TY  - THES
A1  - Heidbreder, Meike
T1  - Association and Activation of TNF-Receptor I Investigated with Single-Molecule Tracking and Super-Resolution Microscopy in Live Cells
T1  - Assoziierung und Aktivierung des TNF-Rezeptor I untersucht mit Einzelmolekül-Tracking und hochauflösender Mikroskopie in lebenden Zellen
N2  - Cellular responses to outer stimuli are the basis for all biological processes. Signal integration is achieved by protein cascades, recognizing and processing molecules from the environment. Factors released by pathogens or inflammation usually induce an inflammatory response, a signal often transduced by Tumour Necrosis Factor alpha (TNF). TNFα receptors TNF-R1 and TNF-R2 can in turn lead to apoptosis or proliferation via NF-B. These processes are closely regulated by membrane compartimentalization, protein interactions and trafficking. Fluorescence microscopy offers a reliable and non-invasive method to probe these cellular events. However, some processes on a native membrane are not resolvable, as they are well below the diffraction limit of microscopy. The recent development of super-resolution fluorescence microscopy methods enables the observation of these cellular players well below this limit: by localizing, tracking and counting molecules with high spatial and temporal resolution, these new fluorescence microscopy methods offer a previously unknown insight into protein interactions at the near-molecular level. Direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM) utilizes the reversible, stochastic blinking events of small commercially available fluorescent dyes, while photoactivated localization microscopy (PALM) utilizes phototransformation of genetically encoded fluorescent proteins. By photoactivating only a small fraction of the present fluorophores in each observation interval, single emitters can be localized with high precision and a super-resolved image can be reconstructed. Quantum Dot Triexciton imaging (QDTI) utilizes the three-photon absorption (triexcitonic) properties of quantum dots (QD) and to achieve a twofold resolution increase using conventional confocal microscopes. In this thesis, experimental approaches were implemented to achieve super-resolution microscopy in fixed and live-cells to study the spatial and temporal dynamics of TNF and other cellular signaling events. We introduce QDTI to study the three-dimensional cellular distribution of biological targets, offering an easy method to achieve resolution enhancement in combination with optical sectioning, allowing the preliminary quantification of labeled proteins. As QDs are electron dense, QDTI can be used for correlative fluorescence and transmission electron microscopy, proving the versatility of QD probes. Utilizing the phototransformation properties of fluorescent proteins, single-receptor tracking on live cells was achieved, applying the concept of single particle tracking PALM (sptPALM) to track the dynamics of a TNF-R1-tdEos chimera on the membrane. Lateral receptor dynamics can be tracked with high precision and the influences of ligand addition or lipid disruption on TNF-R1 mobility was observed. The results reveal complex receptor dynamics, implying internalization processes in response to TNFα stimulation and a role for membrane domains with reduced fluidity, so-called lipid raft domains, in TNF-R1 compartimentalization prior or post ligand induction. Comparisons with previously published FCS data show a good accordance, but stressing the increased data depth available in sptPALM experiments. Additionally, the active transport of NF-κB-tdEos fusions was observed in live neurons under chemical stimulation and/or inhibition. Contrary to phototransformable proteins that need no special buffers to exhibit photoconversion or photoactivation, dSTORM has previously been unsuitable for in vivo applications, as organic dyes relied on introducing the probes via immunostaining in concert with a reductive, oxygen-free medium for proper photoswitching behaviour. ATTO655 had been previously shown to be suitable for live-cell applications, as its switching behavior can be catalyzed by the reductive environment of the cytoplasm. By introducing the cell-permeant organic dye via a chemical tag system, a high specificity and low background was achieved. Here, the labeled histone H2B complex and thus single nucleosome movements in a live cell can be observed over long time periods and with ~20 nm resolution. Implementing these new approaches for imaging biological processes with high temporal and spatial resolution provides new insights into the dynamics and spatial heterogeneities of proteins, further elucidating their function in the organism and revealing properties that are usually only detectable in vitro.  
N2  - Zelluläre Antworten auf externe Stimuli sind die Basis aller biologischer Prozesse. Die Integration dieser Signale wird dabei von Proteinkaskaden ausgeführt, welche Moleküle aus der Umgebung wahrnehmen und verarbeiten. Faktoren, welche von Pathogenen oder während einer Entzündung freigesetzt werden, induzieren für gewöhnlich eine Entzündungsantwort, eine Reaktion, die oft vom Tumornekrosefaktor alpha (TNFα) vermittelt wird. Die TNFα Rezeptoren TNF-R1 und TNF-R2 vermitteln nach Ligandenbinding Apoptose oder Zellproliferation durch NF-kB. Diese Prozesse sind engmaschig durch Membrankompartimentierung, Proteininteraktionen und -transport reguliert. Fluoreszenzmikroskopie bietet eine zuverlässige, nicht-invasive Methode um diese zellulären Prozesse zu untersuchen. Allerdings sind einige Prozesse innerhalb einer nativen Membran nicht auflösbar, da sie weit unterhalb der Beugungsgrenze der Lichtmikroskopie stattfinden. Die jüngste Entwicklung der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopiemethoden erlaubt die Beobachtung dieser zellulären Abläufe auf molekularer Ebene: durch das Lokalisieren, Verfolgen und Zählen von Molekülen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung bieten diese neuen Fluoreszenzmethoden bisher unbekannte Einblicke in Proteininteraktionen. Direkte stochastische optische Rekonstruktionsmikroskopie (dSTORM) nutzt die reversiblen, stochastischen Ereignisse von kleinen blinkenden, kommerziell erhältlichen Fluoreszenzfarbstoffen, während die photoaktivierte Lokalisationsmikroskopie (PALM) die Phototransformation fluoreszierenden Proteinen nutzt. Durch das Photoaktivieren lediglich eines kleinen Bruchteils der Fluorophore innerhalb eines Zeitintervalls können einzelne Emitter mit hoher Genauigkeit lokalisiert und ein hochaufgelöstes Bild daraus rekonstruiert werden. Quantum Dot Triexciton Imaging (QDTI) nutzt die Drei-Photonen-Absorption von Quantenpunkten um eine zweifache Auflösungserhöhung mittels eines Konfokalmikroskopes zu erreichen. In dieser Arbeit wurden experimentelle Ansätze zur hochauflösenden Mikroskopie an fixierten und lebenden Zellen implementiert, um die räumliche und zeitliche Dynamik von TNF und anderen zellulären Signalwegen zu untersuchen. Zur Analyse der dreidimensionalen, zellulären Verteilung von biologischen Zielen stellen wir QDTI vor, welches eine einfache Methode zur Verbesserung der Auflösung an Konfokalmikroskopen in Kombination mit optischen Schnitten darstellt. Dies ermöglicht die vorläufige Quantifizierung von markierten Proteinen. Da QDs eine hohe Elektronendichte besitzen kann QDTI auch für korrelative Fluoreszenz- und Transmissionselektronenmikroskopie genutzt werden, was die Vielseitigkeit der QD-Sonden verdeutlicht. Mit Hilfe des single-particle tracking PALM (sptPALM) Konzepts konnten einzelne