. This is not only due to genomics data being sensitive information but also due to genomics data being shared and re-analysed among the scientific community. This saves valuable resources and can even help to find new insights in silico. To fully use these opportunities, detailed and correct metadata are imperative. This includes not only the availability of metadata but also their correctness. Metadata integrity serves as a fundamental determinant of research credibility, supporting the reliability and reproducibility of data-driven findings. Ensuring metadata availability, curation, and accuracy are therefore essential for bioinformatic research. Not only must metadata be readily available, but they must also be meticulously curated and ideally error-free. Motivated by an accidental discovery of a critical metadata error in patient data published in two high-impact journals, we aim to raise awareness for the need of correct, complete, and curated metadata. We describe how the metadata error was found, addressed, and present examples for metadata-related challenges in omics research, along with supporting measures, including tools for checking metadata and software to facilitate various steps from data analysis to published research.

Highlights
• Data awareness and data integrity underpins the trustworthiness of results and subsequent further analysis.
• Big data and bioinformatics enable efficient resource use by repurposing publicly available RNA-Sequencing data.
• Manual checks of data quality and integrity are insufficient due to the overwhelming volume and rapidly growing data.
• Automation and artificial intelligence provide cost-effective and efficient solutions for data integrity and quality checks.
• FAIR data management, various software solutions and analysis tools assist metadata maintenance.
KW  - meta-data
KW  - error
KW  - annotation
KW  - error-transfer
KW  - wrong labelling
KW  - patient data
KW  - control group
KW  - tools overview
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-349990
SN  - 2001-0370
VL  - 21
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Caliskan, Aylin
A1  - Crouch, Samantha A. W.
A1  - Giddins, Sara
A1  - Dandekar, Thomas
A1  - Dangwal, Seema
T1  - Progeria and aging — Omics based comparative analysis
JF  - Biomedicines
N2  - Since ancient times aging has also been regarded as a disease, and humankind has always strived to extend the natural lifespan. Analyzing the genes involved in aging and disease allows for finding important indicators and biological markers for pathologies and possible therapeutic targets. An example of the use of omics technologies is the research regarding aging and the rare and fatal premature aging syndrome progeria (Hutchinson-Gilford progeria syndrome, HGPS). In our study, we focused on the in silico analysis of differentially expressed genes (DEGs) in progeria and aging, using a publicly available RNA-Seq dataset (GEO dataset GSE113957) and a variety of bioinformatics tools. Despite the GSE113957 RNA-Seq dataset being well-known and frequently analyzed, the RNA-Seq data shared by Fleischer et al. is far from exhausted and reusing and repurposing the data still reveals new insights. By analyzing the literature citing the use of the dataset and subsequently conducting a comparative analysis comparing the RNA-Seq data analyses of different subsets of the dataset (healthy children, nonagenarians and progeria patients), we identified several genes involved in both natural aging and progeria (KRT8, KRT18, ACKR4, CCL2, UCP2, ADAMTS15, ACTN4P1, WNT16, IGFBP2). Further analyzing these genes and the pathways involved indicated their possible roles in aging, suggesting the need for further in vitro and in vivo research. In this paper, we (1) compare “normal aging” (nonagenarians vs. healthy children) and progeria (HGPS patients vs. healthy children), (2) enlist genes possibly involved in both the natural aging process and progeria, including the first mention of IGFBP2 in progeria, (3) predict miRNAs and interactomes for WNT16 (hsa-mir-181a-5p), UCP2 (hsa-mir-26a-5p and hsa-mir-124-3p), and IGFBP2 (hsa-mir-124-3p, hsa-mir-126-3p, and hsa-mir-27b-3p), (4) demonstrate the compatibility of well-established R packages for RNA-Seq analysis for researchers interested but not yet familiar with this kind of analysis, and (5) present comparative proteomics analyses to show an association between our RNA-Seq data analyses and corresponding changes in protein expression.
KW  - progeria
KW  - aging
KW  - omics
KW  - RNA sequencing
KW  - bioinformatics
KW  - sun exposure
KW  - HGPS
KW  - IGFBP2
KW  - ACKR4
KW  - WNT
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-289868
SN  - 2227-9059
VL  - 10
IS  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Caliskan, Aylin
A1  - Caliskan, Deniz
A1  - Rasbach, Lauritz
A1  - Yu, Weimeng
A1  - Dandekar, Thomas
A1  - Breitenbach, Tim
T1  - Optimized cell type signatures revealed from single-cell data by combining principal feature analysis, mutual information, and machine learning
JF  - Computational and Structural Biotechnology Journal
N2  - Machine learning techniques are excellent to analyze expression data from single cells. These techniques impact all fields ranging from cell annotation and clustering to signature identification. The presented framework evaluates gene selection sets how far they optimally separate defined phenotypes or cell groups. This innovation overcomes the present limitation to objectively and correctly identify a small gene set of high information content regarding separating phenotypes for which corresponding code scripts are provided. The small but meaningful subset of the original genes (or feature space) facilitates human interpretability of the differences of the phenotypes including those found by machine learning results and may even turn correlations between genes and phenotypes into a causal explanation. For the feature selection task, the principal feature analysis is utilized which reduces redundant information while selecting genes that carry the information for separating the phenotypes. In this context, the presented framework shows explainability of unsupervised learning as it reveals cell-type specific signatures. Apart from a Seurat preprocessing tool and the PFA script, the pipeline uses mutual information to balance accuracy and size of the gene set if desired. A validation part to evaluate the gene selection for their information content regarding the separation of the phenotypes is provided as well, binary and multiclass classification of 3 or 4 groups are studied. Results from different single-cell data are presented. In each, only about ten out of more than 30000 genes are identified as carrying the relevant information. The code is provided in a GitHub repository at https://github.com/AC-PHD/Seurat_PFA_pipeline.
KW  - single cell analysis
KW  - machine learning
KW  - explainability of machine learning
KW  - principal
KW  - feature analysis
KW  - model reduction
KW  - feature selection
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-349989
SN  - 2001-0370
VL  - 21
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bötzl, Fabian Alexander
T1  - The influence of crop management and adjacent agri-environmental scheme type on natural pest control in differently structured landscapes
T1  - Der Effekt von Feldkultur und angrenzenden Agrarumweltmaßnahmen auf natürliche Schädlingskontrolle in unterschiedlich strukturierten Landschaften
N2  - Summary

Chapters I & II: General Introduction & General Methods	

Agriculture is confronted with a rampant loss of biodiversity potentially eroding ecosystem service potentials and adding up to other stressors like climate change or the consequences of land-use change and intensive management. To counter this ‘biodiversity crisis’, agri-environment schemes (AES) have been introduced as part of ecological intensification efforts. These AES combine special management regimes with the establishment of tailored habitats to create refuges for biodiversity in agricultural landscapes and thus ensure biodiversity mediated ecosystem services such as pest control. However, little is known about how well different AES habitats fulfil this purpose and whether they benefit ecosystem services in adjacent crop fields. Here I investigated how effective different AES habitats are for restoring biodiversity in different agricultural landscapes (Chapter V) and whether they benefit natural pest control in adjacent oilseed rape (Chapter VI) and winter cereal fields (Chapter VII). I recorded biodiversity and pest control potentials using a variety of different methods (Chapters II, V, VI & VII). Moreover, I validated the methodology I used to assess predator assemblages and predation rates (Chapters III & IV). 

Chapter III: How to record ground dwelling predators?

Testing methodology is critical as it ensures scientific standards and trustworthy results. Pitfall traps are widely used to record ground dwelling predators, but little is known about how different trap types affect catches. I compared different types of pitfall traps that had been used in previous studies in respect to resulting carabid beetle assemblages. While barrier traps collected more species and deliver more complete species inventories, conventional simple pitfall traps provide reliable results with comparatively little handling effort. Placing several simple pitfall traps in the field can compensate the difference while still saving handling effort.
 
