TY  - JOUR
A1  - Gros, Andreas
A1  - Hovestadt, Thomas
A1  - Poethke, Hans Joachim
T1  - Evolution of local adaptions in dispersal strategies
N2  - The optimal probability and distance of dispersal largely depend on the risk to end up in unsuitable habitat. This risk is highest close to the habitat’s edge and consequently, optimal dispersal probability and distance should decline towards the habitat’s border. This selection should lead to the emergence of spatial gradients in dispersal strategies. However, gene flow caused by dispersal itself is counteracting local adaptation. Using an individual based model we investigate the evolution of local adaptations of dispersal probability and distance within a single, circular, habitat patch. We compare evolved dispersal probabilities and distances for six different dispersal kernels (two negative exponential kernels, two skewed kernels, nearest neighbour dispersal and global dispersal) in patches of different size. For all kernels a positive correlation between patch size and dispersal probability emerges. However, a minimum patch size is necessary to allow for local adaptation of dispersal strategies within patches. Beyond this minimum patch area the difference in mean dispersal distance between center and edge increases linearly with patch radius, but the intensity of local adaptation depends on the dispersal kernel. Except for global and nearest neighbour dispersal, the evolved spatial pattern are qualitatively similar for both, mean dispersal probability and distance. We conclude, that inspite of the gene-flow originating from dispersal local adaptation of dispersal strategies is possible if a habitat is of sufficient size. This presumably holds for any realistic type of dispersal kernel.
KW  - Ausbreitung
KW  - Evolution
KW  - Computersimulation
KW  - Ökologie
KW  - nearest-neighbour dispersal
KW  - global dispersal
KW  - evolution
KW  - individual based simulation
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-45406
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Obermaier, Elisabeth
A1  - Heisswolf, Annette
A1  - Randlkofer, B.
A1  - Meiners, T.
T1  - Enemies in low places - insects avoid winter mortality and egg parasitism by modulating oviposition height
N2  - Oviposition site selection in insects is essential in terms of low egg mortality, high offspring survival and therefore a high reproductive output. Although oviposition height could be a crucial factor for the fitness of overwintering eggs, it has rarely been investigated. In this study the oviposition height of a polyphagous leaf beetle, Galeruca tanaceti Linnaeus in different habitats and at different times of the season was examined and its effect on egg clutch mortality was recorded. The leaf beetle occurs as an occasional pest on several agricultural plants. It deposits its eggs within herbaceous vegetation in autumn. Eggs are exposed to numerous biotic and abiotic mortality factors summarized as egg parasitism and winter mortality. Oviposition height of the leaf beetle was not uniform, but changed significantly with the structure of the habitat and during the season. Mean oviposition height per site (70.2±4.9 cm) was significantly higher than mean vegetation height (28.4±2.4 cm). Height of plants with egg clutches attached and oviposition height were significantly positively correlated. The results suggest that females try to oviposit as high as possible in the vegetation and on the plants selected. In accordance with this, the probability of egg parasitism and of winter egg clutch mortality significantly declined with increasing oviposition height. A preference of G. tanaceti for oviposition sites high up in the vegetation might therefore have evolved due to selection pressures by parasitoids and winter mortality.
KW  - abiotic factors
KW  - Chrysomelidae
KW  - enemy free space
KW  - Galeruca tanaceti
KW  - oviposition site
KW  - plant-animal interactions
KW  - Oomyzus galerucivorus
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-48200
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Mitesser, Oliver
A1  - Weissel, Norbert
A1  - Strohm, Erhard
A1  - Poethke, Hans J.
T1  - The evolution of activity breaks in the nest cycle of annual eusocial bees: A simple model of delayed exponential growth
N2  - Abstract: Background Social insects show considerable variability not only in social organisation but also in the temporal pattern of nest cycles. In annual eusocial sweat bees, nest cycles typically consist of a sequence of distinct phases of activity (queen or workers collect food, construct, and provision brood cells) and inactivity (nest is closed). Since the flight season is limited to the time of the year with sufficiently high temperatures and resource availability, every break reduces the potential for foraging and, thus, the productivity of a colony. This apparent waste of time has not gained much attention. Results We present a model that explains the evolution of activity breaks by assuming differential mortality during active and inactive phases and a limited rate of development of larvae, both reasonable assumptions. The model predicts a systematic temporal structure of breaks at certain times in the season which increase the fitness of a colony. The predicted pattern of these breaks is in excellent accordance with field data on the nest cycle of the halictid Lasioglossum malachurum. Conclusion Activity breaks are a counter-intuitive outcome of varying mortality rates that maximise the reproductive output of primitively eusocial nests.
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-48196
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Heisswolf, Annette
A1  - Poethke, Hans-Joachim
A1  - Obermaier, Elisabeth
T1  - Multitrophic influences on oviposition site selection in a specialized leaf beetle at multiple spatial scales
N2  - Egg distribution in herbivorous beetles can be affected by bottom-up (host plant), and by top-down factors (parasitoids and predators), as well as by other habitat parameters. The importance of bottom-up and top-down effects may change with spatial scale. In this study, we investigated the influence of host plant factors and habitat structure on egg distribution in the leaf beetle Cassida canaliculata Laich. (Coleoptera: Chrysomelidae), a monophagous herbivore on Salvia pratensis L. (Lamiales: Lamiaceae), on four spatial scales: individual host plant, microhabitat, macrohabitat, and landscape. At the individual host plant scale we studied the correlation between egg clutch incidence and plant size and quality. On all other scales we analyzed the relationship between the egg clutch incidence of C. canaliculata and host plant percentage cover, host plant density, and the surrounding vegetation structure. Vegetation structure was examined as herbivores might escape egg parasitism by depositing their eggs on sites with vegetation factors unfavorable for host searching parasitoids. The probability that egg clutches of C. canaliculata were present increased with an increasing size, percentage cover, and density of the host plant on three of the four spatial scales: individual host plant, microhabitat, and macrohabitat. There was no correlation between vegetation structure and egg clutch occurrence or parasitism on any spatial scale. A high percentage of egg clutches (38–56%) was parasitized by Foersterella reptans Nees (Hymenoptera: Tetracampidae), the only egg parasitoid, but there was no relationship between egg parasitism and the spatial distribution of egg clutches of C. canaliculata on any of the spatial scales investigated. However, we also discuss results from a further study, which revealed top-down effects on the larval stage.
N2  - Die Gelegeverteilung herbivorer Insekten kann sowohl durch bottom-up (Wirtspflanzen) und top-down Faktoren (Parasitoide und Prdatoren), als auch durch weitere Habitatparameter beeinflusst werden. Die Bedeutung der bottom-up und top-down Einflüsse kann zusätzlich von der räumlichen Skala abhängen. In dieser Studie untersuchen wir den Einfluss von Wirtspflanzenfaktoren und der Vegetationsstruktur auf die Gelegeverteilung des Blattkäfers Cassida canaliculata Laich. (Coleoptera: Chrysomelidae), einem auf Salvia pratensis L. (Lamiales: Lamiaceae) monophagen Herbivoren, auf vier räumlichen Skalen: dem Wirtspflanzenindividuum, Mikro- und Makrohabitat, sowie der Landschaft. Auf der Skala des Wirtspflanzenindividuums wurde der Zusammenhang zwischen der Gelegeinzidenz und der Größe und Qualität der Wirtspflanze untersucht. Auf allen anderen Skalen wurde die Korrelation zwischen der Gelegeinzidenz von C. canaliculata und der prozentualen Wirtspflanzendeckung und Wirtspflanzendichte, sowie der umgebenden Vegetationsstruktur analysiert. Die Vegetationsstruktur wurde untersucht, da die Herbivoren ihren Eiparasitoiden entkommen knönten, indem sie ihre Eigelege an Plätzen ablegen, deren Vegetationsstrukturparameter den Eiparasitoiden die Suche erschweren. Die Wahrscheinlichkeit, dass Eigelege von C. canaliculata vorhanden waren, nahm mit zunehmender Größe, prozentualer Deckung und Dichte der Wirtspflanze auf drei der vier untersuchten Skalen zu: Wirtspflanzenindividuum, Mikrohabitat und Makrohabitat. Die Vegetationsstruktur stand jedoch auf keiner räumlichen Skala in einem Zusammenhang mit der Gelegeinzidenz bzw. der Parasitierung der Eigelege. Ein hoher Anteil der Eigelege (38-56%) war durch den einzigen Eiparasitoiden Foersterella reptans Nees (Hymenoptera: Tetracampidae) parasitiert. Es konnte jedoch auf keiner der untersuchten räumlichen Skalen eine Korrelation zwischen der Parasitierung und der räumlichen Gelegeverteilung von C. canaliculata gefunden werden. Wir diskutieren aber auch Ergebnisse einer weiterführenden Studie, in der sich top-down Effekte auf das Larvalstadium zeigten.