Rezeptormoleküle verfolgt werden, um die Dynamiken einer TNF-R1-tdEos Chimäre auf der Membran zu beobachten. Die laterale Rezeptordynamik kann hier mit hoher Präzision gemessen, und die Einflüsse auf die TNF-R1-Mobilität konnte nach Ligandenzugabe oder die Störung der Membranzusammensetzung analysiert werden. Die Ergebnisse zeigen eine komplexe Rezeptordynamik und lassen sowohl auf Internalisierungsprozesse in Reaktion auf TNFα-Stimulation, als auch auf eine wichtige Rolle von Membrandomänen mit eingeschränkter Fluidität in der TNF-R1 Kompartimentierung während der Ligandenbindung schließen. Zusätzlich wurde der aktive Transport von NF-kB-tdEos Fusionsproteinen in lebenden Neuronen unter chemischer Stimulierung bzw. Inhibierung untersucht. Im Gegensatz zu phototransformierbaren Proteinen, die keine speziellen Puffer zur Photokonversion oder Photoaktivierung benötigen, war dSTORM bisher für in vivo Anwendungen ungeeignet, da organische Farbstoffe auf die Einführung über Immunfärbung in Kombination mit einem reduktiven, Sauerstoff-freiem Medium für korrektes Photoschalten angewiesen waren. ATTO655 wurde zuvor als geeignet für die Anwendung in lebenden Zellen eingestuft, da das Schaltverhalten durch die reduktive Umgebung des Zytoplasmas katalysiert werden kann. Durch die Einführung von membranpermeablen organischen Farbstoffen über ein chemisches Markierungssystem konnte eine hohe Spezifität und ein geringer Hintergrund erreicht werden. Hier konnte durch die Markierung des Histon H2B Komplexes die Bewegung einzelner Nukleosome in lebenden Zellen über lange Zeiträume mit einer Auflösung von ~20 nm beobachtet werden. Die Umsetzung dieser neuen Ansätze für die Darstellung biologischer Prozesse mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung liefert neue Einblicke in die Dynamiken und die räumliche Heterogenität von Proteinen und enthüllt Funktionen im Organismus und beleuchtet Eigenschaften, die sonst nur in vitro nachweisbar wären.
KW  - Fluoreszenzmikrosopie
KW  - Tumor-Nekrose-Faktor <alpha>
KW  - Hochauflösendes Verfahren
KW  - sptPALM
KW  - dSTORM
KW  - PALM
KW  - QDTI
KW  - TNF-R1
KW  - TNF-R2
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-73191
ER  - 
TY  - THES
A1  - Englberger, Eva
T1  - Gene regulation in hearts of Hey-mutant mouse embryos and monitoring of sub-cellular Hey1 distribution
T1  - Genregulation in Herzen Hey-mutierter Mausembryonen und Darstellung der sub-zellulären Verteilung von Hey1
N2  - Hey-mutant mouse hearts at embryonic day E14.5 were shown to react to the knock out of Hey2 with several up-regualted genes. This up-regulation is due to the lack of Hey2 and cannot be explained by the structural changes in heart morphology as shown using control animals. Part of the gene regulation was further validated using in situ hybridization. Hey1 was located to the nucleus in immunofluorescence experiments. However, experiments on protein level showed also amount of Hey1 within the cytoplasm. The nuclear localization of Hey1 was unchanged during all cell cycle phases as well as when CaMKII was co-expressed or other cellular pathways were inhibited or stimulated. Hey1 does not seem to interact with the nuclear transport proteins importin-alpha and -beta, therefore it still needs to be elucidated how Hey1 is transported into the nucleus.
N2  - Am Embryonaltag 14,5 zeigten Herzproben von Hey2-KO-Mäusen eine deutliche Hochregulation mehrerer Gene, die auf das Fehlen von Hey2 zurückzuführen ist, da Kontroll-Tiere gezeigt haben, dass die morphologischen Veränderungen in der Herzstruktur keinen Einfluss auf die Genregulation haben. Vereinzelt wurden die regulierten Gene noch mittels in situ Hybridisierung weiter verdeutlicht. In Immunfloureszenzexperimenten wurde Hey1 im Zellkern lokalisiert. Auf Proteinebene zeigte sich allerdings auch ein Vorhandensein von Hey1 im Cytoplasma der Zellen. Die Kernlokalisaiton von Hey1 veränderte sich während des gesamten Zellzykluses nicht und wurde auch nicht durch die Co-Expression von CaMKII beeinflusst oder die Inhibition oder Stimulation anderer Signalwege in der Zelle. Hey1 scheint nicht mit den Kerntransportproteinen Importin-alpha und -beta zu interagieren, so dass weiterhin nach einem Kernimport-System für Hey1 gesucht werden muss.
KW  - Maus
KW  - Herz
KW  - Embryonalentwicklung
KW  - Genregulation
KW  - Herzentwicklung
KW  - Kerntransport
KW  - Hey
KW  - heart development
KW  - nuclear transport
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-73395
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TY  - THES
A1  - Schlegelmilch, Katrin
T1  - Molecular function of WISP1/CCN4 in the musculoskeletal system with special reference to apoptosis and cell survival
T1  - Funktionsüberprüfung von WISP1/CCN4 im mukuloskelettalen System mit besonderem Augenmerk auf Apoptose und das Überleben der Zellen
N2  - Human adult cartilage is an aneural and avascular type of connective tissue, which consequently reflects reduced growth and repair rates. The main cell type of cartilage are chondrocytes, previously derived from human mesenchymal stem cells (hMSCs). They are responsible for the production and maintainance of the cartilaginous extracellular matrix (ECM), which consists mainly of collagen and proteoglycans. Signal transmission to or from chondrocytes, generally occurs via interaction with signalling factors connected to the cartilaginous ECM. In this context, proteins of the CCN family were identified as important matricellular and multifunctional regulators with high significance during skeletal development and fracture repair. In this thesis, main focus lies on WISP1/CCN4, which is known as a general survival factor in a variety of cell types and seems to be crucial during lineage progression of hMSCs into chondrocytes. We intend to counter the lack of knowledge about the general importance of WISP1-signalling within the musculoskeletal system and especially regarding cell death and survival by a variety of molecular and cell biology methods. First, we established a successful down-regulation of endogenous WISP1 transcripts within different cell types of the human musculoskeletal system through gene-silencing. Interestingly, WISP1 seems to be crucial to the survival of all examined cell lines and primary hMSCs, since a loss of WISP1 resulted in cell death. Bioinformatical analyses of subsequent performed microarrays (WISP1 down-regulated vs. control samples) confirmed this observation in primary hMSCs and the chondrocyte cell line Tc28a2. Distinct clusters of regulated genes, closely related to apoptosis induction, could be identified. In this context, TRAIL induced apoptosis as well as p53 mediated cell death seem to play a crucial role during the absence of WISP1 in hMSCs. By contrast, microarray analysis of WISP1 down-regulated chondrocytes indicated rather apoptosis induction via MAPK-signalling. Despite apoptosis relevant gene regulations, microarray analyses also identified clusters of differentially expressed genes of other important cellular activities, e.g. a huge cluster of interferon-inducible genes in hMSCs or gene regulations affecting cartilage homeostasis in chondrocytes. Results of this thesis emphasize the importance of regulatory mechanisms that influence cell survival of primary hMSCs and chondrocytes in the enforced absence of WISP1. Moreover, findings intensified the assumed importance for WISP1-signalling in cartilage homeostasis. Thus, this thesis generated an essential fundament for further examinations to investigate the role of WISP1-signalling in cartilage homeostasis and cell death.
