TY  - JOUR
A1  - Adolfi, Mateus C.
A1  - Herpin, Amaury
A1  - Regensburger, Martina
A1  - Sacquegno, Jacopo
A1  - Waxman, Joshua S.
A1  - Schartl, Manfred
T1  - Retinoic acid and meiosis induction in adult versus embryonic gonads of medaka
JF  - Scientific Reports
N2  - In vertebrates, one of the first recognizable sex differences in embryos is the onset of meiosis, known to be regulated by retinoic acid (RA) in mammals. We investigated in medaka a possible meiotic function of RA during the embryonic sex determination (SD) period and in mature gonads. We found RA mediated transcriptional activation in germ cells of both sexes much earlier than the SD stage, however, no such activity during the critical stages of SD. In adults, expression of the RA metabolizing enzymes indicates sexually dimorphic RA levels. In testis, RA acts directly in Sertoli, Leydig and pre-meiotic germ cells. In ovaries, RA transcriptional activity is highest in meiotic oocytes. Our results show that RA plays an important role in meiosis induction and gametogenesis in adult medaka but contrary to common expectations, not for initiating the first meiosis in female germ cells at the SD stage.
KW  - developmental biology
KW  - molecular biology
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-147843
VL  - 6
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Ahmed, Zeeshan
A1  - Zeeshan, Saman
A1  - Dandekar, Thomas
T1  - Mining biomedical images towards valuable information retrieval in biomedical and life sciences
JF  - Database - The Journal of Biological Databases and Curation
N2  - Biomedical images are helpful sources for the scientists and practitioners in drawing significant hypotheses, exemplifying approaches and describing experimental results in published biomedical literature. In last decades, there has been an enormous increase in the amount of heterogeneous biomedical image production and publication, which results in a need for bioimaging platforms for feature extraction and analysis of text and content in biomedical images to take advantage in implementing effective information retrieval systems. In this review, we summarize technologies related to data mining of figures. We describe and compare the potential of different approaches in terms of their developmental aspects, used methodologies, produced results, achieved accuracies and limitations. Our comparative conclusions include current challenges for bioimaging software with selective image mining, embedded text extraction and processing of complex natural language queries.
KW  - humans
KW  - software
KW  - image processing
KW  - animals
KW  - computer-assisted
KW  - data mining/methods
KW  - natural language processing
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-162697
VL  - 2016
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Ankenbrand, Markus J.
A1  - Weber, Lorenz
A1  - Becker, Dirk
A1  - Förster, Frank
A1  - Bemm, Felix
T1  - TBro: visualization and management of de novo transcriptomes
JF  - Database
N2  - RNA sequencing (RNA-seq) has become a powerful tool to understand molecular mechanisms and/or developmental programs. It provides a fast, reliable and cost-effective method to access sets of expressed elements in a qualitative and quantitative manner. Especially for non-model organisms and in absence of a reference genome, RNA-seq data is used to reconstruct and quantify transcriptomes at the same time. Even SNPs, InDels, and alternative splicing events are predicted directly from the data without having a reference genome at hand. A key challenge, especially for non-computational personnal, is the management of the resulting datasets, consisting of different data types and formats. Here, we present TBro, a flexible de novo transcriptome browser, tackling this challenge. TBro aggregates sequences, their annotation, expression levels as well as differential testing results. It provides an easy-to-use interface to mine the aggregated data and generate publication-ready visualizations. Additionally, it supports users with an intuitive cart system, that helps collecting and analysing biological meaningful sets of transcripts. TBro’s modular architecture allows easy extension of its functionalities in the future. Especially, the integration of new data types such as proteomic quantifications or array-based gene expression data is straightforward. Thus, TBro is a fully featured yet flexible transcriptome browser that supports approaching complex biological questions and enhances collaboration of numerous researchers.
KW  - database
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-147954
VL  - 2016
ER  - 
TY  - THES
A1  - Appelt-Menzel, Antje
T1  - Etablierung und Qualifizierung eines humanen Blut-Hirn-Schranken-Modells unter Verwendung von induziert pluripotenten und multipotenten Stammzellen
T1  - Establishment and qualification of a human blood-brain barrier model by use of human induced pluripotent stemm cells an multipotent stem cells
N2  - Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) stellt eine der dichtesten und wichtigsten Barrieren zwischen Blutzirkulation und Zentralnervensystem (ZNS) dar. Sie besteht aus spezialisierten Endothelzellen, welche die zerebralen Kapillaren auskleiden und durch sehr dichte Tight Junctions (TJs) miteinander verbunden sind. Weitere Komponenten der dynamischen Blut-Hirn-Schrankenbarriere stellen Perizyten, Astrozyten, Neurone und Mikrogliazellen dar, welche zusammen mit der extrazellulären Matrix der Basalmembran der Gehirnkapillaren und den zuvor genannten Endothelzellen ein komplexes regulatorisches System, die so genannte neurovaskuläre Einheit bilden (Hawkins und Davis 2005).