KW  - Eiablage
KW  - Pflanzenfressende Insekten
KW  - Eiparasitismus
KW  - Käfer
KW  - Chrysomelidae
KW  - egg parasitism
KW  - herbivore
KW  - hostparasitoid interactions
KW  - plant quality
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-47738
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kalb, Reinhard
T1  - Fanconi anemia and RAD50 deficiency : genetic and functional analysis
T1  - Fanconi Anämie und RAD50-Defizienz : genetische und funktionelle Analysen
N2  - Human caretaker genes play a central role in the DNA damage response. Their defects cause a number of rare diseases which show genetic instability and increased propensity to malignant cell growth. The first of these diseases to be described in this thesis is Fanconi anemia (FA), a rare chromosome instability disorder with recessive inheritance characterized by progressive bone marrow failure, variable congenital malformations, and cancer predisposition. There are at least 13 FA complementation groups (FA-A, B, C, D1, D2, E, F, G, I, J, L, M and N), each representing mutations in a distinct gene. To date, except FANCI all the corresponding genes have been identified, denoted as FANC-A, B, C, D1/BRCA2, D2, E, F, G, J/BRIP1/BACH1, L/PHF9, M/Hef and N/PALB2.Further information is provided in chapters 1 and 2. FA cells are characterized by high sensitivity to DNA crosslinking agents and to elevated oxygen tension, but it is controversial whether they are also radiosensitive. Systematic testing (chapter 3) of primary skin fibroblast cultures from all currently known FA complementation groups revealed no increased sensitivity towards ionizing radiation (IR) and ultra-violet light (UV) when growing cells at physiological (5% v/v) oxygen levels. Despite considerable interstrain variations FA cells showed no systematic differences to cell cultures derived from healthy controls, whereas positive controls (Ataxia telangiectasia and Cockayne syndrome) proved highly sensitive to IR or UV. Lack of radiosensitivity was also shown for the FANCD2 gene, a central gene in the FA/BRCA pathway whose mutational inactivation was studied in a large patient cohort. FA patients excluded previously from complementation groups FA-A, -C, E, F, G or L were screened for mutations in FANCD2. Even though mutation analysis of FANCD2 is complicated by the presence of pseudogene regions, biallelic FANCD2 mutations were identified in a series of 32 patients (chapter 4). The predominant types of mutations result in aberrant splicing causing exon skipping, exonisation of intronic sequence, activation of cryptic and creation of new 3´ splice sites. Many alleles were recurrent and could be associated with ethnicity. Interestingly, residual FANCD2 protein was observed in all available patient cell lines, and functionality was indicated by the presence of the monoubiquitinated FANCD2 isoform. This suggests that viability of FA-D2 patients depends on the presence of hypomorphic or leaky mutations. In chapter 5 the worldwide second FA patient belonging to complementation group FA-L is reported. Genetic analysis of patient derived fibroblasts revealed heterozygosity for a 5-bp deletion (exon 7) and a missense substitution (exon 11). In contrast to the tested fibroblasts two independent lymphoid cell lines proved resistant to the DNA crosslinking agent mitomycin C and showed proficient FANCD2 monoubiquitination. The functional reversion due to a compensating mutation in the splice acceptor site results in aberrant splicing and the restoration of the open reading frame. However, the revertant mosaicsm was restricted to the lymphatic cell lines such that there was no clinical improvement involving the other hematopoietic cell lineages, and bone marrow transplantation was required to treat the patients bone marrow failure. A direct link of Fanconi anemia to other DNA repair processes was provided by the identification of the BRCA1 interacting protein 1, BRIP1/BACH1, as a genuine FA gene (chapter 6). Genetic mapping of consanguineous Inuit families resulted in the identification of truncating mutations in BRIP1. In contrast to most of the other FA patients FANCD2 monoubiquitination was intact, linking these patients to complementation group FA-J. Biallelic mutations in BRIP1 were found in eight additional patients, one of whom was assigned previously to FA-J by somatic cell fusion. Therefore it could be shown that the postulated FANCJ gene is identical with BRIP1. This finding emphasizes the close connection between the BRCA- and the FA-family of genes, both involved in the DNA damage response. Biallelic mutations in BRCA2/FANCD1 cause a severe form of Fanconi anemia with childhood malignancies. Recently, a BRCA2 interacting protein was identified as a “partner and localizer of BRCA2” (PALB2) which confers cellular MMC resistance. A candidate gene approach revealed biallelic mutations in seven FA patients that developed solid tumors in early childhood (chapter 7). Patient cells show no or little PALB2 protein, lack of MMC induced RAD51 foci formation, and high chromosomal instability. Transduction of PALB2 cDNA complemented the MMC sensitive phenotype. Therefore, biallelic mutations in PALB2 cause a new subtype of FA, denoted as FA-N, which is connected with a high and early cancer risk. With respect to one of the most prominent but least understood caretaker gene syndromes, Fanconi anemia, this thesis has expanded our knowledge as follows: 1. refutation of major cellular radiosensitivity of FA cell lines regardless of complementation group, 2. detection of hypomorphic mutations and residual protein levels as a prerequisite for viability of the FANCD2 gene, 3. description of the worldwide second patient belonging to complementation group FA-L whose lymphocytes exhibit a novel type of somatic reversion, 4. participation in the discovery and functional characterization of two novel FA genes (FANCJ and FANCN). The last chapter of the thesis deals with a DNA repair pathway that is activated following exposure to ionizing radation. One of the central proteins responding to radiation-induced DNA damage is the product of the ATM gene which signals to a myriad of other proteins in response to DNA double strand breaks, including the NMR complex. This complex formed by the NBS1/MRE11/RAD50 proteins is thought to act as a specifi c sensor of DNA double-strand breaks. Mutations of MRE11 and NBS1 are associated with the radiation sensitivity syndromes Ataxia-telangiectasia-like disorder (AT-LD) and Nijmegen breakage syndrome (NBS), respectively. Chapter 8 presents the first ever identified patient with RAD50 deficiency due to biallelic germline mutations in the RAD50 gene. An 18-year-old German girl who has a variant form of NBS without immunodeficiency was found to be compound heterozygous for a nonsense mutation and the loss of the natural termination signal in the RAD50 gene. RAD50 protein expression was reduced to less than one tenth of normal in her fibroblasts and lymphoblastoid cells. At the nuclear level, RAD50 deficiency was associated with a high frequency of spontaneous chromatid exchanges and with the failure to form MRE11 and NBS1 nuclear foci in response to irradiation. ATM autophosphorylation, phosphorylation of p53 at serine 15 and the transcriptional induction of p21/WAF1 mRNA were reduced, and there was no evidence for Ser343 phosphorylation of NBS1 in RAD50 defi cient cells following irradiation. These defects could be complemented by expression of wildtype RAD50 cDNA. Our data shows that RAD50 modulates, like NBS1 and MRE11, the ATM-mediated DNA damage response and the G1/S cell cycle checkpoint. In addition, RAD50 appears to be required for nuclear localization of MRE11, and for NBS1 focus formation, underlining its importance for the proper function of the NMR complex. Owing to the studies performed within the framework of this thesis, RAD50 deficiency can now be added to the growing list of human caretaker gene syndromes with pronounced radiosensitivity that is distinctive at both the cellular and the clinical level from deficiencies involving the other members of the NMR complex.