N2  - Humaner adulter Knorpel besitzt weder Blutgefäße noch Nerven, weswegen diese Knorpelart im Vergleich zu anderen Gewebetypen ein verringertes Wachstum und Regenerierung wiederspiegelt. Den Hauptteil der Zellen im adulten Knorpel stellen die Chondrozyten (Knorpelzellen)dar, welche sich zuvor aus humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs) entwickelt haben. Sie sind verantwortlich für die Bildung und Aufrechterhaltung der extrazellulären Matrix (ECM) des Knorpelgewebes, welche hauptsächlich aus Kollagen und Proteoglykanen besteht. Signale, die durch Chondrozyten erzeugt oder weitergeleitet werden, finden in der Regel durch Interaktion mit Molekülen der im Knorpel liegenden ECM statt. Mitglieder der CCN-Familie gelten hierbei als bedeutende extrazelluläre Matrixproteine, die bei verschiedenen regulatorischen Prozessen während der Skelettentwicklung und der Frakturheilung eine Rolle spielen. In dieser Doktorarbeit liegt das Hauptaugenmerk auf dem CCN Protein WISP1/CCN4. Dieses Protein gilt bereits in verschiedenen Zellen als ein notwendiger Überlebensfaktor und scheint desWeiteren eine regulatorische Funktion während der Differenzierung von hMSCs in Chondrozyten auszuüben. Die generelle Bedeutung von WISP1 für das muskuloskelettale System ist bislang jedoch weitgehend ungeklärt und soll während dieser Doktorarbeit mittels einer Reihe von molekular- und zellbiologischer Methoden genauer untersucht werden. Hierfür wurde zu Beginn eine erfolgreiche Herunterregulierung endogen hergestellter WISP1 Transkripte mittels Genexpressionshemmung (gene-silencing) in verschiedenen muskuloskelettalen Zellen erzielt. Interessanterweise scheint WISP1 eine bedeutende Rolle für das Überleben dieser Zellen zu spielen, da ein Verlust bei allen untersuchten Zelllinien und primären hMSCs zum Zelltod führte. Um zu Grunde liegende Mechanismen genauer zu untersuchen, wurden daraufhin Microarray Analysen von hMSCs und Tc28a2 Chondrocyten durchgeführt (jeweils WISP1 herunterreguliert vs Kontrollzellen). In diesem Zusammenhang identifizierten bioinformatische Analysen differentielle Expressionen verschiedener apoptoseresponsiver Gene. So scheint eine Apoptoseinduktion über TRAIL und/oder p53 in hMSCs stattzufinden, wohingegen eine starke Regulation des MAPK-Signalweges in Chondrozyten detektiert wurde. Neben diesen Genregulationen, deckten die Analysen ebenso Gengruppen auf, die bei anderen wichtigen zellulären Abläufen eine Rolle spielen. Hier sind in WISP1 herunterregulierten hMSCs u.a. viele differenziell exprimierte Gene zu nennen, die durch Interferone induzierbar sind. In Chondrozyten dagegen scheint eine verringerte WISP1 Expression Genexpressionen zu beeinflussen, welche die Knorpelhomeostase regulieren. Die Ergebnisse, die während dieser Doktorarbeit erzielt wurden, verdeutlichen die Wichtigkeit von WISP1 für das Überleben von primären hMSCs und Chondrozyten. Darüberhinaus verstärken die bioinformatischen Analysen die Annahme, das WISP1 regulatorische Funktionen für die Knorpelhomeostase ausübt. Somit bietet diese Doktorarbeit ein essentielles Fundament, um die Rolle von WISP1 bei der Aufrechterhaltung der Knorpelhomeostase und des Zelltodes weiter zu erforschen.
KW  - Knorpelzelle
KW  - Extrazelluläre Matrix
KW  - Zelldifferenzierung
KW  - Apoptosis
KW  - WISP1/CCN4
KW  - mesenchymale Stammzellen
KW  - Apoptose
KW  - WISP1/CCN4
KW  - mesenchymal stem cells
KW  - apoptosis
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-73430
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TY  - THES
A1  - Mihlan, Sabrina [geb. Jasper]
T1  - Identifikation von Zonula Occludens 2 (ZO-2) als neuen LASP-1 Interaktionspartner und Aufklärung der LASP-1/ZO-2 Kern-Zytosol Translokation
T1  - Identification of zonula occludens 2 (ZO-2) as a new LASP-1binding partner and the elucidation of LASP-1/ZO-2 nucleo-cytoplasmatic shuttling
N2  - LASP-1 (LIM und SH3 Domänen Protein) ist ein in Zellen ubiquitär vorkommendes Protein, welches in verschiedenen Tumorgeweben eine pathophysiologische Überexpression aufweist. Das Protein besitzt eine LIM Domäne, zwei Aktinbindungsregionen sowie eine SH3 Domäne und bindet einerseits an dynamischen Aktinstrukturen wie den fokalen Kontakten, Lamellopodien und Membranfortsätzen, kann andererseits aber auch in den Zellkern translokalisieren. Für Aktinstrukturen wirkt LASP-1 als Gerüstprotein und ist wichtig für die Migration und Proliferation der Zellen. Die Funktion von LASP-1 im Zellkern ist noch nicht bekannt, da aber in Tumorzellen eine erhöhte nukleare Akkumulation von LASP-1 beobachtet werden konnte, deren Intensität mit der Tumorgröße sowie dem Langzeitüberleben der Patientinnen korreliert, ist LASP-1, zusätzlich zu seiner Funktion als Strukturprotein, vermutlich auch ein Transkriptionsfaktor oder ein transkriptioneller Kofaktor. Eine Herunterregulation von LASP-1 in verschiedenen Tumorentitäten führt zur Inhibition der Proliferation und Migration. In dieser Arbeit konnte der bisher unbekannte Zellkernimport und -export von LASP-1 aufgeklärt werden. Maßgeblich daran beteiligt ist ein durch Pulldown Experimente neu identifizierter LASP-1 Bindungspartner: das Zonula Occludens 2 Protein (ZO-2). Mittels Immunpräzipitationen und Immunfluoreszenzen wurde diese Interaktion bestätigt. Nach Phosphorylierung von LASP-1 an Ser-146 durch Aktivierung der cAMP-abhängigen Proteinkinase (PKA) kommt es zu einer partiellen Ablösung des LASP-1/ZO-2 Komplexes aus den fokalen Kontakten hin zu einer vermehrten Kernlokalisation beider Proteine. Dies lässt sich durch Kern/Zytosol Trennungen belegen. Dabei ist die Bindung von LASP-1 an ZO-2 essentiell für die Translokation in den Zellkern, da bei einem ZO-2 Knockdown auch nach PKA Aktivierung LASP-1 zytosolisch lokalisiert bleibt. Wie Mutationsanalysen zeigen, findet die Interaktion zwischen der C-terminalen SH3 Domäne im LASP-1 und der Prolin-reichen SH3-Bindungssequenz im Bereich der Aminosäuren 1103-1121 am C-Terminus im ZO-2 statt. Die Translokation des Komplexes in den Kern erfolgt dabei über das Kernlokalisationssignal im ZO-2, da die LASP-1 Sequenz selbst keine nukleare Importsequenz aufweist. Im Zellkern konnte die direkte Interaktion von LASP-1 und ZO-2 mittels Duolink® Proximity Ligation Assay sichtbar gemacht werden. Der Export der Proteine erfolgt über das Protein CRM1. Eine Inhibition der Kernexportmaschinerie mit Leptomycin B erhöht die Konzentration beider Proteine im Zellkern. Das nukleare Exportsignal (NES) im LASP-1 konnte durch Punktmutationen N-terminal der Leucin-reichen Aminosäuresequenz 70-77 zugeordnet werden (NLRLKQQS). Im letzten Schritt dieses Zyklus erfolgt die Relokalisation von LASP-1 zurück an die Zellmembranstrukturen. Der neu gefundene Signalweg dient wahrscheinlich zur Weiterleitung von externen Stimuli in den Kern und zur Genregulation - mit LASP-1 als Transkriptionsfaktor oder transkriptionellen Kofaktor.