Die Hauptfunktionen der BHS lassen sich in drei  Untergruppen untergliedern, die physikalische, metabolische und Transport-Barriere (Neuhaus und Noe 2010). Hauptsächlich dient die BHS der Aufrechterhaltung der Homöostase des ZNS und dem Schutz vor neurotoxischen Substanzen sowie Pathogenen, wie Bakterien und Viren. Zudem ist sie auch für die Versorgung der Neuronen mit Nährstoffen und regulierenden Substanzen sowie den Efflux von Stoffwechselendprodukten des ZNS zurück ins Blut verantwortlich. Für die Entwicklung von Medikamenten zur Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen, wie Morbus Alzheimer, Morbus Parkinson und Multiple Sklerose oder Gehirntumoren, stellt die Dichtigkeit der BHS gegenüber Substanzen und die hohe metabolische Aktivität der Endothelzellen aber ein großes Problem dar. Viele Medikamente sind nicht in der Lage in ausreichender Konzentration die BHS zu überwinden, um an ihren Wirkort zu gelangen oder werden vor dem Transport metabolisiert und die Wirksamkeit dadurch eingeschränkt. Weiterhin spielen auch Defekte der BHS eine entscheidende Rolle in der Beeinflussung der Pathogenese vieler ZNS-Erkrankungen.
Aufgrund des hohen Bedarfs an geeigneten Testsystemen in der Grundlagen- sowie präklinischen Forschung für Medikamentenentwicklung und Infektionsstudien wurden eine Vielzahl unterschiedlicher BHS-Modelle entwickelt. Neben in silico-, azellulären in vitro- und in vivo-Modellen sind auch zahlreiche zellbasierte Modelle der BHS entwickelt worden. Standardisierte Modelle auf Basis immortalisierter
Zelllinien jedoch weisen nur eine inhomogene TJ-Expression auf und verfügen meist
über eine geringe Barriereintegrität, erfasst über transendotheliale elektrische Widerstände (TEER)
unter 150
 · cm2 (Deli et al. 2005). Im Vergleich dazu wurden in Tierexperimenten TEER-Werte
von mehr als 1500
 · cm2 an der BHS gemessen (Butt et al. 1990; Crone und Olesen 1982). Die
Verfügbarkeit humaner primärer BHS-Zellen ist sehr limitiert und ihr Einsatz nicht nur im Hinblick
auf ethische Aspekte bedenklich. Humane Gehirnzellen können z. B. aus Biopsie- oder Autopsiematerial
von Patienten mit Epilepsie oder Gehirntumoren isoliert werden. Allerdings besteht hier
das Risiko, dass die isolierten Zellen krankheitsbedingt verändert sind, was die Eigenschaften der
BHS-Modelle erheblich beeinflussen kann.
Eine Alternative, die diese Probleme umgeht, ist die Verwendung von humanen induziert pluripotenten
Stammzellen (hiPSCs), um standardisierte humane BHS-Modelle unter reproduzierbaren
Bedingungen bereitzustellen.
Im Rahmen dieser Arbeit ist es gelungen, hiPSCs in vitro nach etablierten und standardisierten Methoden
in Endothelzellen der BHS, neurale Stammzellen (hiPS-NSCs) sowie Astrozyten (hiPS-A)
zu differenzieren (Lippmann et al. 2012; Lippmann et al. 2014; Wilson et al. 2015; Yan et al. 2013;Reinhardt et al. 2013) und zum Aufbau der Modelle einzusetzen. Die Endothelzellen wurden mit
Hilfe protein- und genbasierter Nachweismethoden auf das Vorhandensein von endothelzellspezifischen
TJ-Markern sowie spezifischen Transportern untersucht und funktionell charakterisiert. Die
Kryokonservierung der hiPS-EC-Progenitoren, die im Rahmen der vorliegenden Arbeit entwickelt
wurde, ermöglicht eine größere räumliche und zeitliche Flexibilität beim Arbeiten mit den stammzellbasierten
Modellen sowie das Anlegen standardisierter Zellbanken. Weiterhin wurden multipotente
NSCs aus fetalen Gehirnbiopsien isoliert (fNSCs) und als Kontrollkulturen zu den hiPS-NSCs
für den Aufbau von BHS-Modellen eingesetzt.