N2  - Die sogenannten “Caretaker”-Gene spielen eine zentrale Rolle in der zellulären Antwort auf DNA Schäden. Mutationen in diesen Genen führen zur Ausprägung von einigen seltenen Erbkrankheiten, die sich durch genetische Instabilität und in vielen Fällen durch erhöhtes Krebsrisiko auszeichnen. Eine dieser Erkrankungen, die im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurde, ist Fanconi Anämie (FA). Dabei handelt es sich um eine sehr seltene chromosomale Instabilitätserkrankung, die einem rezessiven Erbgang folgt. Der klinische Phänotyp von FA ist gekennzeichnet durch ein variables Spektrum von kongenitalen Fehlbildungen, progressivem Knochenmarksversagen und einer Prädisposition für Neoplasien. Durch somatische Zellfusionstudien und in einigen Fällen durch direkte genetische Zuordnung konnten bisher 13 Komplementationsgruppen definiert werden (FAA, B, C, D1, D2, E, F, G, I, J, L, M and N), von denen jede einen Defekt in einem bestimmten Gen widerspiegelt. Inzwischen sind, mit Ausnahme von FANCI, alle korrespondierenden FA Gene identifiziert. Ein Überblick über den aktuellen Stand ist in den Kapiteln 1 und 2 dieser Arbeit zu finden. Zellen von FA-Patienten zeichnen sich durch eine hohe Sensitivität gegenüber DNA quervernetzenden Substanzen und einer hohen Empfindlichkeit gegenüber einer erhöhten Sauerstoffkonzentration aus. Zur Frage der Radiosensitivität von FA-Zellen gab es bisher nur widersprüchliche Daten. Mit Hilfe einer systematischen Analyse von primären Fibroblasten aller (zum Zeitpunkt der Untersuchung) bekannten Komplementationsgruppen konnte gezeigt werden, dass unter physiologischen Sauerstoffkonzentrationen keine erhöhte Sensitivität gegenüber ionisierender Strahlung (IR) und ultraviolettem Licht (UV) besteht (Kapitel 3). Trotz einigen Zellinien-spezifischen Schwankungen waren die Unterschiede zwischen Patientenzellen und gesunden Kontrollen marginal, verglichen mit der eindeutig erhöhten Sensitivität von Zellen positiver Kontrollen (Ataxia telangiactasia (IR Kontrolle) bzw. Cockayne Syndrom (UV-Kontrolle)). Die in Kapitel 3 nachgewiesene fehlende Radiosensitivität von FA-Zellen ist im Kontext des FANCD2-Gens von besonderem Interesse, da diesem Gen eine Schlüsselposition im FA/BRCA Doppelstrangbruch-Reparaturweg zukommt. Das Screening von FA-Patienten, bei denen bereits eine Zuordnung zu den Komplementationsgruppen FA-A, C, E, F, G und L ausgeschlossen war, führte zur Identifikation einer Reihe von FA-D2 Patienten. In einer großen Kohortenstudie wurden 29 FA-D2 Patienten mit klinischen Informationen sowie 3 zusätzliche FA-D2 Patienten hinsichtlich ihrer Mutationen in FANCD2 untersucht (Kapitel 4). Für alle 32 Patienten konnten biallelische Mutationen nachgewiesen werden, auch wenn das Vorhandensein von pseudogenen Regionen die Mutationsanalyse erschwerte. Wie in keinem der anderen FA-Gene führt die Mehrzahl der Mutationen in FANCD2 zu verändertem Spleißenverhalten, wie zum Beispiel zur Exklusion eines Exons, zur Exonisation intronischer Bereiche, der Aktivierung von kryptischen oder der Erzeugung von neuen 3´ Spleißstellen. Viele Allele wurden mehrfach gefunden und konnten einem ethnischen Hintergrund zugeordnet werden. In allen verfügbaren lymphoblastoiden Patienten-Zelllinien wurde residuales FANCD2-Protein detektiert, wobei das Vorhandensein der monoubiquitinylierten Isoform auf ein funktionelles Protein hindeutet. Zusammen mit der Tatsache, dass in keinem der Patienten eindeutige biallelische Nullmutationen nachgewiesen werden konnten, ist somit offenbar das Vorhandensein von hypomorphen Mutationen und entsprechendem Restprotein für die Lebensfähigkeit von FA-D2 Patienten essentiell. In Kapitel 5 wird der weltweit zweite FA Patient vorgestellt, welcher der Komplementationsgruppe FA-L zugeordnet werden konnte. Die genetische Analyse von primären Fibroblasten dieses Patienten führte zum Nachweis einer 5 Basen umfassenden Deletion in Exon 7 sowie zu einer Missense-Mutation in Exon 11. Im Gegensatz zu den untersuchten Fibroblasten zeigten zwei unabhängig etablierte lymphoblastoide Zellinien keine erhöhte Sensitivität gegenüber Mitomycin C, was auf einer somatische Reversion beruhen kann. Diese Vermutung wurde durch den Nachweis einer induzierbaren Monoubiquitinylierung von FANCD2 in Lymphoblasten bestätigt. Die funktionelle Reversion basiert auf einer zur Deletion in cis befindlichen kompensatorischen Mutation im Spleiß-Akzeptor von Exon 7, die zu einem veränderten Spleißprodukt und der Wiederherstellung des Leserahmens führt. Die somatische Reversion beschränkt sich jedoch auf die lymphatischen Zellreihen und hatte daher nur einen partiellen Einfluss auf den Krankheitsverlauf. Ein allgemeines Knochenmarksversagens machte eine Transplantation unumgänglich. Die Konditionierung wurde jedoch auf das vorhandene hämatopoietische Mosaik abgestimmt, um eine Graft vs. Host Reaktion zu vermeiden. Die Identifizierung des BRCA1 interagierenden Proteins 1 (BRIP1/BACH1) als ein bona fide FA-Gen (Kapitel 6) verdeutlicht die direkte Verknüpfung des FA/BRCA DNA Reparaturweges mit anderen DNA Reparaturwegen. Trunkierende Mutationen in BRIP1 wurden in zwei blutsverwandten Eskimofamilien mittels genetischer Positionsanalysen gefunden. Im Gegensatz zu den meisten anderen FA Patienten war die Monoubiquitinylierung von FANCD2 trotz MMC Empfindlichkeit intakt, was für eine Zuordnung zur Komplementationsgruppe FA-J sprach. Biallelische Mutationen in BRIP1 wurden in 8 weiteren Patienten gefunden, von denen einer ursprünglich durch somatische Zellfusion zu FA-J zugeordnet wurde. Dadurch konnte gezeigt werden, dass das postulierte FANCJ Gen mit BRIP1 identisch ist. Als eines der wenigen FA Gene besitzt BRIP1 bekannte funktionelle Domänen (DNA Helikase), die somit biochemisch für die Entschlüsselung des FA/BRCA Weges genutzt werden können. Biallelische Muatationen in FANCD1, welches identisch mit dem bekannten Brustkrebsgen BRCA2 ist, führen zu einer besonders schweren Form von Fanconi Anämie, die bereits im frühen Kindesalter mit einem sehr hohen Krebsrisko verbunden ist. Kurz vor Abschluss dieser Arbeit gelang die Charakterisierung eines mit BRCA2 interagierendes Proteins, welches als „partner und localizer of BRCA2“ (kurz PALB2) bezeichnet wurde und offenbar zelluläre Resistenz gegenüber Mitomycin C (MMC) bedingt. Ein genetischer Screen von bisher nicht-klassifizierten FA-Patienten führte zur Identifizierung von sieben Patienten mit biallelischen Mutationen in PALB2 (Kapitel 7). Alle Patienten entwickelten bereits im frühen Kindesalter bösartige Tumore. Der zelluläre Phänotyp von PALB2- defizienten Zellen weist eine Störung der MMC induzierten RAD51 Foci-Bildung auf. Darüberhinaus zeigen PALB2-defiziente Zellen eine spontane chromosomale Instabilität, die durch eine MMC-Gabe stark erhöht werden kann. Die Transduktion von PALB2 cDNA führt zur Reduktion der MMC induzierten G2 Phasen Arretierung und zur Reversion des