N2  - LASP-1 (LIM and SH3 protein) is ubiquitously expressed at basal levels, but was found to be pathophysiologically overexpressed in several cancer entities. LASP-1 exhibits one LIM domain, two actin binding domains and one SH3 domain. On the one hand, LASP-1 is predominantly localized at focal contacts, lamellopodia and membrane ruffles, on the other hand a nuclear localization is observed. LASP-1 works as actin-binding scaffolding protein and is essential for migration and proliferation. Silencing of LASP-1 by RNA- interference in various cancer cell lines results in a strong inhibition of proliferation and migration. However, in tumor cells, an additional striking nuclear localization of the protein was observed, which significantly correlates with tumor size and a poor long term survival of the patients. Therefore, LASP-1 might act additionally as transcription factor or transcriptional co-factor In this work, a novel LASP-1 binding partner, zonula occludens protein 2 (ZO-2), was identified and its role in the signal transduction pathway of LASP-1 nucleo-cytoplasmic shuttling was established. Upon LASP-1 phosphorylation at Ser-146 by activated cAMP-dependent protein kinase A (PKA), LASP-1 binding to Zyxin and F-actin decreases and the protein detaches, in complex with ZO-2, from the plasma membrane and translocates into the nucleus. These results were confirmed by nuclear and cytosolic separation assays. Pull-down assays with mutants revealed that ZO-2 binds with its proline-rich sequence (amino acids 1103-1121) to the SH3 domain in LASP-1. LASP-1 exhibits no nuclear localization signal and requires ZO-2 to shuttle into the nucleus. In situ proximity ligation assay confirmed the direct binding between LASP-1 and ZO-2 and visualized the shuttling. Inhibition of the nuclear export system by Leptomycin B results in an accumulation of both proteins in nuclei. Nuclear export is regulated by the newly identified nuclear export signal in LASP-1 (amino acids 70-77) and mediated by CRM1. Finally LASP-1 relocalizes to focal contacts. This new identified pathway serves presumably as a signal transductor from the focal contacts to the nucleus for gene regulation.
KW  - Tumorzelle
KW  - Skleroproteine
KW  - Transkriptionsfaktor
KW  - Überexpression
KW  - Zellkern
KW  - Kern-Zytosoltranslokation
KW  - ZO-2
KW  - Phosphorylierung
KW  - LASP-1
KW  - nuclear cytosolic translocation
KW  - ZO-2
KW  - phosphorylation
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-73442
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TY  - THES
A1  - Kistenpfennig, Christa
T1  - Rhodopsin 7 and Cryptochrome - circadian photoreception in Drosophila
T1  - Rhodopsin 7 und Cryptochrome - circadiane Photorezeption in Drosophila
N2  - Many organisms evolved an endogenous clock to adapt to the daily environmental changes caused by the earth’s rotation. Light is the primary time cue (“Zeitgeber”) for entrainment of circadian clocks to the external 24-h day. In Drosophila, several visual pigments are known to mediate synchronization to light: The blue-light photopigment Cryptochrome (CRY) and six well-described rhodopsins (Rh1-Rh6). CRY is present in the majority of clock neurons as well as in the compound eyes, whereas the location of rhodopsins is restricted to the photoreceptive organs – the compound eyes, the ocelli and the HB-eyelets. CRY is thought to represent the key photoreceptor of Drosophila’s circadian clock. Nevertheless, mutant flies lacking CRY (cry01) are able to synchronize their locomotor activity rhythms to light-dark (LD) cycles, but need significantly longer than wild-type flies. In this behavior, cry01 mutants strongly resemble mammalian species that do not possess any internal photoreceptors and perceive light information exclusively through their photoreceptive organs (eyes). Thus, a mammalian-like phase-shifting behavior would be expected in cry01 flies. We investigated this issue by monitoring a phase response curve (PRC) of cry01 and wild-type flies to 1-h light pulses of 1000 lux irradiance. Indeed, cry01 mutants produced a mammalian-similar so called type 1 PRC of comparatively low amplitude (< 25% of wild-type) with phase delays to light pulses during the early subjective night and phase advances to light pulses during the late subjective night (~1 h each). Despite the predominant role of CRY, the visual system contributes to the light sensitivity of the fly’s circadian clock, mainly around dawn and dusk. Furthermore, this phase shifting allows for the slow re-entrainment which we observed in cry01 mutants to 8-h phase delays of the LD 12 h:12 h cycle. However, cry01 also showed surprising differences in their shifting ability: First of all, their PRC was characterized by a second dead zone in the middle of the subjective night (ZT17-ZT19) in addition to the usual unresponsiveness during the subjective day. Second, in contrast to wild-type flies, cry01 mutants did not increase their shift of activity rhythms neither in response to longer stimuli nor to light pulses of higher irradiance. In contrast, both 6-h light pulses of 1000 lux and 1-h light pulses of 10,000 lux light intensity during the early subjective night even resulted in phase advances instead of the expected delays. Thus, CRY seems to be not only responsible for the high light sensitivity of the wild-type circadian clock, but is apparently also involved in integrating and processing light information. Rhodopsin 7 (Rh7) is a yet uncharacterized protein, but became a good photoreceptor candidate due to sequence similarities to the six known Drosophila Rhs. The second part of this thesis investigated the expression pattern of Rh7 and its possible functions, especially in circadian photoreception. Furthermore, we were interested in a potential interaction with CRY and thus, tested cry01 and rh70 cry01 mutants as well. Rh1 is the main visual pigment of the Drosophila compound eye and expressed in six out of eight photoreceptors cells (R1-R6) in each of the ~800 ommatidia. Motion vision depends exclusively on Rh1 function but, moreover, Rh1 plays an important structural role and assures proper photoreceptor cell development and maintenance. In order to investigate its possible