Chapter IV: How to record predation rates?

A plethora of methods has been proposed and used for recording predation rates, but these have rarely been validated before use. I assessed whether a novel approach to record predation, the use of sentinel prey cards with glued on aphids, delivers realistic results. I compared different sampling efforts and showed that obtained predation rates were similar and could be linked to predator (carabid beetle) densities and body-sizes (a proxy often used for food intake rates). Thus, the method delivers reliable and meaningful predation rates.

Chapter V: Do AES habitats benefit multi-taxa biodiversity?
The main goal of AES is the conservation of biodiversity in agricultural landscapes. I investigated how effectively AES habitats with different temporal continuity fulfil this goal in differently structured landscapes. The different AES habitats investigated had variable effects on local biodiversity. Temporal continuity of AES habitats was the most important predictor with older, more temporally continuous habitats harbouring higher overall biodiversity and different species assemblages in most taxonomic groups than younger AES habitats. Results however varied among taxonomic groups and natural enemies were equally supported by younger habitats. Semi-natural habitats in the surrounding landscape and AES habitat size were of minor importance for local biodiversity and had limited effects. This stresses that newly established AES habitats alone cannot restore farmland biodiversity. Both AES habitats as well as more continuous semi-natural habitats synergistically increase overall biodiversity in agricultural landscapes. 

Chapter VI: The effects of AES habitats on predators in adjacent oilseed rape fields

Apart from biodiversity conservation, ensuring ecosystem service delivery in agricultural landscapes is a crucial goal of AES. I therefore investigated the effects of adjacent AES habitats on ground dwelling predator assemblages in oilseed rape fields. I found clear distance decay effects from the field edges into the field centres on both richness and densities of ground dwelling predators. Direct effects of adjacent AES habitats on assemblages in oilseed rape fields however were limited and only visible in functional traits of carabid beetle assemblages. Adjacent AES habitats doubled the proportion of predatory carabid beetles indicating a beneficial role for pest control.  My results show that pest control potentials are largest close to the field edges and beneficial effects are comparably short ranged.

Chapter VII: The effects of AES habitats on pest control in adjacent cereal fields

Whether distance functions and potential effects of AES habitats are universal across crops is unknown. Therefore, I assessed distance functions of predators, pests, predation rates and yields after crop rotation in winter cereals using the same study design as in the previous year. Resulting distance functions were not uniform and differed from those found in oilseed rape in the previous year, indicating that the interactions between certain adjacent habitats vary with habitat and crop types. Distance functions of cereal-leaf beetles (important cereal pests) and parasitoid wasps were moreover modulated by semi-natural habitat proportion in the surrounding landscapes. Field edges buffered assemblage changes in carabid beetle assemblages over crop rotation confirming their important function as refuges for natural enemies. My results emphasize the beneficial role of field edges for pest control potentials. These findings back the calls for smaller field sizes and more diverse, more heterogeneously structured agricultural landscapes. 

Chapter VIII: General Discussion	

Countering biodiversity loss and ensuring ecosystem service provision in agricultural landscapes is intricate and requires strategic planning and restructuring of these landscapes. I showed that agricultural landscapes could benefit maximally from (i) a mixture of AES habitats and semi-natural habitats to support high levels of overall biodiversity and from (ii) smaller continuously managed agricultural areas (i.e. smaller field sizes or the insertion of AES elements within large fields) to maximize natural pest control potentials in crop fields. I propose a mosaic of younger AES habitats and semi-natural habitats to support ecosystem service providers and increase edge density for ecosystem service spillover into adjacent crops. The optimal extent and density of this network as well as the location in which AES and semi-natural habitats interact most beneficially with adjacent crops need further investigation. My results provide a further step towards more sustainable agricultural landscapes that simultaneously allow biodiversity to persist and maintain agricultural production under the framework of ecological intensification.
N2  - Zusammenfassung

Kapitel I & II: Allgemeine Einleitung & Allgemeine Methodik

Die Landwirtschaft sieht sich einem gravierenden Verlust an biologischer Vielfalt gegenüber, der möglicherweise Ökosystemdienstleistungen erodiert und zusätzlich zu anderen Stressoren wirkt, wie etwa dem globalen Klimawandel oder den Folgen veränderter Landnutzung und intensiven Managements. Um dieser ‚Biodiversitätskrise‘ entgegen zu wirken wurden im Rahmen der ökologischen Intensivierung Agrarumweltmaßnahmen (AES) eingeführt. Diese AES verbinden spezielle Managementregime mit der Schaffung designter Habitate, die als Refugien für Biodiversität in Agrarlandschaften deinen und dadurch Ökosystemdienstleistungen, die auf Biodiversität beruhen, wie natürliche Schädlingskontrolle, sicherstellen sollen. Wie gut verschiedene AES jedoch diese Ziele erfüllen und ob Ökosystemdienstleistungen in angrenzenden Feldern tatsächlich davon profitieren, ist weitgehend unbekannt. In meiner Doktorarbeit untersuche ich wie effektiv verschiedene AES Habitate darin sind, Biodiversität in unterschiedlichen Agrarlandschaften wieder her zu stellen (Kapitel V) und ob diese natürliche Schädlingskontrolle in angrenzenden Rapsfeldern (Kapitel VI) und Wintergetreidefeldern (Kapitel VII) von diesen Habitaten profitiert. Biodiversität und Potentiale natürlicher Schädlingskontrolle wurden mit diversen unterschiedlichen Methoden erfasst (Kapitel II, V, VI & VII). Zusätzlich habe ich Methoden, die ich zur Erfassung von Räubergesellschaften und Prädationsraten verwendet habe, validiert (Kapitel III & IV).  

Kapitel III: Wie erfasst man bodenaktive Räuber?

Das Testen von Methoden ist essenziell, da es wissenschaftliche Standards und vertrauenswürdige Ergebnisse sicherstellt. Bodenfallen werden häufig verwendet, um bodenaktive Prädatoren zu erfassen, aber wie verschiedene Bodenfallentypen das Fangergebnis beeinflussen ist weitgehend unbekannt. Ich habe verschiedene, in früheren Studien verwendete, Bodenfallentypen hinsichtlich der resultierenden Laufkäfergesellschaften verglichen. Während Fallen mit Leitschienen die meisten Arten fingen und dadurch die vollständigsten Artenlisten ergaben, lieferten einfache Bodenfallen verlässliche Ergebnisse bei vergleichsweise geringem Aufwand. Das Platzieren einiger einfacher Bodenfallen kann bei immer noch geringerem Aufwand die Unterschiede kompensieren.

Kapitel IV: Wie erfasst man Prädationsraten?

Eine Fülle verschiedener Methoden zur Erfassung von Prädationsraten wurde vorgeschlagen und verwendet, jedoch wurden diese meist nicht validiert, bevor sie verwendet wurden. Ich habe getestet ob eine neuartige Methode zur Erfassung von Prädationsraten, die Verwendung von Prädationskarten mit aufgeklebten Blattläusen, realistische Resultate liefert. Dazu wurden verschiedene Karten mit unterschiedlichem Aufwand getestet. Die resultierenden Prädationsraten waren vergleichbar und durch Räuber- (Laufkäfer-) Dichten sowie deren mittlere Körpergröße (ein oft genutzter Indikator für Nahrungsaufnahmeraten) erklärt werden konnten. Daher liefert diese Methode verlässliche und sinnvolle Prädationsraten. 

Kapitel V: Profitiert multi-Taxa Biodiversität von AES?