MMC-sensitiven Phänotyps. Biallelische Mutationen in PALB2 verursachen somit eine Form von Fanconi Anämie, die mit hohem Krebsrisiko verbunden ist. PALB2 wird nach der gängigen FA-Nomenklatur als FANCN bezeichnet und liegt der neu definierten Komplementationsgruppe FA-N zugrunde. Die vorliegende Arbeit hat in mehreren Punkten zur Verbesserung des derzeitigen Wissenstandes über die komplexe genetisch bedingte Erkrankung Fanconi Anämie beigetragen 1. trotz molekularer Wechselwirkung von FA-Proteinen mit Komponenten aus anderen DNA-Reparatursystemen zeigen Zellen von FA Patienten unabhängig von der Komplentationsgruppe weder Strahlen- noch UV-Sensitivität; 2. die Existenz von hypomorphen Mutationen in FANCD2 und das Auftreten von Restprotein korreliert offenbar mit der Lebensfähigkeit von biallelischen Mutationen im FANCD2 Gen. 3. unter den bisher nicht klassifizierten Patienten wurde der weltweit zweite Patient der Komplementationsgruppe FA-L gefunden, in dessen Blutzellen ein neuartiger Mechanismus von somatischer Reversion nachgewiesen werden konnte 4. die Beteiligung an der Identifizierung und funktionellen Charakterisierung von zwei neuen FA-Genen (FANCJ und FANCN), welche die FA-abhängigen DNA-Reparaturwege direkt mit den Brustkrebsgenen BRCA1 und BRCA2 in Verbindung bringen. Das letzte Kapitel der Arbeit befasst sich mit einem DNA-Reparaturweg, der insbesondere nach Strahlenexposition aktiviert wird. Eines der zentralen Proteine, das an der Erkennung von strahleninduzierten DNA Schäden beteiligt ist, ist die Kinase ATM. Eine Reihe von Proteinen wird von ATM phosphoryliert, womit eine DNA Schadensantwort bei Doppelstrangbrüchen ausgelöst wird. Der NMR-Proteinkomplex, bestehend aus NBS1, MRE11 und RAD50, ist an der Aktivierung der ATM Kinase beteiligt und wird daher als ein Sensor für DNA Doppelstrangbrüche angesehen. Biallelische Mutationen in MRE11 und NBS1 führen zu den Radiosensitivitätssyndromen „Ataxia telangiectasia-like disease“ (AT-LD) bzw. „Nijmegen breakage syndrome“ (NBS). In Kapitel 8 wird der erste Patient mit RAD50 Defizienz vorgestellt. Bei einer 18 jährigen Patientin mit einem NBS- ähnlichem klinischem Phänotyp, jedoch ohne Immundefizienz, wurden eine prämature Stopp- Mutation und der Verlust des natürlichen Translationsterminations-Signals gefunden. Die Expression von RAD50 ist in Fibroblasten und Lymphozyten der Patientin auf weniger als 10% reduziert. Auf zellulärer Ebene ist eine hohe Chromosomenbruchrate, eine dosisabhängige Arretierung in der G2 Phase des Zellzyklus, Defekte in den G1 und S Phase Kontrollpunkten, sowie das Fehlen der IR-induzierten Relokalisation von NBS1 und MRE11 zu beobachten. Korrekte Relokalisation und normale Phosphorylierungsmuster wurden experimentell durch transiente Transfektion von RAD50 cDNA wiederhergestellt, was die Bedeutung von RAD50 für diese Prozesse belegt. Die vorgestellten Daten zeigen, dass RAD50, ebenso wie NBS1 und MRE11, die ATM abhängige DNA Schadensantwort und die G1/S Zellzykluskontrolle moduliert. RAD50 scheint für die nukleäre Lokalisation von MRE11, sowie für die induzierte Relokalisation von MRE11 und NBS1 in nukleäre Foci notwendig zu sein. Als Ergebnis dieser Untersuchungen kann die RAD50-Defizienz zu der wachsenden Liste von Caretaker-Syndromen als eine neue Radiosensitivität-Erkrankung hinzugefügt werden. Das Krankheitsbild unterscheidet sich trotz enger molekularer Interaktion zwischen RAD50, NBS1 und MRE11 im NMR-Komplex von den Defekten in diesen Genen.
KW  - DNS-Reparatur
KW  - Fanconi-Anämie
KW  - Erbkrankheit
KW  - Genmutation
KW  - chromosomale Instabilität
KW  - FA
KW  - RAD50-Defizienz
KW  - Fanconi anemia
KW  - chromosomal instability
KW  - DNA repair
KW  - FA
KW  - mutation analysis
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25823
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stahl, Sonja
T1  - Molekulare Mechanismen der Neurodegeneration in der Grosshirnrinde von Kathepsin B und L-Doppelknockoutmäusen
T1  - Molecular mechanisms of neurodegeneration in cathepsin B- and L- deficient brains
N2  - Kathepsin B und L sind lysosomale Cysteinproteasen, die mit einer Reihe von pathologischen Prozessen, wie z. B. Cancerogenese, Tumorangiogenese und Neurodegeneration in Verbindung gebracht werden. Dennoch sind bis jetzt nur wenige Proteinsubstrate beschrieben. Ausserdem sind die Mechanismen der Regulation von Zellproliferation, -invasion und -apoptose durch Kathepsin B und L weitgehend unverstanden. Ein kombinierter Mangel beider Kathepsine führt zu einer frühzeitigen Neurodegeneration in Mäusen, die an neuronale Lipofuszinosen beim Menschen erinnert. In der vorliegenden Studie wurden Unterschiede in der Proteinzusammensetzung von wildtypischen und doppelt-defizienten Gehirnlysosomen quantifiziert. Eine Kombination von subzellulärer Fraktionierung und LC-MS/MS unter Verwendung einer isobarischen Markierung (iTraqTM) erlaubte uns die gleichzeitige Untersuchung von zerebralen Lysosomen aus Wildtyp und Kathepsin B-/-L-/- Mäusen. Ingesamt waren 19 Proteine signifikant erhöht in Kathepsin B-/-L-/- Lysosomen. Die meisten erhöhten Proteine wurden der neuronalen Biosynthese, regenerierenden bzw. endozytotischen oder lysosomalen Kompartimenten zugeordnet. Der Anstieg von Calcyon, dem Delta/Notch- verwandten epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor (DNER), Neurochondrin, Phospholipase D3, Rab14, Cathepsin D und Apolipoprotein E lässt eine potentielle Rolle von Kathepsin B und L im Axonwachstum und der Synapsenbildung während der postnatalen Entwicklung des Zentralnervensystems vermuten.
N2  - Cathepsins B and L are lysosomal cysteine proteases which have been implicated in a variety of pathological processes such as cancer, tumor angiogenesis, and neurodegeneration. However, only a few protein substrates have thus far been described and the mechanisms by which cathepsins B and L regulate cell proliferation, invasion, and apoptosis are poorly understood. Combined deficiency of both cathepsins results in early-onset neurodegeneration in mice reminiscent of neuronal ceroid lipofuscinoses in humans. Therefore, we intended to quantify protein changes in brain lysosomes of double deficient mice. A combination of subcellular fractionation and LC-MS/MS using isobaric tagging for relative and absolute quantitation (iTRAQTM) allowed us to simultaneously assess wildtype and cathepsin B-/-L-/- cerebral lysosomes. Altogether, 19 different proteins were significantly increased in cathepsin B-/-L-/- lysosomes. Most elevated proteins had previously been localized to neuronal biosynthetic, recycling/endocytic or lysosomal compartments. The increase of calcyon, the Delta/Notch-like epidermal growth factor-related receptor, neurochondrin, phospholipase D3, Rab14, cathepsin D, and apolipoprotein E suggests a potential role for cathepsins B and L in axon outgrowth and synapse formation during postnatal development of the central nervous system.