photoreceptive function, we expressed Rh7 in place of Rh1. Rh7 was indeed able to overtake the role of Rh1 in both aspects: It prevented retinal degeneration and mediated the optomotor response (OR), a motion vision-dependent behavior. At the transcriptional level, rh7 is expressed at approximately equal amounts in adult fly brains and retinas. Due to a reduced specificity of anti-Rh7 antibodies, we could not verify this result at the protein level. However, analysis of rh7 null mutants (rh70) suggested different Rh7 functions in vivo. Previous experiments strongly indicated an increased sensitivity of the compound eyes in the absence of Rh7 and suggested impaired light adaptation. We aimed to test this hypothesis at the levels of circadian photoreception. Locomotor activity rhythms are a reliable output of the circadian clock. Rh70 mutant flies generally displayed a wild-type similar bimodal activity pattern comprising morning (M) and evening (E) activity bouts. Activity monitoring supported the proposed “shielding” function, since rh70 mutants behaved like wild-type flies experiencing high irradiances. Under all investigated conditions, their activity peaks lay further apart resulting in a prolonged midday break. The behavior of cry01 mutants was mainly characterized by an unexpectedly high flexibility in the timing of M and E activity bouts which allowed tracking of lights-on and lights-off even under extreme photoperiods. Activity profiles of the corresponding rh70 cry01 double mutants reflected neither synergistic nor antagonistic effects of Rh7 and CRY and were dominated by a broad E activity peak. In the future, the different circadian phenotypes will be further investigated on the molecular level by analysis of clock protein cycling in the underlying pacemaker neurons. The work of this thesis confirmed that Rh7 is indeed able to work as a photoreceptor and to initiate the classical phototransduction cascade. On the other hand, it provided further evidence at the levels of circadian photoreception that Rh7 might serve as a shielding pigment for Rh1 in vivo, thereby mediating proper light adaptation.
N2  - Viele Lebewesen haben eine endogene (circadiane) Uhr entwickelt, um sich an die im 24-Stunden-Rhythmus variierenden Umweltbedingungen anzupassen, die auf der Erdrotation beruhen. Zur Synchronisation auf den externen 24-Stunden-Tag nutzen circadiane Uhren in erster Linie Licht als Zeitgeber. An dieser Lichtsynchronisation sind bei Drosophila nachweislich eine Reihe von Sehpigmenten, der Blaulicht Photorezeptor Cryptochrom (CRY) sowie sechs bekannte Rhodopsine (Rh1-Rh6), beteiligt. CRY ist sowohl in der Mehrheit der Uhrneuronen als auch in den Komplexaugen zu finden. Die Lokalisation der Rhodopsine ist im Gegensatz dazu auf die Photorezeptoren – die Komplexaugen, die Ocellen und die HB-Äuglein – beschränkt. CRY gilt als der entscheidende Photorezeptor in der circadianen Uhr von Drosophila. Zwar können Mutanten, die kein CRY besitzen (cry01), ihre Laufaktivitätsrhythmen durch Licht-Dunkel-Zyklen synchronisieren, jedoch brauchen sie dafür mehrere Tage und damit erheblich länger als wildtypische Fliegen. In diesem Verhalten ähneln cry01-Mutanten den Säugetieren, die nicht über interne Photorezeptoren verfügen und Licht somit ausschließlich über ihre Lichtsinnesorgane (Augen) wahrnehmen. Demnach wären bei cry01-Fliegen säugetierähnliche Phasenverschiebungen des Laufaktivitäts-rhythmus auf Lichtpulse zu erwarten. Um diesen Sachverhalt zu untersuchen, wurde sowohl für cry01-Mutanten als auch für Wildtyp-Fliegen eine Phasenresponsekurve (PRC) aufgezeichnet, wobei einstündige Lichtpulse mit einer Intensität von 1000 lux als Stimulus dienten. Wir erhielten für die cry01-Mutanten tatsächlich eine säugetierähnliche PRC, welche auch als so genannte Typ 1 PRC bezeichnet wird und sich durch eine im Vergleich zum Wildtyp verringerte Amplitude (< 25%) auszeichnete. Die dabei beobachteten maximalen Phasenverschiebungen betrugen ungefähr eine Stunde. Dies galt sowohl für Lichtpulse, die in der ersten Hälfte der subjektiven Nacht gegeben wurden und die Laufaktivität verzögerten (nach hinten verschoben), als auch für Lichtpulse, die in der zweiten Hälfte der subjektiven Nacht gegeben wurden und die Laufaktivität beschleunigten (nach vorne verschoben). Die für cry01-Mutanten ermittelten Reaktionen auf einstündige Lichtpulse erklären die langsame Resynchronisation der Mutanten auf Phasenverschiebungen des Licht-Dunkel-Zyklus (LD-Zyklus). Allerdings zeigte die PRC von cry01-Mutanten auch überraschende Besonderheiten, die bisher für kein Tier berichtet wurden. Üblicherweise hat eine PRC eine so genannte „Tot-Zone“ am subjektiven Tag, d. h. die Tiere reagieren nicht auf Lichtreize, die während des subjektiven Tages verabreicht werden. Die PRC der cry01-Mutanten zeichnete sich durch eine zweite solche Tot-Zone in der Mitte der subjektiven Nacht (ZT17-ZT19) aus. Außerdem konnten die Phasenverschiebungen in cry01-Mutanten weder durch eine Verlängerung noch durch eine Verstärkung des Reizes gesteigert werden. Dies steht im Gegensatz zu wildtypischen Fliegen und anderen Tieren, deren PRC dosisabhängig ist. Bei cry01-Mutanten riefen dagegen sowohl sechsstündige Lichtpulse der zuvor verwendeten Intensität (1000 lux) als auch einstündige Lichtpulse hoher Intensität (10.000 lux) sogar gegenteilige Effekte auf die Phasenverschiebung hervor. Die cry01-Mutanten reagierten auf den Stimulus, der jeweils in der ersten Nachthälfte einsetzte, unter beiden Bedingungen mit einer Vorverschiebung ihres Aktivitätsrhythmus anstatt mit der eigentlich erwarteten Verzögerung. Obwohl CRY sicher die wichtigste Rolle einnimmt, trägt auch das visuelle System zur Lichtsensitivität und Synchronisation der inneren Uhr der Fliege bei. Dies ist vor allem morgens und abends in der Dämmerung der Fall. Cry01-Mutanten reagierten auf Lichtpulse, die morgens oder abends gegeben wurden, mit den oben beschriebenen einstündigen Phasenverschiebungen. Dies reicht aus, um die Aktivität der Fliegen auf einen Licht-Dunkel-Zyklus zu synchronisieren. Rhodopsin 7 (Rh7) ist ein noch nahezu unbeschriebenes Protein, das Ähnlichkeiten in seiner Aminosäuresequenz zu den bereits bekannten Drosophila-Rhodopsinen besitzt und daher als potentieller neuer Photorezeptor betrachtet wird. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit dem Expressionsmuster sowie den möglichen Funktionen von Rh7, insbesondere in der circadianen Photorezeption. Darüber hinaus wurden rh70 cry01-Doppelmutanten getestet, um eine eventuelle Interaktion zwischen Rh7 und CRY zu untersuchen. Rh1, das in jeweils sechs von acht Photorezeptorzellen (R1-R6) der insgesamt rund 800 Ommatidien exprimiert wird, stellt das häufigste Photopigment im Komplexauge von Drosophila dar. Zum einen vermittelt Rh1 die Wahrnehmung von Bewegungen, zum anderen besitzt es wichtige strukturelle Aufgaben, da es sowohl eine normale Entwicklung der Photorezeptorzellen als auch deren Erhaltung gewährleistet. Um eine mögliche Beteiligung in der Lichtwahrnehmung zu untersuchen, wurde Rh7 anstelle von Rh1 exprimiert. Rh7 konnte in der Tat Rh1 unter beiden Aspekten ersetzen. Seine Expression verhinderte nicht nur die Degeneration der Retina, sondern ermöglichte zudem optomotorische Reaktionen, die auf einem intakten Bewegungssehen beruhen. In adulten Fliegen wird Rh7 auf Ebene der Transkription in vergleichbaren Mengen im Gehirn und in der Retina exprimiert. Aufgrund der geringen Spezifität der anti-Rh7 Antikörper konnte dieses Ergebnis leider nicht auf Proteinebene bestätigt werden. Die Untersuchung von rh7-Knockout-Mutanten (rh70) befürwortete jedoch eine alternative Funktion von Rh7 in vivo. In vorangegangenen Versuchen führte der Verlust von Rh7 zu einer gesteigerten Sensitivität der Komplexaugen, was wahrscheinlich auf einer verminderten Lichtadaptation beruhte. Wir versuchten diese Hypothese auf Ebene der circadianen Photorezeption zu überprüfen und zeichneten dazu die Laufaktivität der Fliegen auf, da ihr Aktivitätsrhythmus einen verlässlichen Output der circadianen Uhr darstellt. Grundsätzlich wiesen die rh70-Mutanten das für Wildtyp-Fliegen typische bimodale Aktivitätsmuster auf, das sich durch zwei Aktivitätsmaxima auszeichnet, die entsprechend ihrer Lage als Morgen- beziehungsweise Abendaktivitätsgipfel bezeichnet werden. Dabei wurde beobachtet, dass sich rh70-Mutanten wie Wildtyp-Fliegen verhalten, die hohen Lichtintensitäten ausgesetzt sind. So zeigte deren Aktivitätsrhythmus unter allen Versuchsbedingungen eine verlängerte Mittagspause, die durch einen großen Abstand zwischen den beiden Aktivitätsmaxima hervorgerufen wurde. Durch diese Versuche wurde die Hypothese, dass Rh7 als eine Art Schirmpigment wirken könnte, auf Verhaltensebene bestätigt. Das Verhalten der cry01-Fliegen zeichnete sich im Wesentlichen durch eine unerwartet hohe Flexibilität der beiden Aktivitätsmaxima aus. Diese konnten auch unter extremen Photoperioden an die Übergänge von Licht und Dunkelheit gekoppelt werden. Der Aktivitätsrhythmus der entsprechenden rh70 cry01-Doppelmutanten wurde durch eine ausgeprägte Abendaktivität bestimmt und erlaubte es nicht, Rückschlüsse auf eine synergistische oder antagonistische Wirkung von Rh7 und CRY zu ziehen. Zukünftige Versuche könnten die verschiedenen circadianen Phänotypen auf molekularer Ebene charakterisieren, z. B. durch Untersuchung der Oszillationen der Uhrproteine in den verantwortlichen Schrittmacher-Neuronen. Zum einen konnten die Versuche dieser Arbeit bestätigen, dass Rh7 in der Tat über die klassische Phototransduktionskaskade als Photorezeptor wirken kann. Darüber hinaus wurden auf Ebene der circadianen Photorezeption weitere Anzeichen für eine alternative in vivo Funktion von Rh7 gesammelt. Diese sprechen für eine Rolle von Rh7 als Schirmpigment für Rh1, wodurch Rh7 an der einwandfreien Lichtadaptation beteiligt wäre.
KW  - Circadiane Rhythmik
KW  - Drosophila
KW  - Photorezeption
KW  - Circadian Rhythms
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72209
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hancock, Christine [geb. Herbst]
T1  - Influence of land use on Plantago lanceolata L. and its higher trophic levels at different spatial scales and in three geographic regions
T1  - Einfluß von Landnutzung auf Plantago lanceolata L. und seine höheren trophischen Ebenen auf unterschiedlichen räumlichen Skalen und in drei geographischen Regionen.
N2  - Heutzutage prägen landwirtschaftlich genutzte Flächen einen großen Teil der deutschen Landschaft. Die Umwandlung von natürlichen Lebensräumen zu bewirtschaftetem Grünland beeinflusst grundlegend die Vielfalt von Pflanzen und Tieren. Zwar erhöht die intensive Nutzung dieser Flächen die Produktivität der Pflanzen oder die Biomasse als Viehfutter auf den Wiesen. Wie diese Einflüsse auf die Artenvielfalt, Ökosysteme und trophische Interaktionen, im Laufe der Jahre wirken ist jedoch immer noch nicht vollständig verstanden. Um die Funktionen der Biodiversität in einer landwirtschaftlich genutzten Fläche zu verstehen konzentrierte sich meine Arbeit auf den Einfluss der Landnutzung (Düngung, Beweidung und Mahd) auf ein Herbivor-Parasitoid-System von Plantago lanceolata. Der Spitzwegerich ist ein generalistisches Kraut mit kosmopolitischem Vorkommen. Er kann in einem sehr breiten Spektrum von Bodenverhältnissen (sowohl in nassen und auch in trockenen Lebensräumen) vorkommen und ist daher ein ideales Modellsystem zur Untersuchung tritrophischer Systeme in einem Landnutzungs-intensitätsgradienten. Die Rüsselkäfer Mecinus labilis und M. pascuorum ernähren sich von P. lanceolata und legen dort ihre Eier ab. Mesopolobus incultus ist ein generalistisch lebender Parasitoid, der verschiedenen Insektenordnungen parasitiert. Die einzigen Wirte auf P. lanceolata sind jedoch die beiden erwähnten Rüsselkäferarten. Das Ziel meiner Studie war es, den Einfluss der Landnutzung auf ein tritrophisches System und seiner umgebenden Vegetation (Struktur, Dichte und Artenreichtum) auf unterschiedlichen räumlichen Skalen wie Subplot, Plot und Landschaftebene in drei verschiedenen Regionen (Nord-, Mittel- und Süddeutschland) zu untersuchen. Ich untersuchte den Einfluss der Nutzungsintensität nicht nur korrelativ, sondern auch experimentell. Zusätzlich zielte ich darauf ab, aufzuzeigen wie die Vegetationszusammensetzung die Metabolite der Wirtspflanze verändert und ob diese Veränderungen Auswirkungen auf höhere trophische Ebenen im Feld haben.