Mit dem Ziel die in vivo-BHS bestmöglich zu imitieren und die Modelleigenschaften zu optimieren,
wurde ein Set aus zehn unterschiedlichen BHS-Modellen basierend auf primären Zellen, hiPSCs
und fNSCs analysiert. Der Aufbau der BHS-Modelle erfolgte unter Verwendung von Transwellsystemen.
Durch die systematische Untersuchung des Einflusses der unterschiedlichen Zelltypen der
neurovaskulären Einheit auf die Barriereintegrität und Genexpression des BHS-Endothels, konnten
die Quadrupel-Kulturen mit Perizyten, Astrozyten und hiPS-NSCs als die Kultur mit den physiologischsten
Eigenschaften identifiziert werden. Auf Grund der signifikant erhöhten TEER-Werte
von bis zu 2500
 · cm2 und einer um mindestens 1,5-fachen Steigerung der Genexpression BHSrelevanter
Transporter und TJ-Moleküle gegenüber den Monokulturen, wurden diese Modelle für
weiterführende Studien ausgewählt.
Das Vorhandensein eines komplexen, in vivo-ähnlichen TJ-Netzwerkes, bestehend aus Occludin,
Claudin 1, 3, 4 und 5, konnte mittels quantitativer Realtime-PCR, Western Blot sowie ultrastruktureller
Analyse in der Gefrierbruch- und Raster-Elektronenmikroskopie nachgewiesen werden.
Neben der Begrenzung der parazellulären Permeabilität, welche über die geringe Permeation von
FITC-Dextran (4 kDa und 40 kDa), Fluoreszein und Lucifer Yellow nachgewiesen wurde, stellt die
BHS ebenfalls eine Barriere für den transzellulären Transport von Substanzen dar. Eine Beurteilung
der Modelle hinsichtlich der Qualifikation für die Nutzung im Wirkstoffscreening wurde mit
Hilfe von Transportversuchen unter dem Einsatz von BHS-relevanten Referenzsubstanzen durchgeführt.
Die Klassifikation der Testsubstanzen erfolgte analog ihrer Permeationsgeschwindigkeiten:
Diazepam und Koffein gelten als schnell transportierte Wirkstoffe, Ibuprofen, Celecoxib und Diclofenac
werden mit einer mittleren Geschwindigkeit über die BHS transportiert und Loratadin sowie
Rhodamin 123 sind langsam permeierende Substanzen. Innerhalb der Versuche mit den Quadrupelkulturen
wurde diese Reihenfolge bestätigt, lediglich für Koffein wurde ein signifikant niedrigerer
Permeationskoeffizient verglichen mit der Monokultur erzielt.
Der Einsatz der hiPSC-Technologie ermöglicht es zudem, aus einer Stammzelllinie große Mengen
an humanen somatischen Zelltypen zu generieren und für gezielte Anwendungen bereitzustellen.
Es konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass mit Hilfe eines eigens für diese Zwecke
konstruierten Rührreaktorsystems eine reproduzierbare Expansion der hiPSCs unter definierten Bedingungen
ermöglicht wurde. Basierend auf dieser Grundlage ist nun ein Hochdurchsatz-Screening
von Medikamenten denkbar.
Die in dieser Arbeit präsentierten Daten belegen die Etablierung eines stammzellbasierten in vitro-
Quadrupelmodels der humanen BHS, welches über in vivo-ähnliche Eigenschaften verfügt. Die
Anforderungen, die an humane BHS-Modelle gestellt werden, wie die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse,
eine angemessene Charakterisierung, welche die Untersuchung der Permeabilität von Referenzsubstanzen
einschließt, die Analyse der Expression von BHS-relevanten Transportermolekülen sowie die solide und physiologische Morphologie der Zellen, wurden erfüllt.
Das etablierte BHS-Modell kann in der Pharmaindustrie für die Entwicklung von Medikamenten
eingesetzt werden. Ausreichend qualifizierte Modelle können hier in der präklinischen Forschung
genutzt werden, um Toxizitäts- und Transportstudien an neu entwickelten Substanzen durchzuführen
und eine bessere in vitro-in vivo-Korrelation der Ergebnisse zu ermöglichen oder Mechanismen
zu entwickeln, um die BHS-Barriere gezielt zu überwinden.