Das Hauptziel von AES ist der Erhalt der Biodiversität in Agrarlandschaften. Ich habe untersucht, wie effektiv AES Habitate mit verschiedener zeitlicher Kontinuität dieses Ziel in unterschiedlich strukturierten Landschaften erfüllen. Die verschiedenen AES Habitate hatten variierende Effekte auf die lokale Biodiversität. Zeitliche Kontinuität der AES Habitate war der wichtigste Einfluss da ältere, kontinuierlichere Habitate eine höhere Gesamtbiodiversität und in den meisten taxonomischen Gruppen andere Artengemeinschaften beherbergten als jüngere AES Habitate. Die Ergebnisse variierten jedoch zwischen den taxonomischen Gruppen und natürliche Feinde von Agrarschädlingen wurden auch durch jüngere AES Habitate gleichwertig unterstützt. Halbnatürliche Habitate in der Landschaft sowie die Größe des AES Habitats waren von geringerer Bedeutung für die lokale Biodiversität und hatten lediglich begrenzte Effekte. Diese Ergebnisse betonen, dass neu angelegte AES Habitate allein die Biodiversität in der Agrarlandschaft nicht wiederherstellen können. AES Habitate wirken synergistisch zusammen mit kontinuierlicheren halbnatürlichen Habitaten und sichern mit diesen ein Maximum an biologischer Vielfalt in Agrarlandschaften

Kapitel VI: Die Effekte von AES Habitaten auf Räuber in angrenzenden Rapsfeldern 

Neben dem Erhalt der Artenvielfalt ist das Sicherstellen von Ökosystemdienstleistungen in Agrarlandschaften ein essenzielles Ziel von AES. Ich untersuchte daher die Effekte angrenzender AES Habitate auf bodenaktive Prädatoren in Rapsfeldern. Für die Artenvielfalt als auch für die Dichten von bodenaktiven Prädatoren zeigten sich klare Distanzfunktionen von den Feldrändern abnehmend zur Feldmitte. Direkte Effekte angrenzender AES auf die Räubergesellschaften in Rapsfeldern waren hingegen limitiert und nur auf der Ebene der funktionellen Merkmale von Laufkäfergesellschaften festzustellen. Angrenzende AES Habitate verdoppelten den Anteil räuberischer Laufkäfer in den Gesellschaften, was auf einen positiven Effekt auf natürliche Schädlingsbekämpfung schließen lässt. Meine Ergebnisse deuten darauf hin, dass Potentiale natürlicher Schädlingsbekämpfung nahe den Feldrändern am größten sind und nicht relativ weit ins Feld hinein reichen. 

Kapitel VII: Die Effekte von AES Habitaten auf natürliche Schädlingskontrolle in angrenzenden Getreidefeldern 
Es ist allerdings noch gänzlich unbekannt, ob Distanzfunktionen und potenzielle Effekte angrenzender AES Habitate universell auf andere Feldfrüchte übertragbar sind. Ich habe daher im gleichen Studiendesign wie im vorangegangenen Jahr Distanzfunktionen von natürlichen Feinden, Schädlingen, Prädationsraten und Erträgen nach dem Fruchtwechsel in Wintergetreide erfasst.  Die gefundenen Distanzfunktionen waren verschieden und unterschieden sich von den im Vorjahr im Raps erfassten Distanzfunktionen, was darauf schließen lässt, dass die Interaktion zwischen verschiedenen Feldfrüchten und Nachbarhabitaten variieren. Distanzfunktionen von Getreidehähnchen (wichtigen Getreideschädlingen) und parasitoiden Wespen waren zusätzlich durch den Anteil halbnatürlicher Habitate in der Landschaft moduliert. Feldränder pufferten die Veränderungen in Laufkäfergesellschaften über den Fruchtwechsel ab, was deren wichtige Funktion als Refugialhabitate für natürliche Schädlingsbekämpfer verdeutlicht. Meine Ergebnisse betonen die Rolle von Feldrändern für die natürliche Schädlingsbekämpfung. Die Ergebnisse stärken die Forderung nach kleineren Feldgrößen und diverseren, heterogener strukturierten Agrarlandschaften. 