N2  - Nowadays, agriculturally used areas form a major part of the German landscape. The conversion from natural habitats to agriculturally used grasslands fundamentally influences the diversity of plants and animals. Intensive use of these areas increases indeed the productivity of crop or biomass on meadows as food source for cattle. How these influences affect biodiversity, ecosystems and trophic interactions over years is still not understood completely. To understand biodiversity functions in an agriculturally used area my study focused on the influence of land use (fertilization, grazing and mowing) on a herbivore-parasitoid system of Plantago lanceolata. The ribwort plantain is a generalist herb of cosmopolitan distribution. It can grow in a very broad range of ground conditions (both in wet and dry habitats), which makes P. lanceolata an ideal model system for investigating tritrophic interactions in a gradient of land use intensity. The weevils Mecinus labilis and M. pascuorum feed and oviposit on P. lanceolata. Mesopolobus incultus is a generalist parasitoid that parasitizes different insect orders. However its only hosts on P. lanceolata are the two weevil species mentioned before. The intention of my study was to investigate the influence of land use on a tritrophic system and its surrounding vegetation (structure, density and species richness) at different spatial scales like subplot, plot and landscape level in three different regions (north, middle and south of Germany). I studied the influence of land use intensity not only correlative but also experimentally. Additionally I aimed to reveal how vegetation composition changes host plant metabolites and whether these changes impact higher trophic levels in the field.
KW  - Landnutzung
KW  - Spitzwegerich
KW  - Rüsselkäfer
KW  - Parasit
KW  - Herbivor-Parasitoid Interaktion
KW  - Landschaft
KW  - Land use
KW  - ribwort plantain
KW  - herbivore-parasitoid interaction
KW  - landscape
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-73877
ER  - 
TY  - THES
A1  - Oberländer, Uwe
T1  - Untersuchung der immunstimulatorischen Effekte von Neuromelanin (NM) auf dendritische Zellen und deren Bedeutung in der Pathogenese von Morbus Parkinson
T1  - Investigation of immunostimulatory effects of Neuromelanin on dendritic cells and relevance for Parkinsons disease
N2  - Hintergrund: Das Absterben Neuromelanin (NM)-haltiger Zellen in der substantia nigra (SN), und die daraus resultierende Erniedrigung des Dopaminspiegels im striatum, ist ein pathologisches Hauptmerkmal der Parkinsonschen Krankheit. Ein neuerlicher Nachweis von Anti-Melanin-Antikörpern gibt Anlass zur Vermutung, dass NM ein Autoantigen sein könnte. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass NM tatsächlich von dendritischen Zellen (DZ), die in vivo hauptverantwortlich für die Auslösung von T- und B-Zellantworten sind, erkannt wird. Die Erkennung von NM durch DZ ist eine unabdingbare Voraussetzung für die Einleitung einer adaptiven Immunantwort. Methoden: Murine dendritische Zellen (mDZ) wurden aus Knochenmarkszellen generiert und mit NM aus humaner SN oder synthetischem Dopaminmelanin (DAM) behandelt, nachdem beide Melanine endotoxinfrei getestet wurden. Die Phagozytose von NM wurde mittels konfokaler Mikroskopie dokumentiert. Die Expression von MHC II und CD86 wurde mittels Durchflusszytometrie (FACS) analysiert. Zytokinkonzentrationen von TNF- und dem Interleukin IL-6 wurden mit ELISA-Assays bestimmt. Abschließend wurde die Funktion der durch NM aktivierten DZ mit einer allogenen mixed lymphocyte reaction (MLR) überprüft. Ergebnisse: NM wurde von den mDZ effektiv phagozytiert, woraufhin die mDZ einen reifen Phenotyp (CD86high/MHC IIhigh) zeigten. Zusätzlich sekretierten durch NM aktivierte mDZ die Zytokine IL-6 and TNF-. Schließlich ließen die mDZ T-Zellen in einer MLR proliferieren, und beweisen so ihre Funktionalität und die Fähigkeit eine primäre T-Zellantwort auszulösen. Im Gegenteil dazu konnte DAM, dem die Protein- und Lipidkomponenten von NM fehlen und nur das Melaninrückrat mit NM gemeinsam hat, nur einen kleinen Effekt bei den mDZ hervorrufen. Diskussion: NM wird von DZ in vitro erkannt und bewirkt deren Reifung. Sollte der Vorgang auch in vivo stattfinden, besteht die Möglichkeit, dass SN-Antigene dem adaptiven Immunsystem präsentiert werden, was in einzelnen Fällen zur Einleitung einer adaptiven Immunantwort führen könnte. NM könnte also der Auslöser für einen autoimmunen Pathomechanismus in der parkinsonschen Krankheit sein.
N2  - Background: The degeneration of neuromelanin (NM)-containing dopaminergic cells in the substantia nigra (SN) and a resulting reduction in striatal dopamine is a key feature in Parkinsons´s Disease (PD). Increased anti-melanin antibodies in sera of Parkinson patients had been shown recently, suggesting that NM may act as an autoantigen in PD. In this work it was asserted that NM is being recognized by dendritic cells (DCs), the major cell type for inducing T- and B-cell responses in vivo. This recognition of NM by DCs is a prerequisite to trigger an autoimmune response directed against NM-associated structures. Methods: Murine dendritic cells (mDC), generated from bone marrow, were treated with NM of SN from human subjects or with synthetic dopamine melanin (DAM) after both melanins were tested free of endotoxin contamination. Phagocytosis was documented with confocal microscopy. The expression of MHC II and CD86 was analyzed by flow cytometry. Concentrations of inflammatory cytokines TNF- and interleukin IL-6 were determined by ELISA. Finally the function of activated mDCs was tested by allogeneic mixed lymphocyte reaction (MLR). Results: NM was phagocytized effectively by mDCs, which subsequently developed a mature phenotype (CD86high/MHC IIhigh). In addition, NM-activated mDCs secreted the proinflammatory cytokines IL-6 and TNF-. Finally, they potently triggered T cell proliferation in a mixed lymphocyte reaction, showing that mDC activation was functional to induce a primary T cell response. On the contrary, DAM, which lacks the protein and lipid components of NM but mimics the dopamine-melanin backbone of NM, had only very little effect on mDC phenotype and function. Discussion: NM is recognized by DCs in vitro and triggers their maturation. If this process occurs in vivo, it would allow DCs to transport and present SN antigens to the adaptive immune system, thus leading to autoimmmunity in susceptible individuals. This finding offers a rationale for an autoimmune-based pathomechanism of PD with NM as the initial trigger.