N2  - The blood-brain barrier (BBB) presents one of the tightest and most important barriers between the
blood circulation and the central nervous system (CNS). The BBB consists of specialized endothelial
cells, which line the cerebral capillaries and are connected through very dense tight junctions
(TJs). Together with pericytes, astrocytes, neurons, microglial cells and the extracellular matrix of
the basal membrane of the brain capillaries, they form a dynamic and complex regulatory system,
the so-called neurovascular unit (Hawkins and Davis 2005).
The main functions of the BBB can be divided into three subgroups, the physical-, metabolic- and
transport-barrier (Neuhaus and Noe 2010). The BBB mainly serves to maintain the homeostasis
of the CNS and for protection against neurotoxical substances and pathogens, such as bacteria
and viruses. Moreover, the BBB ensures the supply of neurons with nutrients and regulatory substances.
Furthermore, it is responsible for the efflux of CNS metabolism waste products.
For the development of drugs applied for the treatment of neurodegenerative diseases such as
Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease and Multiple Sclerosis or even brain tumors, the tightness
of the BBB models towards substances and the high metabolic activity of the endothelial cells pose
a problem. Numerous drugs cannot overcome the BBB in sufficient enough concentration to reach
the target location or they are metabolized before transportation and thus become less effective.
Moreover, defects of the BBB play a decisive role in the manipulation of the pathogenesis of numerous
CNS diseases. Due to the high demand for test systems in basic and preclinical research
of drug development and infection studies, a range of different BBB models have been developed.
Besides the in silico, acellular in vitro and in vivo models, numerous cell-based BBB models have
been developed. However, standardized models based on immortalized cell lines show only inhomogeneous
TJ expression and possess low barrier integrity which is detected through transendothelial
electrical resistance (TEER) below 150
 · cm2 (Deli et al. 2005). In comparison, the TEER values
in animal tests reached more than 1500
 · cm2 at the BBB (Butt et al. 1990; Crone and Olesen
1982). The availability of human primary BBB cells is highly limited. Moreover, using human
primary BBB cells is an extremely serious matter, not only in respect of ethical aspects. Human
brain cells can, for instance, be isolated from biopsy or autopsy material obtained from patients
suffering epilepsy or brain cancer. However, there is the risk that the isolated cells are altered due
to disease, which may significantly change the features of the BBB models.
An alternative to avoid such problems and to provide standardized human BBB models by the use
of reproducible conditions, is the application of human induced pluripotent stem cells (hiPSCs).
In this context, it has been successful to differentiate hiPSCs in vitro – under established and reproducible
methods – into endothelial cells of the BBB (hiPS-ECs), neural stem cells (hiPS-NSCs)
as well as astrocytes (hiPS-A) (Lippmann et al. 2012; Lippmann et al. 2014; Wilson et al. 2015;
Yan et al. 2013; Reinhardt et al. 2013) and to use them for model establishment. The endothelial
cells were examined for the existence and the functionality of endothelial-specific markers as well as
specific transporters by protein- and gene-based methods. Within this work, the croypreservation
of hiPS-EC progenitors was established. This will allow an increase of the spatial and temporal
flexibility while working with the stem cell based models as well as the establishment of standardized
cell banks. Furthermore, multipotent NSCs, isolated from fetal brain biopsies (fNSCs), were used as a control population for hiPSC-NSCs and for BBB modelling.
In order to imitate the in vivo BBB in the best possible way and to optimize model characteristics,
a set of ten different BBB models based on primary cells, hiPSCs and fNSCs was analyzed. Model
establishment was done by the use of transwell systems. By the systematically analysis of the
influence of the different neurovascular unit cell types on barrier integrity and on endothelial cell
gene expression, the quadruple culture with pericytes, astrocytes and hiPS-NSCs was identified
demonstrating the most physiological properties. Due to the significant increase of TEER results
up to 2500
 · cm2 as well as the at least 1.5-fold increase in gene expression of BBB relevant transporter
and TJ markers compared to the mono-cultures, this model was selected for further studies.
The presence of a complex in vivo-like TJ network, based on occludin, claudin 1, 3, 4 and 5 was
detected by quantitative reale time PCR, Western blot analyses as well as on ultrastructural level
by freeze fracture electron microscopy and transmission electron microscopy.
Beside the limitation of the paracellular permeability, proven by the low permeation of FITC dextran
(4 kDa and 40 kDa), fluorescein and Lucifer yellow, the BBB represents also a barrier for
transcellular transported substances. A model evaluation, to assess the models qualification to be
used for drug screenings, was proven by transport studies based on BBB relevant reference substances.