Kapitel VIII: Allgemeine Diskussion

Der Kampf gegen den Verlust der biologischen Vielfalt und das Sicherstellen von Ökosystemdienstleistungen in Agrarlandschaften ist komplex und erfordert ein strategisches Planen und eine Transformation dieser Landschaften. Ich habe gezeigt, dass Agrarlandschaften von (i) einer Mischung aus AES Habitaten und halbnatürlichen Habitaten, die zusammen ein große Artenvielfalt unterstützen, und von (ii) einer geringeren kontinuierlich bewirtschafteten Agrarfläche (d.h. kleineren Feldgrößen oder dem Einfügen von AES Habitaten in bestehende große Felder) um natürliche Schädlingskontrolle zu maximieren, profitieren würden. Ich schlage vor ein Mosaik aus jüngeren AES Habitaten und halbnatürlichen Habitaten zu schaffen, um Ökosystemdienstleister zu unterstützen und das Netzwerk an Feldrändern zu vergrößern wodurch Ökosystemdienstleistungen in angrenzenden Feldkulturen maximiert werden könnten. Um die optimale Ausdehnung und Dichte dieses Netzwerks wie auch die optimale Platzierung, in der AES und halbnatürliche Habitate die größtmöglichen Effekte auf angrenzende Feldkulturen haben, zu klären, bedarf es weiterer Forschung. Meine Ergebnisse liefern einen weiteren Schritt hin zu nachhaltigeren Agrarlandschaften die im Rahmen der ökologischen Intensivierung gleichzeitig sowohl ein Fortbestehen der Biodiversität als auch landwirtschaftliche Produktion erlauben.
KW  - Ökologie
KW  - Ecology
KW  - Natural pest control
KW  - Biodiversity conservation
KW  - Ecosystem services
KW  - Carabid beetles
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-241400
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Börtlein, Charlene
A1  - Draeger, Annette
A1  - Schoenauer, Roman
A1  - Kuhlemann, Alexander
A1  - Sauer, Markus
A1  - Schneider-Schaulies, Sybille
A1  - Avota, Elita
T1  - The neutral sphingomyelinase 2 is required to polarize and sustain T Cell receptor signaling
JF  - Frontiers in Immunology
N2  - By promoting ceramide release at the cytosolic membrane leaflet, the neutral sphingomyelinase 2 (NSM) is capable of organizing receptor and signalosome segregation. Its role in T cell receptor (TCR) signaling remained so far unknown. We now show that TCR-driven NSM activation is dispensable for TCR clustering and initial phosphorylation, but of crucial importance for further signal amplification. In particular, at low doses of TCR stimulatory antibodies, NSM is required for Ca\(^{2+}\) mobilization and T cell proliferation. NSM-deficient T cells lack sustained CD3ζ and ZAP-70 phosphorylation and are unable to polarize and stabilize their microtubular system. We identified PKCζ as the key NSM downstream effector in this second wave of TCR signaling supporting dynamics of microtubule-organizing center (MTOC). Ceramide supplementation rescued PKCζ membrane recruitment and MTOC translocation in NSM-deficient cells. These findings identify the NSM as essential in TCR signaling when dynamic cytoskeletal reorganization promotes continued lateral and vertical supply of TCR signaling components: CD3ζ, Zap70, and PKCζ, and functional immune synapses are organized and stabilized via MTOC polarization.
KW  - neutral sphingomyelinase 2
KW  - T cells
KW  - ceramides
KW  - PKCζ,
KW  - the microtubule-organizing center
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-176572
VL  - 9
IS  - 815
ER  - 
TY  - THES
A1  - Böhme, Linda
T1  - Cellular response to double-stranded RNA in Chlamydia trachomatis-infected human host cells
T1  - Zelluläre Antwort auf doppelsträngige RNA in Chlamydia trachomatis-infizierten humanen Wirtszellen
N2  - Chlamydien sind Gram-negative, obligat-intrazelluläre Bakterien, die für ein weites Spektrum an relevanten Krankheiten verantwortlich sind. Auf Grund ihres zweiphasigen Entwicklungszyklusses sind Chlamydien von einer intakten Wirtszelle abhängig, um sich erfolgreich vermehren und im Organismus ausbreiten zu können. Daher haben Chlamydien anspruchsvolle Strategien entwickelt, um das Immunsystem des Wirtes auszuschalten oder den programmierten Zelltod ihrer Wirtszelle zu verhindern. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob eine Infektion mit C. trachomatis einen Einfluss auf die zelluläre Antwort auf dsRNA nehmen kann. Die Synthese von dsRNA ist ein charakteristisches Merkmal der Replikation von Viren, welche sowohl die Apoptose induzieren als auch das Immunsystem aktivieren kann. Um eine chlamydiale und virale Co-Infektion zu simulieren, wurden Chlamydien-infizierte Epithelzellen mit der synthetischen dsRNA Polyinosin-Polycytidinsäure (polyI:C) transfiziert. Im ersten Teil der Arbeit wurde untersucht, ob Chlamydien die durch dsRNA eingeleitete Apoptose verhindern können. Eine signifikante Reduktion der dsRNA-induzierten Apoptose konnte in infizierten Zellen beobachtet werden. Es zeigte sich, dass die Prozessierung der Initiator-Caspase-8 in infizierten Zellen unterblieb. Dies war von der frühen bakteriellen Proteinsynthese abhängig und für die dsRNA-vermittelte Apoptose spezifisch, da der durch TNFalpha bewirkte Zelltod nicht auf der Ebene der Caspase-8 verhindert werden konnte. Die Aktivierung von zellulären Faktoren, die bei der Apoptoseinduzierung eine wichtige Rolle spielen, beispielsweise PKR und RNase L, war in infizierten Zellen jedoch unverändert. Stattdessen konnte durch RNA Interferenz-vermittelte Depletion gezeigt werden, dass der zelluläre Caspase-8-Inhibitor cFlip eine entscheidende Rolle bei der chlamydialen Blockierung der dsRNA-vermittelten Apoptose spielt. Mittels Co-Immunopräzipitation konnte ein erster Hinweis darauf gefunden werden, dass C. trachomatis eine Anreicherung von cFlip im dsRNA-induzierten Komplex von Caspase-8 und FADD bewirkt. Im zweiten Teil der Arbeit wurde untersucht, ob Chlamydien die Immunantwort auf virale Infektionen beeinflussen, welche vor allem die Expression von Interferonen und Interleukinen beinhaltet. Es stellte sich heraus, dass die Aktivierung des Interferon regulatory factor 3 (IRF-3) und des zur Familie von NF-kappaB Trankriptionsfaktoren gehörenden p65, zwei zentralen Regulatoren der Immunantwort auf dsRNA, in infizierten Epithelzellen verändert war. Die Degradation von IkappaB-alpha, des Inhibitors von NF-kappaB, war in infizierten Zellen beschleunigt, begleitet von einer Veränderung der Translokation des Transkriptionsfaktors in den Zellkern. Im Gegensatz dazu wurde die nukleäre Translokation von IRF-3 durch die Infektion signifikant verhindert. Die hier vorgestellten Daten zeigen erstmals, dass eine Infektion mit C. trachomatis die zelluläre Antwort auf dsRNA signifikant verändern kann und implizieren einen Einfluss von chlamydialen Infektionen auf den Ausgang von viralen Superinfektionen.
N2  - Chlamydia are Gram-negative obligate intracellular bacteria responsible for a wide spectrum of relevant diseases. Due to their biphasic developmental cycle Chlamydia depend on an intact host cell for replication and establishment of an acute infection. Chlamydia have therefore evolved sophisticated strategies to inhibit programmed cell death (PCD) induced by a variety of stimuli and to subvert the host immune system. This work aimed at elucidating whether an infection with C. trachomatis can influence the cellular response to double-stranded RNA (dsRNA). The synthesis of dsRNA is a prominent feature of viral replication inside infected cells that can induce both PCD and the activation of a cellular innate immune response. In order to mimic chlamydial and viral co-infections, Chlamydia-infected cells were transfected with polyinosinic:polycytidylic acid (polyI:C), a synthetic dsRNA. In the first part of this work it was investigated whether C. trachomatis-infected host cells could resist apoptosis induced by polyI:C. A significant reduction in apoptosis, determined by PARP cleavage and DNA fragmentation, could be observed in infected cells. It could be shown that processing of the initiator caspase-8 was inhibited in infected host cells. This process was dependent on early bacterial protein synthesis and was specific for dsRNA because apoptosis induced by TNFalpha was not blocked at the level of caspase-8. Interestingly, the activation of cellular factors involved in apoptosis induction by dsRNA, most importantly PKR and RNase L, was not abrogated in infected cells. Instead, RNA interference experiments revealed the crucial role of cFlip, a cellular caspase-8 inhibitor, for chlamydial inhibition of dsRNA-induced apoptosis. First data acquired by co-immunoprecipitation experiments pointed to an infection-induced concentration of cFlip in the dsRNA-induced death complex of caspase-8 and FADD. In the second part of this work, the chlamydial influence on the first line of defense against viral infections, involving expression of interferons and interleukins, was examined. Activation of the interferon regulatory factor 3 (IRF-3) and the NF-kappaB transcription factor family member p65, both central regulators of the innate immune response to dsRNA, was altered in Chlamydia-infected epithelial cells. polyI:C-induced degradation of IkappaB-alpha, the inhibitor of NF-kappaB, was accelerated in infected cells which was accompanied by a change in nuclear translocation of the transcription factor. Translocation of IRF-3, in contrast, was significantly blocked upon infection. Together the data presented here demonstrate that infection with C. trachomatis can drastically alter the cellular response to dsRNA and imply an impact of chlamydial infections on the outcome of viral super-infections.