KW  - Kathepsin B
KW  - Kathepsin L
KW  - Nervendegeneration
KW  - Kathepsin
KW  - Neurodegeneration
KW  - DNER
KW  - Rab14
KW  - Calcyon
KW  - Cathepsin
KW  - neurodegeneration
KW  - DNER
KW  - Rab14
KW  - Calcyon
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-21606
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mitesser, Oliver
T1  - The evolution of insect life history strategies in a social context
T1  - Die Evolution von Lebenslaufstrategien bei Insekten in sozialem Kontext
N2  - This thesis extends the classical theoretical work of Macevicz and Oster (1976, expanded by Oster and Wilson, 1978) on adaptive life history strategies in social insects. It focuses on the evolution of dynamic behavioural patterns (reproduction and activity) as a consequence of optimal allocation of energy and time resources. Mathematical modelling is based on detailed empirical observations in the model species Lasioglossum malachurum (Halictidae; Hymenoptera). The main topics are field observations, optimisation models for eusocial life histories, temporal variation in life history decisions, and annual colony cycles of eusocial insects.
N2  - Diese Dissertation entwickelt die klassische theoretische Arbeit von Macevicz und Oster (1976, erweitert von Oster und Wilson, 1978) zu adaptiven Lebenslaufstrategien bei sozialen Insekten fort. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Evolution von dynamischen Verhaltensmustern (Reproduktion und Aktivität) als Resultat optimaler Allokation von Energie- und Zeitressourcen. Die mathematische Modellierung erfolgt auf Basis detaillierter Beobachtungsdaten zum Koloniezyklus der Furchenbiene Lasioglossum malachurum (Halictidae; Hymenoptera). Zentrale Themenbereiche sind Freilandbeobachtungen, Optimierungsmodelle für eusoziale Lebenslaufstrategien, zeitliche Variabilität bei Lebenslaufentscheidungen und der jährliche Koloniezyklus eusozialer Insekten.
KW  - Schmalbienen
KW  - Insektenstaat
KW  - Lebensdauer
KW  - Evolution
KW  - Mathematisches Modell
KW  - Evolution
KW  - Lebenslaufstrategien
KW  - soziale Insekten
KW  - mathematische Modellierung
KW  - Halictidae
KW  - evolution
KW  - life history strategy
KW  - social insects
KW  - mathematical model
KW  - Halictidae
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-22576
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kusnezow, Wlad
T1  - Entwicklung von Antikörper-Mikroarray : von Biophysik der Mikrospot-Reaktion bis zur Hochdurchsatzanalyse der Proteine
T1  - Development of antibody microarray: from biophysics of microspot reaction to high throughput analysis of proteins
N2  - Obwohl Protein-Mikroarrays ursprünglich aus dem gut entwickelten und fest etablierten DNA-Pendant entstanden sind, repräsentierte jedoch die Umstellung der Mikroarray-Technik von der DNA- auf die Proteinanalyse aufgrund der enormen physikalisch-chemischen Variabilität der Proteine, deren relativ niedrigen Stabilität und der komplexen Mikrospot-Kinetik eine große technologische Herausforderung. Deshalb setzt das Vorhaben, die Technik der Antikörper–Mikroarrays von ihrem konzeptuellen Zustand ausgehend zu einem robusten, real funktionierenden Werkzeug zu etablieren, nicht nur eine Vielzahl an technologischen Lösungen, sondern auch eine systematische und physikalisch begründete Herangehensweise in dieser technologischen Entwicklung voraus. Das waren im Wesentlichen die zwei wichtigsten, der eigentlichen Entwicklung der Antikörper-Mikroarrays untergeordneten Ziele der Arbeit. Mit dem Ziel, Antikörper-Mikroarrays prinzipiell zu etablieren und eine optimale Immobilisierungschemie für deren Herstellung zu finden, wurden im ersten Teil dieser Arbeit mehrere chemische Beschichtungen von Glasslides optimiert, unterschiedliche Spotting-Bedingungen von Antikörpern für verschiedene Oberflächen getestet und verschiedene Blockierungsverfahren und Strategien zur Aufbewahrung von Slides analysiert. Anschließend wurde eine Reihe von kommerziellen und selbst hergestellten chemisch beschichteten Slides unter den optimierten Bedingungen miteinander verglichen. Als Hauptergebnis dieser Untersuchung wurde die Herstellung der Antikörper-Microarrays etabliert. Unter anderem konnte im Zuge dieser systematischen Analyse gezeigt werden, dass Epoxysilan-modifizierte Oberflächen am besten geeignet sind. Diese Oberfläche ist heutzutage auf dem Gebiet der Protein-Microarrays am weitesten verbreitet und wurde für alle weiteren Studien innerhalb dieser Dissertation verwendet. Die Entwicklung der Antikörper-Mikroarrays in den letzten Jahren demonstrierte erhebliche Schwierigkeiten im Erreichen der nötigen Sensitivität und Reproduzierbarkeit. Um dieser Problematik auf den Grund zu gehen, und die Mikrospot-Kinetik experimentell untersuchen zu können, wurde im Rahmen dieser Arbeit eine modifizierte und für den Fall der Mikrorrays angepasste Variante des Two-Compartment Modells (TCM) entwickelt. TCM ermöglicht auf eine phänomenologische Weise, d.h., dass Diffusionskoeffizienten, Mischintensität oder Dichte der Bindungsstellen nicht bekannt sein müssen, eine quantitative experimentelle Analyse der Mikrospot-Kinetik unter Berücksichtigung von Effekten des Massentransports. Um die phänomenologischen TCM-Werte interpretieren zu können und um den Mechanismus der Mikrospot-Reaktion zu untersuchen, wurden auch andere, für die Mikrospot-Kinetik relevante, klassische Theorien an die Bedingungen der Mikrospot-Reaktion angepasst und mit dem modifizierten TCM mathematisch verbunden. Als das erste in der Mikroarray-Technologie mathematisch-physikalische Werkzeug dieser Art hat die hier entwickelte Theorie ein großes Potential, auch in den anderen verwandten Techniken wie DNA- oder Peptid-Mikroarrays Verwendung zu finden. Außerdem wurde innerhalb dieser Arbeit ein anderes einheitliches theoretisches Modell entwickelt, das eine kinetische Simulation von verschiedenen Reaktionsphasen sowohl für konventionelle als auch für Mikrospot-Immunoassays ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit konnte für einen typischen Standard-Antikörper-Mikroarray theoretisch und experimentell eine lang andauernde, stark massentransportabhängige Mikrospot-Kinetik beschrieben werden. Es konnte gezeigt werden, dass das Erreichen eines thermodynamischen Gleichgewichts in Mikroarrays wegen eines relativ langsamen Ligandentransports zum Spot eine lange Zeit dauert, je nach Bindungskonstante, Diffusionsgeschwindigkeit und Ligandenkonzentration mehrere Stunden bis hin zu Wochen. In dieser Arbeit wurde ein neues physikalisches Konzept, das dem heutzutage dominierenden Blickwinkel, der sogenannten ambient analyte Theorie, opponierend gegenübersteht, formuliert. Auch konnten viele Konsequenzen fürs Design und die zukünftige Entwicklung dieser relativ neuen Technologie gezogen werden. Als eine logische Folge der massentransportlimitierten Reaktionen ist das Design eines Antikörper-Mikroarray ein kritischer Punkt für die Leistung des Verfahrens. Im Laufe der experimentellen und/oder theoretischen Betrachtungen konnte gezeigt werden, dass eine Reihe allgemeiner Parameter wie Größe eines Spots, Spotting-Muster, Inkubationsgeometrie, Volumen und Konzentration einer Probe, Viskosität des Inkubationspuffers und Mischintensität die Reaktionsraten auf den Spots insgesamt um mehrere Größenordnungen beeinflusst. Ist die maximale Rate des Massentransports in einem Mikroarray-Verfahren gewährleistet, kann dann auch die maximale Bindungsleistung der Spots, die durch die Dichte der Bindungsstellen, Bindungsaffinität, Inkubationszeit und andere relevante Parameter eingestellt wird, erreicht werden. Aber nicht nur in der Inkubationsphase, sondern auch bei den Wasch- und Detektionsschritten sollte die gleiche Liste der Parameter berücksichtigt werden. Durch die Optimierung all dieser Parametern konnte eine deutliche Verbesserung der Sensitivität von Antikörper-Mikroarrays in der Protein-Expressionsanalyse von klinischen Blutproben erzielt werden In einer weiteren Studie zur Analyse von unterschiedlichen Detektionsverfahren konnte