The classification of the test substances was made analog their permeation rates: diazepam
and caffeine are classified as fast, ibuprofen, celecoxib and diclofenac as medium, and loratadine
and rhodamine 123 as slow permeating substances. Within our tests, this ranking based on literature
data could be confirmed by using the quadruple-culture models, only caffeine was transported
with a significantly decreased permeation coefficient compared to the mono-cultures.
Furthermore, the implementation of the hiPSC technology allows the generation of a large quantity
of human somatic cell types form only one single stem cell line and their provision for specific applications.
Within this work it was shown, that by the use of an in-house constructed stirred tank
bio-reactor, providing defined culture conditions, a reproducible expansion of hiPSCs was enabled.
On this basis, a high throughput drug screening might be possible.
The data presented within this work demonstrate the establishment of a stem cell based in vitro
quadruple-model of the human BBB with in vivo-like characteristics. All minimal requirements for
human BBB modeling, including the reproducibility of the results, adequate characterization with
regard on the permeability of reference components, expression of BBB transporters as well as the
robust and physiological morphology are fulfilled.
The established BBB model can be used in pharmaceutical drug development. In preclinical research
adequate qualified models are asked for toxicity and transport studies with new developed
substances in order to allow a better in vitro-in vivo correlation of the results. Moreover, the model
can be used to develop mechanisms to selectively overcome the barrier.
KW  - Blut-Hirn-Schranke
KW  - Stammzelle
KW  - Zelldifferenzierung
KW  - In vitro
KW  - Endothelzelle
KW  - induziert pluripotente Stammzelle
KW  - multipotente Stammzelle
KW  - in vitro Modell
KW  - Neurovaskuläre Einheit
KW  - Neurale Stammzellen
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-134646
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Aurast, Anna
A1  - Gradl, Tobias
A1  - Pernes, Stefan
A1  - Pielström, Steffen
T1  - Big Data und Smart Data in den Geisteswissenschaften
JF  - Bibliothek Forschung und Praxis
N2  - Kein Abstract verfügbar.
KW  - Textanalyse
KW  - unstrukturierte Daten
KW  - Natural Language Processing
KW  - Text analysis
KW  - unstructured data
KW  - natural language processing
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-195237
SN  - 1865-7648
SN  - 0341-4183
N1  - Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.
VL  - 40
IS  - 2
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bargul, Joel L.
A1  - Jung, Jamin
A1  - McOdimba, Francis A.
A1  - Omogo, Collins O.
A1  - Adung'a, Vincent O.
A1  - Krüger, Timothy
A1  - Masiga, Daniel K.
A1  - Engstler, Markus
T1  - Species-Specific Adaptations of Trypanosome Morphology and Motility to the Mammalian Host
JF  - PLoS Pathogens
N2  - African trypanosomes thrive in the bloodstream and tissue spaces of a wide range of mammalian hosts. Infections of cattle cause an enormous socio-economic burden in sub-Saharan Africa. A hallmark of the trypanosome lifestyle is the flagellate’s incessant motion. This work details the cell motility behavior of the four livestock-parasites Trypanosoma vivax, T. brucei, T. evansi and T. congolense. The trypanosomes feature distinct swimming patterns, speeds and flagellar wave frequencies, although the basic mechanism of flagellar propulsion is conserved, as is shown by extended single flagellar beat analyses. Three-dimensional analyses of the trypanosomes expose a high degree of dynamic pleomorphism, typified by the ‘cellular waveform’. This is a product of the flagellar oscillation, the chirality of the flagellum attachment and the stiffness of the trypanosome cell body. The waveforms are characteristic for each trypanosome species and are influenced by changes of the microenvironment, such as differences in viscosity and the presence of confining obstacles. The distinct cellular waveforms may be reflective of the actual anatomical niches the parasites populate within their mammalian host. T. vivax displays waveforms optimally aligned to the topology of the bloodstream, while the two subspecies T. brucei and T. evansi feature distinct cellular waveforms, both additionally adapted to motion in more confined environments such as tissue spaces. T. congolense reveals a small and stiff waveform, which makes these parasites weak swimmers and destined for cell adherence in low flow areas of the circulation. Thus, our experiments show that the differential dissemination and annidation of trypanosomes in their mammalian hosts may depend on the distinct swimming capabilities of the parasites.