KW  - Chlamydia trachomatis
KW  - Signaltransduktion
KW  - Immunreaktion
KW  - Doppelhelix
KW  - RNS
KW  - Apoptosis
KW  - Apoptose
KW  - doppelsträngige RNA
KW  - Immunantwort
KW  - Apoptosis
KW  - Chlamydia trachomatis
KW  - double-stranded RNA
KW  - innate immunity
KW  - signal transduction
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-46474
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bässler, Claus
A1  - Brandl, Roland
A1  - Müller, Jörg
A1  - Krah, Franz S.
A1  - Reinelt, Arthur
A1  - Halbwachs, Hans
T1  - Global analysis reveals an environmentally driven latitudinal pattern in mushroom size across fungal species
JF  - Ecology Letters
N2  - Although macroecology is a well‐established field, much remains to be learned about the large‐scale variation of fungal traits. We conducted a global analysis of mean fruit body size of 59 geographical regions worldwide, comprising 5340 fungal species exploring the response of fruit body size to latitude, resource availability and temperature. The results showed a hump‐shaped relationship between mean fruit body size and distance to the equator. Areas with large fruit bodies were characterised by a high seasonality and an intermediate mean temperature. The responses of mutualistic species and saprotrophs were similar. These findings support the resource availability hypothesis, predicting large fruit bodies due to a seasonal resource surplus, and the thermoregulation hypothesis, according to which small fruit bodies offer a strategy to avoid heat and cold stress and therefore occur at temperature extremes. Fruit body size may thus be an adaptive trait driving the large‐scale distribution of fungal species.
KW  - Fungal traits
KW  - global biomes
KW  - latitudinal gradient
KW  - mean fruit body size
KW  - saprobic and ectomycorrhizal basidiomycetes
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-239808
VL  - 24
IS  - 4
SP  - 658
EP  - 667
ER  - 
TY  - THES
A1  - Busold, Christian
T1  - Facilitating functional interpretation of microarray data by integration of gene annotations in Correspondence Analysis
T1  - Verbesserte funktionelle Analyse von Microarraydaten mittels Integration von Gen-Annotationen in Korrespondenzanalyse
N2  - DNS-Chips (’Microarrays’) haben sich zu einer der Standardmethoden zur Erstellung von genomweiten Expressionsstudien entwickelt. Mittlerweile wurden dazu eine Vielzahl von Methoden zur Identifizierung von differentiell regulierten Genen veröffentlicht. Ungeachtet dessen stellt die abschliessende funktionelle Interpretation der Ergebnisse einen der Engpässe in der Analyse von Chip-Daten dar. Die Mehrzahl der Analysemethoden stellt die signifikant regulierten Gene in Listen dar, aus denen in einem weiteren Schritt gemeinsame funktionelle Eigenschaften abgeleitet werden müssen. Dies stellt nicht nur eine arbeitsintensive Arbeit dar, die mit steigender Anzahl an experimentellen Konditionen immer weniger praktikabel wird, sondern ist auch fehleranfällig, da diese Auswertung im allgemeinen auf dem visuellen Vergleich von Listen beruht. In der vorliegenden Arbeit wurden Methoden für eine rechnergestützte Auswertung von funktionellen Geneigenschaften entwickelt und validiert. Hierzu wurde die ’Gene Ontology’ als Quelle für die Annotationsdaten ausgewählt, da hier die Daten in einem Format gespeichert sind, das sowohl eine leichte menschliche Interaktion sowie die statistische Analyse der Annotationen ermöglicht. Diese Genannotation wurden als Zusatzinformationen in die Korrespondenzanalyse integriert, welches eine simultane Darstellung von Genen, Hybridisierungen und funktionellen Kategorien in einer Grafik ermöglicht. Aufgrund der ständig wachsenden Anzahl an verfügbaren Annotationen und der Tatsache, daß zwischen den meisten experimentellen Bedingungen nur wenige funktionelle Prozesse differentiell reguliert sind, wurden Filter entwickelt, die die Anzahl der dargestellten Annotationen auf eine im gegebenen experimentellen Kontext relevante Gruppe reduzieren. Die Anwendbarkeit der Visualisierung und der Filter wurde auf Datensätzen unterschiedlicher Komplexität getestet: beginnend mit dem gut verstandenen Glukosestoffwechsel im Modellorganismus S. cerevisiae, bis hin zum Vergleich unterschiedlicher Tumortypen im Menschen. In beiden Fällen generierte die Methode gut zu interpretierende Grafiken, in denen die funktionellen Hauptunterschiede durch die dargestellten Annotationen gut beschrieben werden [90]. Während die Integration von Annotationsdaten wie GO die funktionelle Interpretation vereinfacht, fehlt die Möglichkeit zur Identifikation einzelner relevanter Schlüsselgene. Um eine solche Analyse zu ermöglichen, wurden Daten zum Vorkommen von Transskriptionsfaktorbindestellen in den 5’-Bereichen von Genen integriert. Auch diese Methode wurde an Datensätzen von S. cerevisiae und vergleichenden Studien von humanen Krebszelllinien validiert.In beiden Fällen konnten Transkriptionsfaktoren identifiziert werden, die für die beobachteten transkriptionellen Unterschiede von entscheidender Bedeutung sind [206]. Zusammenfassend, ermöglicht die Integration von Zusatzinformationen in die Korrespondenzanalyse eine simultane Visualisierung von Genen, Hybridisierungen und Annotationsdaten in einer einzigen, gut zu interpretierenden Grafik. Dies erlaubt auch in komplexen experimentellen Bedingungen eine intuitive Identifizierung von relevanten Annotationen. Der hier vorgestellte Ansatz, ist nicht auf die gezeigten Datenstrukturen beschränkt, sondern kann auf die Mehrzahl der verfügbaren Annotationsdaten angewendet werden.
N2  - DNA microarrays have become a standard technique to assess the mRNA levels for complete genomes. To identify significantly regulated genes from these large amounts of data a wealth of methods has been developed. Despite this, the functional interpretation (i.e. deducing biological hypothesis from the data) still remains a major bottleneck in microarray data analysis. Most available methods display the set of significant genes in long lists, from which common functional properties have to be extracted. This is not only a tedious and time-consuming task, which becomes less and less feasible with increasing numbers of experimental conditions, but is also prone to errors, since it is commonly done by eye. In the course of this work methods have been developed and tested, that allow for a computerbased analysis of functional properties being relevant in the given experimental setting. To this end the Gene Ontology was chosen as an appropriate source of annotation data, because it combines human-readability with computer-accessibility of the annotations term and thus allows for a statistical analysis of functional properties. Here the gene-annotations are integrated in a Correspondence Analysis which allows to visualize genes, hybridizations and functional categories in a single plot. Due to the increasing amounts of available annotations and the fact that in most settings only few functional processes are differentially regulated, several filter criteria have been developed to reduce the number of displayed annotations to a set being relevant in the given experimental setting. The applicability of the presented visualization and filtering have both been validated on datasets of varying complexity. Starting from the well studied glucose-pathway in S. cerevisiae up to the comparison of different tumor types in human. In both settings the method generated well interpretable plots, which allowed for an immediate identification of the major functional differences between the experimental conditions [90]. While the integration of annotation data like GO facilitates functional interpretation, it lacks the capability to identify key regulatory elements. To facilitate such an analysis, the occurrence of transcription factor binding sites in upstream regions of genes has been integrated to the analysis as well. Again this methodology was biologically validated on S. cerevisiae as well human cancer data sets. In both settings TFs known to exhibit central roles for the observed transcriptional changes were plotted in marked positions and thus could be immediately identified [206]. In essence, integration of supplementary information in Correspondence Analysis visualizes genes, hybridizations and annotation data in a single, well interpretable plot. This allows for an intuitive identification of relevant annotations even in complex experimental settings. The presented approach is not limited to the shown types of data, but is generalizable to account for the majority of the available annotation data.
KW  - Microarray
KW  - DNS