die Sensitivität und Reproduzierbarkeit der etablierten Antikörper-Mikroarrays weiter verbessert werden. Eine Reihe unterschiedlicher Markierungssubstanzen mit NHS (N-hydroxysuccinimide) und ULS (universal linkage system) reaktiven Gruppen wurden innerhalb drei Detektionsverfahren untersucht: 1) eine direkte Probenmarkierung mit Fluoreszenzfarbstoffen, 2) Markierung der Probe mit Biotin-Substanzen und nachfolgender Detektion mittels fluoreszenzmarkierten Extravidin und 3) Markierung der Probe mit Fluorescein-Substanzen mit Anti-Fluorescein-Detektion. Aus den Erfahrungen der vorherigen kinetischen Untersuchungen wurde hier vorerst das kinetische Verhalten des Testsystems analysiert und optimale Inkubationsbedingungen festgelegt. Anschließend wurden optimale Konzentrationen all dieser Substanzen für die Markierung von Blutplasma bestimmt. Im Vergleich zur direkten Fluoreszenzmarkierung resultierten sich die indirekten Detektionsverfahren mit Biotin- und Fluorescein-Substanzen in wesentlich besseren Signal-zu-Hintergrund-Verhältnissen. In einer anschließenden Vergleichsanalyse zeigten sich einige Substanzen wie Biotin-ULS oder Fluoresceine-NHS als am besten geeignet für eine Protein-Expressionsanalyse von Blutplasma. Sensitivitäten im femtomolaren Bereich konnten mittels der etablierten Antikörper-Mikroarrays sowohl für eine markierte Antigenmischung als auch für komplexe klinische Proben innerhalb dieser Dissertation erzielt werden. Viele niedrig konzentrierte Proteine wie beispielsweise Zytokine, die normalerweise in einer piko-oder femtomolaren Konzentration im Blut vorliegen, wurden in dieser Arbeit mit sehr hohen Signal-zu-Hintergrund-Verhältnissen detektiert. Das hier beschriebene Verfahren öffnet zusätzliche Möglichkeiten für schnelle, kostengünstige und unbeschränkt erweiterungsfähige Mikrospot-Immunoassays.
N2  - Although protein microarrays are superficially similar to DNA microarrays, the conversion of microarray technology to the protein world still represents a big technological challenge because of the enormous physicochemical variability and relatively low stability of proteins as well as complex microspot kinetics. Therefore, the intention of developing the concept of antibody microarray into a really functioning tool requires a multiplicity of technological solutions as well as a systematic and physically justified approach in this technological development. These were essentially the two most important goals while developing antibody microarrays. Aiming to establish antibody microarrays in principle und to find optimal antibody immobilization chemistry, several chemical coatings of glass slides, antibody spotting conditions for different surfaces, different blocking procedures and strategies for slides storage were analysed and optimised in the first part of this dissertation. Subsequently, a set of commercial and home-made chemically coated slides was compared under these optimized conditions. As a main result, manufacturing of antibody microarrays was established. Among other things, the epoxysilan surface was found to be best suitable for fabrication of antibody microarrays in course of this systematic analysis. This kind of chemical coating is nowadays one of the most popular in the protein microarray field and it was also used in all other studies presented here. The development of antibody microarray technology in the last years demonstrated substantial difficulties trying to achieve the required sensitivity and reproducibility. In order to get the bottom of this issue and to be able to examine microspot kinetics experimentally, the so-called two-compartment model (TCM) was modified and adapted for the case of microrrays in this work. TCM enables a quantitative experimental analysis of microspot kinetics with regard to effects of mass transport. It is a phenomenological model, so that one does not need to know density of binding sites or any parameters of mass transport such as diffusion coefficient or mixing intensity. To be able to interpret the phenomenological reaction descriptors of TCM and to investigate reaction mechanism, some relevant theoretical models were also adapted for the case of microspot reaction as well as were mathematically joined with the modified TCM. Our theory is the first mathematical tool of this sort in the microarray technology and it has therefore a lot of potential to be applied also in the other related techniques such as DNA or peptide microarrays. Additionally, another uniform theoretical model was developed in this work. It enables a kinetic simulation of different reaction regimes for the case of conventional as well as microspot immunoassays. Long-lasting and strongly mass transport dependent microspot kinetics was described in this work, both theoretically and experimentally. The attainment of the thermodynamic equilibrium in microarrays may require many hours, days or even weeks due to a relatively slow ligand transport to spots. A new physical concept, which represents the opposite view to the today’s most widespread concept, so called ambient analyte theory, could be formulated in consequence of this investigation. Also, we could draw many consequences for design and future development of this relatively new techique. As a logical consequence of the mass transport limited reactions, proper assay design is cruicial for performance of antibody microarrays. In the course of our experimental and/or theoretical considerations, it was shown that a number of general parameters such as size of a spot, spotting pattern, incubation geometry, volume and concentration of a sample, viscosity of incubation buffer and mixing intensity could altogether affect signal velocity by many orders of magnitude. If the maximum rate of mass transport in a microarray procedure is ensured, then also the maximum binding capacity of spots could be achieved by adjusting such parameters as density of binding sites, binding affinity, incubation time etc. The same factors should be also considered for washing and detection steps in a kinetically relevant design of microarray procedure. Optimizing these parameters, the performance of antibody microarrays as applied for protein profiling of clinical specimens could be strongly improved. A significant improvement of the antibody microarray performance as applied for protein profiling of clinical blood samples could be also achieved in a further study aiming to analyze different detection approaches. A number of labeling substances containing either NHS (N-hydroxysuccinimide) or ULS (universal linkage system) reactive groups was examined within three general detection procedures: 1) direct sample labeling with fluorescence dyes, 2) sample labelling with biotin- containing substances with subsequent detection using fluorescently labeled extravidin and 3) sample labelling with fluorescein-substances with detzection by anti-fluorescein. Based on the experience of the previous kinetic investigations, kinetic behavior of the applied test system was first analyzed in this study to find optimal incubation conditions. Also, optimal blood plasma labelling concentration for every analyzed substance was determined in this study. The indirect detection approaches (biotin/extravidin and fluorescein/anti-fluorescein) resulted in substantially better signal-to-noise ratios as compared to direct fluorescent labeling. Some substances such as biotin-ULS or fluorescein-NHS were found to be best suitable for microarray-based protein profiling of blood plasma. Using the established antibody microarrays, sensitivities in the fM range could be attained in this dissertation both for a labeled mix of antigens as well as for complex clinical samples. Many low abundant proteins as for example cytokines, which are normally present in a pM-fM concentration in the blood, was detected in this work with very high signal-to-noise ratios. The approach described here opens additional possibilities for fast, economical and unrestricted multiplexing microspot immunoassays.