KW  - swimming
KW  - viscosity
KW  - flagella
KW  - host-pathogen interactions
KW  - cell motility
KW  - blood
KW  - parasitic diseases
KW  - trypanosoma brucei gambiense
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-146513
VL  - 12
IS  - 2
ER  - 
TY  - THES
A1  - Beck, Katherina
T1  - Einfluss von RSK auf die Aktivität von ERK, den axonalen Transport und die synaptische Funktion in Motoneuronen von \(Drosophila\) \(melanogaster\)
T1  - RSK2 alters ERK activity, axonal transport and synaptic function in motoneurons of \(Drosophila\) \(melanogaster\)
N2  - In dieser Arbeit sollte die Funktion von RSK in Motoneuronen von Drosophila untersucht
werden. Mutationen im RSK2-Gen verursachen das Coffin-Lowry-Syndrom (CLS), das durch
mentale Retardierung charakterisiert ist. RSK2 ist hauptsächlich in Regionen des Gehirns
exprimiert, in denen Lernen und Gedächtnisbildung stattfinden. In Mäusen und Drosophila, die
als Modellorganismen für CLS dienen, konnten auf makroskopischer Ebene keine
Veränderungen in den Hirnstrukturen gefunden werden, dennoch wurden in verschiedenen
Verhaltensstudien Defekte im Lernen und der Gedächtnisbildung beobachtet.
Die synaptische Plastizität und die einhergehenden Veränderungen in den Eigenschaften der
Synapse sind fundamental für adaptives Verhalten. Zur Analyse der synaptischen Plastizität
eignet sich das neuromuskuläre System von Drosophila als Modell wegen des stereotypen
Innervierungsmusters und der Verwendung ionotroper Glutamatrezeptoren, deren
Untereinheiten homolog sind zu den Untereinheiten der Glutamatrezeptoren des AMPA-Typs
aus Säugern, die wesentlich für die Bildung von LTP im Hippocampus sind.
Zunächst konnte gezeigt werden, dass RSK in den Motoneuronen von Drosophila an der
präsynaptischen Seite lokalisiert ist, wodurch RSK eine Synapsen-spezifische Funktion
ausüben könnte. Morphologische Untersuchungen der Struktur der neuromuskulären Synapsen
konnten aufzeigen, dass durch den Verlust von RSK die Größe der neuromuskulären Synapse,
der Boutons sowie der Aktiven Zonen und Glutamatrezeptorfelder reduziert ist. Obwohl mehr
Boutons gebildet werden, sind weniger Aktive Zonen und Glutamatrezeptorfelder in der
neuromuskulären Synapse enthalten. RSK reguliert die synaptische Transmission, indem es die
postsynaptische Sensitivität, nicht aber die Freisetzung der Neurotransmitter an der
präsynaptischen Seite beeinflusst, obwohl in immunhistochemischen Analysen eine
postsynaptische Lokalisierung von RSK nicht nachgewiesen werden konnte. RSK ist demnach
an der Regulation der synaptischen Plastizität glutamaterger Synapsen beteiligt.
Durch immunhistochemische Untersuchungen konnte erstmals gezeigt werden, dass aktiviertes
ERK an der präsynaptischen Seite lokalisiert ist und diese synaptische Lokalisierung von RSK
reguliert wird. Darüber hinaus konnte in dieser Arbeit nachgewiesen werden, dass durch den
Verlust von RSK hyperaktiviertes ERK in den Zellkörpern der Motoneurone vorliegt. RSK
wird durch den ERK/MAPK-Signalweg aktiviert und übernimmt eine Funktion sowohl als
Effektorkinase als auch in der Negativregulation des Signalwegs. Demnach dient RSK in den
Zellkörpern der Motoneurone als Negativregulator des ERK/MAPK-Signalwegs. Darüber
hinaus könnte RSK die Verteilung von aktivem ERK in den Subkompartimenten der
Motoneurone regulieren.
Da in vorangegangenen Studien gezeigt werden konnte, dass ERK an der Regulation der
synaptischen Plastizität beteiligt ist, indem es die Insertion der AMPA-Rezeptoren zur Bildung
der LTP reguliert, sollte in dieser Arbeit aufgeklärt werden, ob der Einfluss von RSK auf die
synaptische Plastizität durch seine Funktion als Negativregulator von ERK zustande kommt.
Untersuchungen der genetischen Interaktion von rsk und rolled, dem Homolog von ERK in
Drosophila, zeigten, dass die durch den Verlust von RSK beobachtete reduzierte Gesamtzahl
der Aktiven Zonen und Glutamatrezeptorfelder der neuromuskulären Synapse auf die Funktion
von RSK als Negativregulator von ERK zurückzuführen ist. Die Größe der neuromuskulären
Synapse sowie die Größe der Aktiven Zonen und Glutamatrezeptorfelder beeinflusst RSK
allerdings durch seine Funktion als Effektorkinase des ERK/MAPK-Signalwegs.