KW  - Genexpression
KW  - Auswertung
KW  - Microarray Analyse
KW  - GO-Annotationen
KW  - funktionelle Analyse
KW  - Korrespondenzanalyse
KW  - microarray data analysis
KW  - GO-annotations
KW  - functional interpretation
KW  - correspondence analysis
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-21150
ER  - 
TY  - THES
A1  - Busch, Rhoda
T1  - Redundancy and indispensability of NFATc1-isoforms in the adaptive and innate immune system
T1  - Redundanz und Unentbehrlichkeit der NFATc1-Isoformen im adaptiven und natürlichen Immunsystem
N2  - Peritonitis is a common disease in man, frequently caused by fungi, such as Candida albicans; however, in seldom cases opportunistic infections with Saccharomyces cerevisiae are described. Resident peritoneal macrophages (prMΦ) are the major group of phagocytic cells in the peritoneum. They express a broad range of surface pattern recognition receptors (PRR) to recognize invaders. Yeast infections are primarily detected by the Dectin-1 receptor, which triggers activation of NFAT and NF-κB pathways. 
The transcription of the Nfatc1 gene is directed by the two alternative promoters, inducible P1 and relatively constitutive P2 promoter. While the role of P1-directed NFATc1α-isoforms to promote survival and proliferation of activated lymphocytes is well-established, the relevance of constitutively generated NFATc1β-isoforms, mainly expressed in resting lymphocytes, myeloid and non-lymphoid cells, remains unclear. Moreover, former work at our department indicated different roles for NFATc1α- and NFATc1β-proteins in lymphocytes. 
Our data revealed the functional role of NFATc1 in peritoneal resident macrophages. We demonstrated that the expression of NFATc1β is required for a proper immune response of prMΦ during fungal infection-induced acute peritonitis. We identified Ccl2, a major chemokine produced in response to fungal infections by prMΦ, as a novel NFATc1 target gene which is cooperatively regulated through the NFAT- and canonical NF-κB pathways. Consequently, we showed that NFATc1β deficiency in prMΦ results in a decreased infiltration of inflammatory monocytes, leading to a delayed clearance of peritoneal fungal infection. 
We could further show that the expression of NFATc1β-isoforms is irrelevant for homeostasis of myeloid and adaptive immune system cells and that NFATc1α- (but not β-) isoforms are required for a normal development of peritoneal B1a cells. In contrast to the situation in myeloid cells, NFATc1β deficiency is compensated by increased expression of NFATc1α-isoforms in lymphoid cells. As a consequence, NFATc1ß is dispensable for activation of the adaptive immune system. 
Taken together our results illustrate the redundancy and indispensability of NFATc1-isoforms in the adaptive and innate immune system, indicating a complex regulatory system for Nfatc1 gene expression in different compartments of the immune system and likely beyond that.
N2  - Peritonitis ist eine alltägliche Erkrankung des Menschen, die häufig durch Pilze wie Candida albicans verursacht wird. In seltenen Fällen sind opportunistische Infektionen mit Saccharomyces cerevisiae beschrieben. Residente peritoneale Makrophagen (prMΦ) stellen die größte Gruppe phagozytischer Zellen im Peritoneum dar. Sie exprimieren eine Vielzahl an Oberflächenrezeptoren (PRR), mit denen sie Eindringlinge erkennen. Hefeinfektionen werden dabei vorrangig durch den Dectin-1 Rezeptor erkannt, der die Signalkaskaden von NFAT und NF-κB aktiviert.
Die Transkription des Nfatc1 Gens wird von zwei Promotoren gelenkt, dem induzierbaren P1-Promotor und dem relativ konstitutiven P2-Promotor. Während die Funktionen der vom P1-Promotor erzeugten NFATc1α-Isoformen beim Überleben und der Proliferation von aktivierten Lymphozyten wohl bekannt sind, blieb die Rolle der NFATc1β-Isoformen, die vor allem in ruhenden lymphoiden, myeloiden und nicht-lymphoiden Zellen exprimiert sind, bisher ungeklärt. Unser Labor konnte zudem zeigen, dass NFATc1α- und NFATc1β- Proteine unterschiedliche Funktionen in Lymphozyten haben.
Unsere Daten lassen die Funktion von NFATc1 in peritonealen Makrophagen erkennen. Wir konnten zeigen, dass während einer pilzinduzierten Peritonitis die Expression von NFATc1β für eine vollständige Immunantwort der prMΦ erforderlich ist. Wir haben Ccl2, das am stärksten von prMΦ als Antwort auf Pilzinfektionen produzierte Chemokin, als neues NFATc1 Zielgen identifiziert, welches kooperativ von den NFATc1- und NF-κB-Signalwegen reguliert wird. Folglich konnten wir zeigen, dass das Fehlen von NFATc1β in prMΦ zu einer Abnahme der eindringenden entzündlichen Monozyten führt, was eine verspätete Abwehr von peritonealen Pilzinfektionen zur Folge hat.
Des Weiteren konnten wir zeigen, dass die Expression von NFATc1β-Isoformen irrelevant für die Homöostase von myeloiden und adaptiven Immunzellen ist, und dass NFATc1α- (aber nicht β-) Isoformen für die normale Entwicklung von B1a-Zellen erforderlich sind. In lymphoiden Zellen wird das Fehlen von NFATc1β, im Gegensatz zur Situation in myeloiden Zellen, durch eine erhöhte Expression von NFATc1α kompensiert. Demzufolge ist NFATc1β entbehrlich für die Aktivierung des adaptiven Immunsystems.
Zusammengenommen zeigen unsere Ergebnisse die Redundanz und die Unentbehrlichkeit der NFATc1-Isoformen im adaptiven und natürlichen Immunsystem, welche auf ein komplexes regulatorisches System der Genexpression von NFATc1 in den verschiedenen Kompartimenten des Immunsystems und wahrscheinlich darüber hinaus hinweist.
KW  - Immunsystem
KW  - NFATc1
KW  - fungal infection
KW  - Ccl2
KW  - Bauchfellentzündung
KW  - Mykose
KW  - Transkriptionsfaktor
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-91096
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Buga, Ana-Maria
A1  - Scholz, Claus Jürgen
A1  - Kumar, Senthil
A1  - Herndon, James G.
A1  - Alexandru, Dragos
A1  - Cojocaru, Gabriel Radu
A1  - Dandekar, Thomas
A1  - Popa-Wagner, Aurel
T1  - Identification of New Therapeutic Targets by Genome-Wide Analysis of Gene Expression in the Ipsilateral Cortex of Aged Rats after Stroke
JF  - PLoS One
N2  - Background: Because most human stroke victims are elderly, studies of experimental stroke in the aged rather than the young rat model may be optimal for identifying clinically relevant cellular responses, as well for pinpointing beneficial interventions. 
Methodology/Principal Findings: We employed the Affymetrix platform to analyze the whole-gene transcriptome following temporary ligation of the middle cerebral artery in aged and young rats. The correspondence, heat map, and dendrogram analyses independently suggest a differential, age-group-specific behaviour of major gene clusters after stroke. Overall, the pattern of gene expression strongly suggests that the response of the aged rat brain is qualitatively rather than quantitatively different from the young, i.e. the total number of regulated genes is comparable in the two age groups, but the aged rats had great difficulty in mounting a timely response to stroke. Our study indicates that four genes related to neuropathic syndrome, stress, anxiety disorders and depression (Acvr1c, Cort, Htr2b and Pnoc) may have impaired response to stroke in aged rats. New therapeutic options in aged rats may also include Calcrl, Cyp11b1, Prcp, Cebpa, Cfd, Gpnmb, Fcgr2b, Fcgr3a, Tnfrsf26, Adam 17 and Mmp14. An unexpected target is the enzyme 3-hydroxy-3-methylglutaryl-Coenzyme A synthase 1 in aged rats, a key enzyme in the cholesterol synthesis pathway. Post-stroke axonal growth was compromised in both age groups. 
Conclusion/Significance: We suggest that a multi-stage, multimodal treatment in aged animals may be more likely to produce positive results. Such a therapeutic approach should be focused on tissue restoration but should also address other aspects of patient post-stroke therapy such as neuropathic syndrome, stress, anxiety disorders, depression, neurotransmission and blood pressure.
KW  - gamma
KW  - corticotropin-releasing hormone
KW  - colony-stimulating factor
KW  - cerebral ischemia
KW  - receptor
KW  - brain
KW  - protein
KW  - inhibitor
KW  - mouse
KW  - differentiation
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-130657
VL  - 7
IS  - 12
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Buellesbach, Jan
A1  - Vetter, Sebastian G.
A1  - Schmitt, Thomas
T1  - Differences in the reliance on cuticular hydrocarbons as sexual signaling and species discrimination cues in parasitoid wasps
JF  - Frontiers in Zoology
N2  - Background
Cuticular hydrocarbons (CHC) have been documented to play crucial roles as species- and sex-specific cues in the chemical communication systems of a wide variety of insects. However, whether they are sufficient by themselves as the sole cue triggering sexual behavior as well as preference of con- over heterospecific mating partners is rarely assessed. We conducted behavioral assays in three representative species of parasitoid wasps (Hymenoptera: Pteromalidae) to determine their reliance on CHC as species-specific sexual signaling cues.