KW  - Microarray
KW  - Antikörper
KW  - Antikörper-Mikroarray
KW  - Oberflächenchemie
KW  - Kinetik
KW  - Fluoreszenz
KW  - Blutserum
KW  - antibody microarray
KW  - surface chemistry
KW  - kinetics
KW  - fluorescence
KW  - serum
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-22534
ER  - 
TY  - THES
A1  - Großmann, Claudia
T1  - Interaktion zwischen der Signaltransduktion von Aldosteron, Mineralocorticoidrezeptor und epidermalem Wachstumsfaktorrezeptor
T1  - Cross-talk between Aldosterone / Mineralocorticoid Receptor and EGFR Signaling
N2  - Klassischerweise ist der Aldosteron-gebundene MR an der Regulation des Blutdruckes und des Wasser-Elektrolyt-Haushaltes beteiligt. Neuere klinische Studien zeigen allerdings, dass Aldosteron auch an pathophysiologischen Remodelingprozessen im kardiovaskulären und renalen System mitwirkt. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind noch weitgehend unbekannt. Der EGFR ist ein Wachstumsfaktor und heterologer Signaltransduktor für G-Protein-gekoppelte Rezeptoren von beispielsweise Angiotensin II, Phenylephrin und Endothelin-1. In der Literatur gibt es Hinweise für eine Interaktion zwischen den Signaltransduktionswegen von Aldosteron/MR und EGFR. So können Mineralocorticoide nach zerebraler Ischämie zu einem vermehrten vaskulären Remodeling und einem Anstieg der EGFR-mRNA-Konzentration führen und außerdem eine EGF-induzierte Vasokonstriktion verstärken. Daher wäre eine mögliche Erklärung für die pathophysiologische Wirkung von Aldosteron eine Induktion der EGFR-Expression mit vermehrter Wirksamkeit von vasoaktiven Peptiden. Um diese Hypothese zu überprüfen untersuchten wir in verschiedenen Modellsystemen, ob Aldosteron die EGFR-Proteinexpression erhöht. Dies war sowohl im heterologen CHO-Expressionsystem also auch in MR-exprimierenden Zelllinien und Primärkulturen der Fall. Auch in adrenalektomierten Ratten mit osmotischen Minipumpen bestätigte sich die Aldosteron-induzierte EGFR-Expression in der Aorta, im linken Herzen und der Niere. Über den eng verwandten Glucocorticoidrezeptor ließ sich keine EGFR-Expressionssteigerung auslösen, so dass es sich um einen MR-spezifischen Effekt handelt. Zur Charakterisierung des zugrundeliegenden molekularen Mechanismus, der besonders für therapeutische Interventionen von Interesse ist, wurde die Promotoraktivität des EGFR untersucht. Es zeigte sich bei Aldosteroninkubation eine gesteigerte EGFR-Promotoraktivität im Reporter-Gen-Assay. Die beteiligten Promotoranteile konnten mit Deletionskonstrukten auf zwei DNA-Fragmente eingegrenzt werden. Von Seiten des MR ist die A/B-Domäne für die Interaktion bedeutend, denn ein trunkierter MR mit den Domänen C, D, E und F genügt nicht, um den EGFR-Promoter vollständig zu aktivieren. Um Hinweise für die physiologische und pathophysiologische Bedeutung der Interaktion zwischen MR und EGFR zu erhalten, untersuchten wir sowohl den Einfluß auf die Bildung von Extrazellulärmatrix in glatten Gefäßmuskelzellen als auch auf die Natriumresorption im Sammelrohr der Niere. Als Anhaltspunkt für die vermehrte Bildung von extrazellulärer Matrix wie sie bei Remodelingprozessen vorkommt, quantifizierten wir die Fibronektinsekretion in glatten Muskelzellen der humanen Aorta (HAoSMC). Nach Aldosteroninkubation und besonders bei Koinkubation mit EGF zeigte sich eine vermehrte Fibronektinsekretion ins Medium, die sich durch Hemmer der EGFR-Kaskade normalisieren ließ. Dies unterstützt die Hypothese, dass die Aldosteron-EGFR-Interaktion an der Entstehung von Remodelingprozessen im kardiovaskulären und renalen System beteiligt ist. Neben einem Einfluss auf die Entstehung pathophysiologischer Prozesse im kardiovaskulären und renalen System kommt es über eine Aldosteron-induzierte EGFR-Expression im Sammelrohr der Niere auch zu physiologischen Effekten, nämlich einer Hemmung der Natriumresorption. Diese wirkt der klassischerweise durch Aldosteron vermittelten vermehrten Natriumresoprtion über den epithelialen Natriumkanal (ENaC) entgegen und könnte daher als negative Feedbackschleife Dauer und Ausmaß der Aldosteron-induzierten Natriumresorption limitieren. Zusätzlich zu den klassischen genomischen Wirkungen zeigen Steroide nicht-genotrope Effekte. Beim Aldosteron führen diese MR- und EGFR-vermittelt zu einer Aktivierung der ERK1/2- und JNK-1/2-Kinasen. Die nicht-genotrope Aldosteron-induzierte ERK-Aktivierung ist ferner durch c-Src-Inhibitoren hemmbar und führt zu einer Stimulation der Kerntranslokation des MR. Nicht-genotrope Effekte können folglich unter Beteiligung der EGFR-Signalkaskade die genomischen modulieren. Aldosteron führt ebenfalls zu einem Anstieg der zytosolischen Calciumkonzentration, allerdings ist dieser Effekt unabhängig vom MR. Hieraus folgt, dass die nicht-genotropen Effekte teilweise MR-vermittelt und teilweise MR-unabhängig sind. Insgesamt konnte also auf verschiedenen Ebenen eine Interaktion zwischen Aldosteron/MR und der EGFR-Signalkaskade gezeigt werden, mit Hinweisen für eine Bedeutung bei sowohl physiologischen als auch pathophysiologische Vorgängen.
N2  - Classically, aldosterone-bound MR regulates blood pressure as well as salt and water homeostasis. Recent clinical studies have shown that aldosterone can additionally lead to cardiovascular and renal remodeling; however, the underlying mechanisms are still unclear. The EGFR is a growth factor and heterologous signal transducer for G-protein-coupled receptors of for example angiotensin II, phenylephrine and endothelin-1. There are indications in literature that there is cross-talk between aldosterone/MR and EGFR signaling. For example, mineralocorticoids can lead to both enhanced vascular remodeling and an increase in EGFR-mRNA after cerebral injury and they can also augment EGF-induced vasoconstriction. Therefore, one attractive hypothesis to explain the pathophysiological effects of aldosterone is an aldosterone-induced EGFR expression with consequently increased signaling of vasoactive and profibrotic peptides. To evaluate this hypothesis, we tested EGFR expression after aldosterone incubation in different model systems. We found an aldosterone-induced EGFR expression in a heterologous expression system of CHO cells, in endogenously MR-expression cell lines as well as in primary culture. This was also true in the kidney, aorta and the heart of adrenalectomized rats equipped with osmotic minipumps. The closely related glucocorticoid receptor did not lead to enhanced EGFR expression, making this phenomenon MR specific. Because of its possible therapeutical relevance for remodeling processes, the underlying molecular mechanism of the MR/EGFR cross-talk is of special interest. To characterize it we looked at the promoter activity of the EGFR which was enhanced after incubation with aldosterone. Furthermore, we could narrow down the EGFR promoter regions involved in this interaction down to two DNA fragments. Concerning the MR, the n-terminal A/B-domain is necessary to elicit full activation of the promoter while the domains C, D, E and F by themselves are not enough. To gain evidence for the physiological and pathophysiological relevance of the interaction between the MR and the EGFR, we looked at formation of extracellular matrix and sodium reabsorption in the renal collecting duct. As an indicator for enhanced formation of extracellular matrix and remodeling, we measured fibronectin secretion of human aortal smooth muscle cells. After incubation with aldosterone and especially in the presence of EGF, an increase in fibronectin secretion could be measured that was antagonized by inhibitors of the EGFR cascade. This supports the hypothesis that the aldosterone-EGFR cross-talk is involved in cardiovascular and renal remodeling processes. Besides this pathophysiological effect, aldosterone-induced EGFR expression in the renal collecting duct can also lead to a reduction in sodium reabsoption. This counteracts the increase in sodium reabsorption classically induced by aldosterone and can therefore function as a negative feedback loop limiting long-term aldosterone-induced sodium reabsorption. In addition to traditional genomic effects, steroids can also elicit non-genotropic actions. Aldosterone, for example, can lead to MR- and EGFR-mediated activation of ERK1/2 and JNK1/2. The non-genotropic aldosterone-induced ERK activation is also reduced by c-Src-inhibitors and leads to an increase in the cytosolic-nuclear shuttling of the MR. Therefore, the non-genotropic effects can modulate genomic effects via the EGFR pathway. Furthermore, aldosterone can induce a rise in the concentration of cytosolic calcium which is independent on the MR. Consequently, non-genotropic actions are partially mediated by the MR and partially MR-independent. Overall, there is a cross-talk between aldosterone/MR and EGFR signaling on different levels with evidence for relevance for physiological and pathophysiological processes.