Studien des axonalen Transports von Mitochondrien zeigten, dass dieser in vielen
neuropathologischen Erkrankungen beeinträchtigt ist. Die durchgeführten Untersuchungen des
axonalen Transports in Motoneuronen konnten eine neue Funktion von RSK in der Regulation
des axonalen Transports aufdecken. In den Axonen der Motoneurone von RSK-Nullmutanten
wurden BRP- und CSP-Agglomerate nachgewiesen. RSK könnte an der Regulation des
axonalen Transports von präsynaptischem Material beteiligt sein. Durch den Verlust von RSK
wurden weniger Mitochondrien in anterograder Richtung entlang dem Axon transportiert, dafür verweilten mehr Mitochondrien in stationären Phasen. Diese Ergebnisse zeigen, dass
auch der anterograde Transport von Mitochondrien durch den Verlust von RSK beeinträchtigt
ist.
N2  - In this thesis the function RSK in motoneurons of Drosophila has been analyzed. Mutations in
the RSK2-gene cause the Coffin-Lowry-Syndrome (CLS) which is characterized by mental
retardation. RSK2 is predominantly expressed in regions of the brain where learning and
formation of the memory take place. Even no obvious changes in brain structures could be
observed at macroscopic level in mouse and Drosophila which serve as an animal model for
CLS. However deficits in various learning tasks could be observed due to the loss of the RSK function.
Synaptic plasticity and the following changes in synaptic properties are fundamental for
adaptive behaviors. The neuromuscular system of Drosophila suits as a model for studies of the
synaptic plasticity because of the stereotypic innervation pattern and the use of ionotropic
glutamate receptors which subunits are homologous to the subunits of the mammalian AMPA-type
of glutamate receptors which are essential for the formation of LTP in the hippocampus.
This study shows that RSK is located at the presynaptic site of the motoneurons of Drosophila
which indicates a synapse-specific function of RSK. The structural analysis of the
neuromuscular junction (NMJ) show that the loss of RSK causes a reduction in size of the NMJ,
boutons, active zones and glutamate receptor fields. More boutons were found at the NMJ, but
less active zones and glutamate receptor fields were established. The localization of RSK at the
postsynaptic side could not be detected in this study although RSK regulates the synaptic
transmission by affecting the postsynaptic sensitivity but not the presynaptic neurotransmitter
release. Hence RSK could take part in the regulation of synaptic plasticity.
Immunohistochemical analysis could depict a novel function of RSK in the synapse-specific
localization of ERK. Further this study show that due to the loss of RSK more activated ERK
is located in den cell bodies of the motoneurons. RSK functions as a negative regulator of the
ERK/MAPK signaling in the somata of motoneurons. Additionally, RSK could regulate the
distribution of ERK in the different subcompartments of the motoneurons.
Previous studies show ERK as a regulator of synaptic plasticity by influencing the insertion of
AMPA receptors into the postsynaptic membrane during LTP. RSK is activated by the
ERK/MAPK signaling and functions not only as an effector kinase but also as a negative
regulator of this pathway. If the effect of RSK on synaptic plasticity is due to its function as a negative regulator of ERK should be clarified in this work.
Analysis of the genetic interactions of rsk and rolled, the Drosophila homologue of mammalian
ERK, show that the reduced number of active zones and glutamate receptor fields found at the
NMJ of RSK null mutants is caused by the function of RSK as a negative regulator of ERK. In
turn RSK affects the size of the NMJ, also the size of the active zones and glutamate receptor
fields by its function as an effector kinase of the ERK/MAPK signaling.
Several studies have shown that the axonal transport of mitochondria is affected in many
neuropathological diseases. This work could uncover a novel function of RSK in the regulation
of the axonal transport in motoneurons. The loss of RSK causes the formation of agglomerates
of the presynaptic proteins BRP and CSP. Therefore RSK takes part in the regulation of the
transport of presynaptic material. In absence of RSK less mitochondria are transported in
anterograde direction and more mitochondria are pausing. This results implicate a function of
RSK in regulating the anterograde transport of mitochondria.