Results
We found a surprising degree of either unspecific or insufficient sexual signaling when CHC are singled out as recognition cues. Most strikingly, the cosmopolitan species Nasonia vitripennis, expected to experience enhanced selection pressure to discriminate against other co-occurring parasitoids, did not discriminate against CHC of a partially sympatric species from another genus, Trichomalopsis sarcophagae. Focusing on the latter species, in turn, it became apparent that CHC are even insufficient as the sole cue triggering conspecific sexual behavior, hinting at the requirement of additional, synergistic sexual cues particularly important in this species. Finally, in the phylogenetically and chemically most divergent species Muscidifurax uniraptor, we intriguingly found both CHC-based sexual signaling as well as species discrimination behavior intact although this species is naturally parthenogenetic with sexual reproduction only occurring under laboratory conditions.

Conclusions
Our findings implicate a discrepancy in the reliance on and specificity of CHC as sexual cues in our tested parasitioid wasps. CHC profiles were not sufficient for unambiguous discrimination and preference behavior, as demonstrated by clear cross-attraction between some of our tested wasp genera. Moreover, we could show that only in T. sarcophagae, additional behavioral cues need to be present for triggering natural mating behavior, hinting at an interesting shift in signaling hierarchy in this particular species. This demonstrates the importance of integrating multiple, potentially complementary signaling modalities in future studies for a better understanding of their individual contributions to natural sexual communication behavior.
KW  - chemical communication
KW  - assortative mating
KW  - mate recognition
KW  - prezygotic reproductive isolation
KW  - speciation
KW  - Nasonia
KW  - Trichomalopsis
KW  - Muscidifurax
KW  - Pteromalidae
KW  - Hymenoptera
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-221702
VL  - 15
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Buellesbach, Jan
A1  - Diao, Wenwen
A1  - Schmitt, Thomas
A1  - Beukeboom, Leo W.
T1  - Micro‐climate correlations and conserved sexual dimorphism of cuticular hydrocarbons in European populations of the jewel wasp Nasonia vitripennis
JF  - Ecological Entomology
N2  - 1. Protection against desiccation and chemical communication are two fundamental functions of cuticular hydrocarbons (CHCs) in insects. In the parasitoid jewel wasp Nasonia vitripennis (Walker), characterised by a cosmopolitan distribution through largely different environments, CHCs function as universally recognised female sex pheromones. However, CHC uniformity as basis for sexual recognition may conflict with the desiccation protection function, expected to display considerable flexibility through adaptation to different environmental conditions.
2. We compared male and female CHC profiles of N. vitripennis across a wide latitudinal gradient in Europe and correlated their CHC variation with climatic factors associated with desiccation. Additionally, we tested male mate discrimination behaviour between populations to detect potential variations in female sexual attractiveness.
3. Results did not conform to the general expectation that longer, straight‐chain CHCs occur in higher proportions in warmer and drier climates. Instead, unexpected environmental correlations of intermediate chain‐length CHCs (C31) were found exclusively in females, potentially reflecting the different life histories of the sexes in N. vitripennis.
4. Furthermore, we found no indication of population‐specific male mate preference, confirming the stability of female sexual attractiveness, likely conveyed through their CHC profiles. C31 mono‐ and C33 di‐methyl‐branched alkanes were consistently and most strongly associated with sexual dimorphism, suggesting their potential role in encoding the female‐specific sexual signalling function.
5. Our study sheds light on how both adaptive flexibility and conserved sexual attractiveness can potentially be integrated and encoded in CHC profiles of N. vitripennis females across a wide distribution range in Europe.
KW  - chemical communication
KW  - climatic factors
KW  - desiccation resistance
KW  - sex pheromones
KW  - sexual dimorphism
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-262770
VL  - 47
IS  - 1
SP  - 38
EP  - 51
ER  - 
TY  - THES
A1  - Buckel, Lisa
T1  - Evaluating the combination of oncolytic vaccinia virus and ionizing radiation in therapy of preclinical glioma models
T1  - Evaluierung der Kombination von onkolytischem Vaccinia Virus und ionisierender Strahlung in vorklinischen Gliomamodellen
N2  - Glioblastoma multiforme (GBM) represents the most aggressive form of malignant brain tumors and remains a therapeutically challenge. Intense research in the field has lead to the testing of oncolytic viruses to improve tumor control. Currently, a variety of different oncolytic viruses are being evaluated for their ability to be used in anti-cancer therapy and a few have entered clinical trials. Vaccinia virus, is one of the viruses being studied. GLV-1h68, an oncolytic vaccinia virus engineered by Genelux Corporation, was constructed by insertion of three gene cassettes, RUC-GFP fusion, β-galactosidase and β- glucuronidase into the genome of the LIVP strain. Since focal tumor radiotherapy is a mainstay for cancer treatment, including glioma therapy, it is of clinical relevance to assess how systemically administered oncolytic vaccinia virus could be combined with targeted ionizing radiation for therapeutic gain. In this work we show how focal ionizing radiation (IR) can be combined with multiple systemically delivered oncolytic vaccinia virus strains in murine models of human U-87 glioma. After initial experiments which confirmed that ionizing radiation does not damage viral DNA or alter viral tropism, animal studies were carried out to analyze the interaction of vaccinia virus and ionizing radiation in the in vivo setting. We found that irradiation of the tumor target, prior to systemic administration of oncolytic vaccinia virus GLV-1h68, increased viral replication within the U-87 xenografts as measured by viral reporter gene expression and viral titers. Importantly, while GLV-1h68 alone had minimal effect on U-87 tumor growth delay, IR enhanced GLV-1h68 replication, which translated to increased tumor growth delay and mouse survival in subcutaneous and orthotopic U-87 glioma murine models compared to monotherapy with IR or GLV-1h68. The ability of IR to enhance vaccinia replication was not restricted to the multi-mutated GLV-1h68, but was also seen with the less attenuated oncolytic vaccinia, LIVP 1.1.1. We have demonstrated that in animals treated with combination of ionizing radiation and LIVP 1.1.1 a strong pro-inflammatory tissue response was induced. When IR was given in a more clinically relevant fractionated scheme, we found oncolytic vaccinia virus replication also increased. This indicates that vaccinia virus could be incorporated into either larger hypo-fraction or more conventionally fractionated radiotherapy schemes. The ability of focal IR to mediate selective replication of systemically injected oncolytic vaccinia was demonstrated in a bilateral glioma model. In mice with bilateral U-87 tumors in both hindlimbs, systemically administered oncolytic vaccinia replicated preferentially in the focally irradiated tumor compared to the shielded non- irradiated tumor in the same mouse We demonstrated that tumor control could be further improved when fractionated focal ionizing radiation was combined with a vaccinia virus caring an anti-angiogenic payload targeting vascular endothelial growth factor (VEGF). Our studies showed that following ionizing radiation expression of VEGF is upregulated in U-87 glioma cells in culture. We further showed a concentration dependent increase in radioresistance of human endothelial cells in presence of VEGF. Interestingly, we found effects of vascular endothelial growth factor on endothelial cells were reversible by adding purified GLAF-1 to the cells. GLAF-1 is a single- chain antibody targeting human and murine VEGF and is expressed by oncolytic vaccinia virus GLV-109. In U-87 glioma xenograft murine models the combination of fractionated ionizing radiation with GLV-1h164, a vaccinia virus also targeting VEGF, resulted in the best volumetric tumor response and a drastic decrease in vascular endothelial growth factor. Histological analysis of embedded tumor sections 14 days after viral administration confirmed that blocking VEGF translated into a decrease in vessel number to 30% of vessel number found in control tumors in animals treated with GLV-164 and fractionated IR which was lower than for all other treatment groups. Our experiments with GLV-1h164 and fractionated radiotherapy have shown that in addition to ionizing radiation and viral induced tumor cell destruction we were able to effectively target the tumor vasculature. This was achieved by enhanced viral replication translating in increased levels of GLAF-2 disrupting tumor vessels as well as the radiosensitization of tumor vasculature to IR by blocking VEGF. Our preclinical results have important clinical implications of how focal radiotherapy can be combined with systemic oncolytic viral administration for highly aggressive, locally advanced tumors with the potential, by using a vaccinia virus targeting human vascular endothelial growth factor, to further increase tumor radiation sensitivity by engaging the vascular component in addition to cancer cells.