KW  - Aldosteron
KW  - Corticosteroide
KW  - Rezeptor
KW  - Signaltransduktion
KW  - Epidermaler Wachstumsfaktor
KW  - Mineralocorticoidrezeptor
KW  - Aldosteron
KW  - EGFR
KW  - kardiovaskuläres Remodeling
KW  - nicht-genotrope Steroidwirkungen
KW  - mineralocorticoid receptor
KW  - aldosterone
KW  - EGFR
KW  - cardiovascular remodeling
KW  - nongenotropic steroid effects
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-22260
ER  - 
TY  - THES
A1  - Götzke, Armin
T1  - Entwicklung einer Naturschutzkonzeption in Weinbaugebieten auf der Grundlage einer vergleichenden Untersuchung faunistischer und betriebswirtschaftlicher Parameter praxisüblich und ökologisch erzeugender Weinbaubetriebe
T1  - Development of a conservation strategy in winegrowing regions by comparing faunistic and microeconomic parameters of conventional and organic winegrowers
N2  - 1) Wenn der Erhalt der biologischen Vielfalt gesellschaftliche Zielvorgabe ist und dafür landwirtschaftlich genutzte Flächen einbezogen werden sollen, sind Maßnahmen zu präferieren, deren Opportunitätskosten gering sind. Diese Arbeit stellt den Versuch dar, solche Maßnahmen am Beispielsystem „Weinbau“ zu entwickeln. 2) Die Anbauform „Weinbau“ ist für diese Studie aus folgenden Gründen besonders geeignet: Rebflächen sind an Standorte mit besonderen klimatischen Bedingungen gebunden, die ebenfalls für Lebensgemeinschaften von Bedeutung sind, die in Deutschland als besonders gefährdet gelten (thermophile und xerothermophile Gemeinschaften). Auch die speziellen, früher artenreichen „Weinbergsgesellschaften“ (Flora und Fauna) verdienen besondere Beachtung; zudem ist in Unterfranken eine starke räumliche Beziehung zwischen Naturschutzgebieten, die thermophile und xerothermophile Artengemeinschaften schützen sollen, und umgebenden Rebflächen gegeben. Weiterhin erscheinen Rebflächen durch die Trennung der Anbaufläche in die Bereiche „Zeile“ (die den linienförmig angepflanzten Reben entspricht) und „Gasse“ (ein etwa zwei Meter breiter Streifen zwischen den Zeilen) hervorragend geeignet, landwirtschaftliche Produktion und biodiversitäts-orientierte Maßnahmen zu verbinden. 3) In der Region „Mainfranken“ (Deutschland, Bayern) wurden drei Vergleichsflächenpaare in Ertragsrebflächen ausgewählt, die einerseits praxisüblich, andererseits nach den Vorschriften des „ökologischen Landbaus“ i.S. des BML wirtschaften. 4) In der naturschutzfachlichen Analyse wurden folgende Gesellschaften der Vergleichsflächen faunistisch untersucht: bodenaktive (epigäische) Spinnen (Araneae), Laufkäfer (Carabidae), Zikaden (Auchenorrhyncha) und Heuschrecken (Saltatoria). Im betriebswirtschaftlichen Teil wurde nach Literaturdaten und Arbeitstagebüchern die Außenwirtschaft der Weinbaubetriebe analysiert. Beide Datengruppen wurden zusammengeführt, um die Auswirkungen betrieblicher Maßnahmen der Außenwirtschaft sowohl im Hinblick auf ihre naturschutzfachliche als auch betriebswirtschaftliche Wirksamkeit zu ermitteln und hieraus Umstellungsstrategien im Weinbau abzuleiten. Zudem wurden die monetären Differenzen quantifiziert, um die Höhe etwaiger Ausgleichszahlungen bestimmen zu können. 5) Die naturschutzfachliche Analyse zeigte, dass mit Ausnahme der Heuschrecken alle Gruppen eine starke Förderung durch den ökologischen Anbau erfuhren; die Förderung betraf sowohl die allgemeine Diversität wie naturschutzfachlich bedeutsame Arten. Diese Effekte konnten vor allem auf den Faktor „Einführung einer struktur- und artenreichen Dauerbegrünung“ sowie auf die Etablierung ungestörter Rückzugsbereiche zurückgeführt werden. Die Veränderungen des Pflanzenschutzes wurden als nicht wirksam eingestuft, die Kupferbehandlungen im ökologischen Weinbau werden sogar als problematisch angesehen. Weiterhin wurde die Maßnahme „Mulchen“ des ökologischen Weinbaus als problematische Maßnahme der Begrünungspflege identifiziert. 6) Die betriebswirtschaftliche Analyse zeigte, dass für die Ertragssituation der Betriebe vor allem der Pflanzenschutz bedeutsam ist. Von der Einführung einer Dauerbegrünung gehen moderate Effekte aus, die zudem oftmals auf eine „Umstellungsphase“ befristet sind. 7) In der Zusammenführung beider Analysen wird ein Anbauschema vorgeschlagen, dass ein modifiziertes Begrünungsmodell nach ökologischer Wirtschaftsweise mit einem modifizierten Pflanzenschutzsystem nach praxisüblicher Wirtschaftsweise kombiniert. Die Kalkulation eines solchen Systems zeigt, dass auf Ausgleichszahlungen verzichtet werden könnte, bzw. geleistete Zahlungen nicht als Kompensation i.e.S., sondern als Anreizzahlungen zu verstehen wären. 8) Die Notwendigkeit einer Überprüfung des entwickelten Schemas in einem Konversionsexperiment wird dargelegt.
N2  - 1) Conservation goals on private land need measures that cause low opportunity costs. The aim of this study was to develop such measures using viniculture as study system. 2) Viniculture was chosen, since: (i) vineyards are located in regions where thermophilous species assemblages exist; these assemblages are among the most threatened assemblages in Germany; (ii) there is a strong spacial relationship between conservation areas and surrounding vineyards in Lower Franconia; (iii) vine is planted in rows separated by stripes of up to 3 m width; these stripes allow a broad array of management practises, and some of them may be useful in supporting species diversity. 3) Three matched pairs of vineyards in Lower Franconia (Germany, Bavaria) under conventional and organic cultivation, respectively, were chosen as study sites. 4) Two comparisons were done: The effects of differential agricultural treatment were analyzed (i) faunistically using epigaeic spiders (Araneae), ground beetles (Carabidae), plant hoppers (Auchenorrhyncha) and locusts (Saltatoria) as indicator groups; and (ii) economically using data from the literature and working-logs of the winegrowers covering all relevant expenses and earnings (including pesticide use, management of the ground cover, soil management and quantitative and qualitative yields). 5) In three taxa substantial quantitative (i.e. overall species diversity and abundance) and qualitative (i.e. diversity and abundance of endangered species) positive effects of the organic cultivation could be proven; only for grasshoppers no benefit for endangered species was detected. Effective factors were the establishment of an herbaceous ground cover and the retention of undisturbed areas within the vineyard. Plant protection seemed not to contribute to the promotion of biodiversity under organic cultivation; in the case of copper treatments, even adverse effects on biodiversity are discussed. Another critical treatment was “mulching” (the cutting and chopping of the ground cover with horizontally rotating machines, only conducted in the organically managed vineyards). 6) Analyzing expenses and earnings showed that the differences in plant protection are the main factors contributing to differences in yields (which are less in organic farming). The negative effects of herbaceous ground cover on yields due to water losses are less severe, and often restricted to a transitional period. 7) Combining the results of both analyses’ leads to the following recommendations: A modified soil and ground cover management according to organic cultivation should be combined with a modified plant protection system according to conventional standards. The calculation of the then resulting expenses and earnings shows that no compensation payments are necessary. 8) The need for an experimental verification of the recommended measures is emphasized.
KW  - Biodiversität
KW  - Naturschutz
KW  - Arthropoden
KW  - Weinbau
KW  - biodiversity
KW  - conservation
KW  - arthropods
KW  - viniculture
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-21989
ER  -