KW  - Taufliege
KW  - RSK
KW  - axonaler Transport
KW  - synaptische Funktion
KW  - ERK
KW  - Motoneuron
KW  - Motoneuron
KW  - Genmutation
KW  - Drosophila
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-130717
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Becker, Nils
A1  - Kucharski, Robert
A1  - Rössler, Wolfgang
A1  - Maleszka, Ryszard
T1  - Age‐dependent transcriptional and epigenomic responses to light exposure in the honey bee brain
JF  - FEBS Open Bio
N2  - Light is a powerful environmental stimulus of special importance in social honey bees that undergo a behavioral transition from in-hive to outdoor foraging duties. Our previous work has shown that light exposure induces structural neuronal plasticity in the mushroom bodies (MBs), a brain center implicated in processing inputs from sensory modalities. Here, we extended these analyses to the molecular level to unravel light-induced transcriptomic and epigenomic changes in the honey bee brain. We have compared gene expression in brain compartments of 1- and 7-day-old light-exposed honey bees with age-matched dark-kept individuals. We have found a number of differentially expressed genes (DEGs), both novel and conserved, including several genes with reported roles in neuronal plasticity. Most of the DEGs show age-related changes in the amplitude of light-induced expression and are likely to be both developmentally and environmentally regulated. Some of the DEGs are either known to be methylated or are implicated in epigenetic processes suggesting that responses to light exposure are at least partly regulated at the epigenome level. Consistent with this idea light alters the DNA methylation pattern of bgm, one of the DEGs affected by light exposure, and the expression of microRNA miR-932. This confirms the usefulness of our approach to identify candidate genes for neuronal plasticity and provides evidence for the role of epigenetic processes in driving the molecular responses to visual stimulation.
KW  - DNA methylation
KW  - insect brain
KW  - light-induced gene expression
KW  - microRNA
KW  - neuronal plasticity
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-147080
VL  - 6
IS  - 7
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Beer, Katharina
A1  - Steffan-Dewenter, Ingolf
A1  - Härtel, Stephan
A1  - Helfrich-Förster, Charlotte
T1  - A new device for monitoring individual activity rhythms of honey bees reveals critical effects of the social environment on behavior
JF  - Journal of Comparative Physiology A
N2  - Chronobiological studies of individual activity rhythms in social insects can be constrained by the artificial isolation of individuals from their social context. We present a new experimental set-up that simultaneously measures the temperature rhythm in a queen-less but brood raising mini colony and the walking activity rhythms of singly kept honey bees that have indirect social contact with it. Our approach enables monitoring of individual bees in the social context of a mini colony under controlled laboratory conditions. In a pilot experiment, we show that social contact with the mini colony improves the survival of monitored young individuals and affects locomotor activity patterns of young and old bees. When exposed to conflicting Zeitgebers consisting of a light-dark (LD) cycle that is phase-delayed with respect to the mini colony rhythm, rhythms of young and old bees are socially synchronized with the mini colony rhythm, whereas isolated bees synchronize to the LD cycle. We conclude that the social environment is a stronger Zeitgeber than the LD cycle and that our new experimental set-up is well suited for studying the mechanisms of social entrainment in honey bees.
KW  - Social entrainment
KW  - Foragers
KW  - Nurses
KW  - Locomotor activity
KW  - Temperature rhythms
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-188030
VL  - 202
IS  - 8
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bemm, Felix
A1  - Becker, Dirk
A1  - Larisch, Christina
A1  - Kreuzer, Ines
A1  - Escalante-Perez, Maria
A1  - Schulze, Waltraud X.
A1  - Ankenbrand, Markus
A1  - Van de Weyer, Anna-Lena
A1  - Krol, Elzbieta
A1  - Al-Rasheid, Khaled A.
A1  - Mithöfer, Axel
A1  - Weber, Andreas P.
A1  - Schultz, Jörg
A1  - Hedrich, Rainer
T1  - Venus flytrap carnivorous lifestyle builds on herbivore defense strategies
JF  - Genome Research
N2  - Although the concept of botanical carnivory has been known since Darwin's time, the molecular mechanisms that allow animal feeding remain unknown, primarily due to a complete lack of genomic information. Here, we show that the transcriptomic landscape of the Dionaea trap is dramatically shifted toward signal transduction and nutrient transport upon insect feeding, with touch hormone signaling and protein secretion prevailing. At the same time, a massive induction of general defense responses is accompanied by the repression of cell death-related genes/processes. We hypothesize that the carnivory syndrome of Dionaea evolved by exaptation of ancient defense pathways, replacing cell death with nutrient acquisition.
KW  - Dionaea-muscipula ellis
KW  - Plant utricularia-gibba
KW  - Programmed cell-death
KW  - Genomics data sets
KW  - RNA-SEQ data
KW  - Arabidopsis-thaliana
KW  - Jasmonate perception
KW  - Action potentials
KW  - Stress responses
KW  - Wonderful plants
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-188799
VL  - 26
IS  - 6
ER  -