N2  - Glioblastoma multiforme (GBM) verkörpert die aggressivste Form von bösartigen Gehirntumoren und seine Therapie gestaltet sich schwierig. Weitläufige Forschung hat dazu geführt, dass onkolytische Viren zur Verbesserung der Tumorbehandlung untersucht wurden. Gegenwärtig wird eine Vielzahl an verschiedenen onkolytischen Viren untersucht und einige wenige befinden sich bereits in klinischen Studien. Eines der Viren die untersucht werden, ist das Vaccinia-Virus. GLV-1h68, ein onkolytisches Vaccinia- Virus, wurde durch die Einfügung von drei Genkasseten, RUC-GFP Fusion, β- Galaktosidase und β- Glucuronidase in das Genom des LIVP Stammes hergestellt. Da fokale Bestrahlungstherapie aus der Behandlung von Krebs, nicht nur im Falle von Glioblastomen, nicht wegzudenken ist, ist es klinisch relevant, zu untersuchen, wie ein systemisch verabreichtes Vaccinia-Virus mit gezielter ionisierender Strahlung (IR) kombiniert werden könnte, um Therapiechancen zu verbesseren. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, wie gezielte IR mit verschiedenen sytemisch injizierten Vaccinia-Virus Stämmen in einem Mausmodell für humane U-87-Glioma kombiniert wurde. Nachdem einleitende Versuche bestätigten, dass IR die virale Erbinformation nicht beschädigt und auch nicht den viralen Tropismus verändert, wurden Tierstudien durchgeführt, die die Interaktion des Vaccinia-Virus mit Bestrahlungtherapie in vivo untersuchten. Wir konnten zeigen, dass eine vorherige Bestrahlung des Tumors, bevor das GLV-1h68-Virus systemisch injiziert wurde, eine erhöhte viraler Replikation im Tumor zur Folge hatte, wie wir durch gesteigerte virale Titer und Markergenexpression belegen konnten. Von wesentlicher Bedeutung ist, dass eine Verabreichung von ausschliesslich GLV-1h68 einen minimalen Einfluss auf das U-87 Tumorwachstum hatte, während die durch die Bestrahlung ausgelöste erhöhte Vermehrung von Virus im Tumor eine Verzögerung des Tumorwachstums sowie ein verlängertes Überleben von Mäusen mit U-87-Xenografts zur Folge hatte. Die Fähigkeit von IR virale Vermehrung zu erhöhen, wurde auch für das weniger attenuierte LIVP 1.1.1-Virus gezeigt. Wenn die Bestrahlung in einem klinisch relevanten fraktionierten Bestrahlungsschema verabreicht wurde, war virale Replikation ebenfalls erhöht. Dies verdeutlicht, dass das Vaccinia-Virus klinisch entweder in eine Bestrahlung mit einer einzelnen Dosis oder in eine konventionelle fraktionierte Bestrahlung integriert werden kann. Die Fähigkeit von fokaler IR, eine selektive Vermehrung von systemisch injizierten onkolytischen Vaccinia-Viren zu ermöglichen, wurde in einem bilateralen Gliomamausmodell bestätigt. In Mausen mit Tumoren an beiden Hinterbeinen, vermehrte sich das systemisch gespritzte Vaccinia-Virus bevorzugt im bestrahlten Tumor. Wir konnten zeigen, wie die Tumorkontrolle darüber hinaus weiter verbessert werden kann, wenn fraktionierte fokale Bestrahlung mit einem Vaccinia-Virus kombiniert wird, das eine anti-angiogenetische Ladung, die den vaskulaeren endothelialen Wachstumsfaktor (VEGF) inhibiert, exprimiert. Unsere Studien konnten zeigen, dass durch die Bestrahlung von U-87 Gliomazellen eine Hochregulation von VEGF-Expression ausgelöst wurde, die Radioresistenz von Endothelzellen konzentrationsabhängig induzierte. Wir konnten zeigen, dass die durch VEGF verursache Radioresistenz umkehrbar ist, wenn zusätzlich aufgereinigtes GLAF-1, einen Vaccinia Virus exprimierten Antikörper, zu den Zellen gegeben wurde. In einem Mausmodell zeigte die Kombination aus fraktionierter Bestrahlung und GLV-1h164, ein Vaccinia-Virus, das ebenfalls einen VEGF Antikörper mit Ähnlichkeit zu GLAF-1 exprimiert, resultierte in der stärksten volumetrischen Tumorantwort. Es wurde ebenfalls eine drastische Abnahme an VEGF im Tumor bereits 3 Tagen nach Virus- Injektion nachgewiesen. Histologische Analyse bestätigte, dass die Blockade von VEGF eine Erniedrigung der Anzahl von Tumorblutgefäßen, zu 30% von Kontrolltumoren, zur Folge hatte. Dieser Wert war niedriger als in allen anderen Behandlungsgruppen. Unsere Versuche mit fraktionierter Bestrahlung und GLV-1h164 konnten zeigen, dass zusätzlich zu der durch Virus und Bestrahlung ausgelösten Tumorzellzerstörung, eine effiziente Degeneration der Tumorblutgefäße möglich war. Dies wurde durch eine erhöhte Virus-Vermehrung als Folge der Bestrahlung, sowie durch Sensitiveren der tumoralen Endothelzellen durch Blockierung von VEGF-A erreicht. Die Ergebnisse, die in dieser Arbeit zeigen, wie fokale Bestrahlungstherapie mit systemisch verabreichten onkolytische Vaccinia-Viren für aggressive, fortgeschrittene Tumore kombiniert werden kann. Es ist denkbar, dass die Tumortherapie weiter verbessert werden kann, wenn ein Vaccinia-Virus benutzt wird, das sich zusätzlich gegen VEGF richtet, so werden zu den Krebszellen zusätzlich Tumorblutgefäße in die Therapie miteinbezogen, um die Sensitivität von Endothelzellen gegen Bestrahlung weiter zu erhöhen.
KW  - Gliom
KW  - Vaccinia-Virus
KW  - Strahlentherapie
KW  - Kombinationstherapie
KW  - onkolytische Virotherapie
KW  - Glioma
KW  - vaccinia virus
KW  - ionizing radiation
KW  - combination therapy
KW  - oncolytic virotherapy
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85309
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Buchner, Erich
A1  - Blanco Redondo, Beatriz
A1  - Bunz, Melanie
A1  - Halder, Partho
A1  - Sadanandappa, Madhumala K.
A1  - Mühlbauer, Barbara
A1  - Erwin, Felix
A1  - Hofbauer, Alois
A1  - Rodrigues, Veronica
A1  - VijayRaghavan, K.
A1  - Ramaswami, Mani
A1  - Rieger, Dirk
A1  - Wegener, Christian
A1  - Förster, Charlotte
T1  - Identification and Structural Characterization of Interneurons of the Drosophila Brain by Monoclonal Antibodies of the Würzburg Hybridoma Library
JF  - PLoS ONE
N2  - Several novel synaptic proteins have been identified by monoclonal antibodies (mAbs) of the Würzburg hybridoma library generated against homogenized Drosophila brains, e.g. cysteine string protein, synapse-associated protein of 47 kDa, and Bruchpilot. However, at present no routine technique exists to identify the antigens of mAbs of our library that label only a small number of cells in the brain. Yet these antibodies can be used to reproducibly label and thereby identify these cells by immunohistochemical staining. Here we describe the staining patterns in the Drosophila brain for ten mAbs of the Würzburg hybridoma library. Besides revealing the neuroanatomical structure and distribution of ten different sets of cells we compare the staining patterns with those of antibodies against known antigens and GFP expression patterns driven by selected Gal4 lines employing regulatory sequences of neuronal genes. We present examples where our antibodies apparently stain the same cells in different Gal4 lines suggesting that the corresponding regulatory sequences can be exploited by the split-Gal4 technique for transgene expression exclusively in these cells. The detection of Gal4 expression in cells labeled by mAbs may also help in the identification of the antigens recognized by the antibodies which then in addition to their value for neuroanatomy will represent important tools for the characterization of the antigens. Implications and future strategies for the identification of the antigens are discussed.
KW  - cell staining
KW  - drosophila melanogaster
KW  - gene expression
KW  - hybridomas
KW  - immune serum
KW  - library screening
KW  - monoclonal antibodies
KW  - neurons
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-97109
ER  -