KW  - Parkinson-Krankheit
KW  - Melanin
KW  - dendritische Zellen
KW  - Autoimmunität
KW  - Parkinson
KW  - Neuromelanin
KW  - dendritische Zellen
KW  - Autoimmunität
KW  - Parkinsons Disease
KW  - Neuromelanin
KW  - dendritic cells
KW  - Autoimmunity
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-73684
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dwertmann, Anne
T1  - Impact of the Tumor Suppressor Arf on Miz1 and Sumoylation of Myc and Miz1
T1  - Wirkung des Tumorsuppressors Arf auf Miz1 und Sumoylierung von Myc und Miz1
N2  - Upon oncogenic stress, the tumor suppressor Arf can induce irreversible cell cycle arrest or apoptosis, depending on the oncogenic insult. In this study, it could be shown that Arf interacts with Myc and the Myc-associated zinc-finger protein Miz1 to facilitate repression of genes involved in cell adhesion. Formation of a DNA-binding Arf/Myc/Miz1 complex disrupts interaction of Miz1 with its coactivator nucleophosmin and induces local heterochromatinisation, causing cells to lose attachment and undergo anoikis. The assembly of the complex relies on Myc, which might explain why high Myc levels trigger apoptosis and not cell cycle arrest in the Arf response. This mechanism could play an important role in eliminating cells harboring an oncogenic mutation. Arf furthermore induces sumoylation of Miz1 at a specific lysine by repressing the desumoylating enzyme Senp3. A sumoylation-deficient mutant of Miz1 however does not show phenotypic differences under the chosen experimental conditions. Myc can also be modified by Sumo by multisumoylation at many different lysines, which is unaffected by Arf. The exact mechanism and effect of this modification however stays unsolved.
N2  - Der Tumorsuppressor Arf wird durch onkogenen Stress induziert und kann entweder einen irreversiblen Zellzyklusarrest oder Apoptose auslösen. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Arf mit Myc und dem Myc-interagierenden Zinkfingerprotein Miz1 assoziiert und dadurch Gene der Zelladhäsion reprimiert. Die Ausbildung eines DNA-bindenden Arf/Myc/Miz1 Komplexes verhindert eine Interaktion von Miz1 mit seinem Koaktivator Nucleophosmin und führt zur lokalen Ausbildung von Heterochromatin, was zum Ablösen der Zellen und schließlich zur Anoikis führt. Die Komplexbildung setzt die Beteiligung von Myc voraus, was erklären könnte warum hohe Mengen an Myc über Arf Apoptose und nicht Zellzyklusarrest auslösen. Dieser Mechanismus könnte eine wichtige Rolle bei der Eliminierung von Zellen mit einer onkogenen Mutation spielen. Arf induziert darüber hinaus die Sumoylierung von Miz1 an einem bestimmten Lysin indem es das desumoylierende Enzyme Senp3 inhibiert. Eine Mutante von Miz1 die nicht mehr sumoyliert werden kann zeigt jedoch in den durchgeführten Untersuchungen keinen anderen Phänotyp als Wildtyp Miz1. Myc kann ebenfalls an vielen verschiedenen Lysinen mit Sumo modifiziert werden, wobei Arf jedoch keine Rolle spielt. Der genaue Mechanismus und Effekt dieser Modifikation konnte jedoch nicht geklärt werden.
KW  - Apoptosis
KW  - Myc
KW  - Repression <Genetik>
KW  - Anoikis
KW  - Zelladhäsion
KW  - Miz1
KW  - Sumo
KW  - Sumoylierung
KW  - arf
KW  - anoikis
KW  - cell adhesion
KW  - Miz1
KW  - sumo
KW  - sumoylation
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71876
ER  - 
TY  - THES
A1  - Karunakaran, Karthika
T1  - Mechanisms of apoptosis regulation in human cells infected with Simkania negevensis
T1  - Mechanismen der Apoptoseregulation in Simkania negevensis infizierten Humanzellen
N2  - Chlamydiales are obligate intracellular gram-negative bacteria that have gained high medical relevance. These important human pathogens cause diverse diseases including trachoma and wide spread sexually transmitted diseases. Chlamydia establishes membrane bound inclusions in the host cell and loots the host for nutritional requirements. Infections are usually recognized by the host immune system and eliminated systematically, by triggering apoptosis. However, the pathogen Chlamydia has evolved various strategies to prevent the detection as well as protect the invaded cell against apoptosis or any other form of cell death. The evolutionary conservation of cell death regulation has not been investigated in the order Chlamydiales, which also includes Chlamydia-like organisms with a broader host spectrum. The present study was aimed at investigating the apoptotic response of human cells infected with the Chlamydia-like organism Simkania negevensis (Sn). Simkania infected cells exhibited strong resistance to apoptosis induced by intrinsic stress or by the activation of cell death receptors. Apoptotic signaling was blocked upstream of mitochondria since Bax translocation, Bax and Bak oligomerisation and cytochrome c release were absent in these cells. Caspases were differentially regulated upon Sn infection. Caspase-3 and -9 were not activated upon Sn infection and apoptosis induction; whereas caspases-8 was activated in Sn infected cells even without apoptosis induction. This indicates that, Sn utilizes death receptor association independent caspase activation for thriving in the host environment. Infected cells turned on pro-survival pathways like cellular Inhibitor of Apoptosis Proteins (IAP-1/2 and XIAP) and the Akt/PI3K pathway. Sn infection also 20 activated the pro-survival transcription factor NF-кB. Blocking any of these survival pathways sensitized the infected host cell towards apoptosis induction, demonstrating their role in infection-induced apoptosis resistance. The NF-кB mutant cells also showed reduced infectivity of Sn, which indicated an essential role of NF-кB in Sn infection. It was interesting to observe that, Acanthamoeba castellanii, a natural host of Sn, survived maintaining its trophozoite forms after infection with Sn upon starvation. The metacaspases, responsible for encystment could be regulated by Sn upon infection. This suggests an early level of gene regulation indicating how the pathogen evolved its ability to inhibit apoptosis in higher organisms. The resistance to apoptosis pathways subverted in Sn-infected cells was similar but not identical to those modulated by Chlamydia. Together, the data supports the hypothesis of evolutionary conserved signaling pathways to apoptosis resistance as common denominators in the order Chlamydiales.
N2  - Vertreter der Ordnung Chlamydiales sind obligat intrazelluläre gram-negative Bakterien mit einer zunehmenden medizinischen Relevanz. Diese Humanpathogene lösen verschiedene Krankheiten aus, unter anderem Blindheit und sexuell übertragbare Krankheiten. Chlamydia führt zur Ausbildung einer Membranumschlossenen Inklusion innerhalb der Wirtszelle und entzieht dem Wirt die nötigen Nährstoffe. Infektionen können vom Immunsystem des Wirts erkannt und systematisch mittels Apoptose bekämpft werden. Chlamydia hat jedoch verschiedene Strategien entwickelt um der Erkennung durch das Immunsystem zu entgehen und um ihre Wirtszelle vor dem Zelltod zu schützen. Ob die Fähigkeit den Zelltod der Wirtszelle zu regulieren evolutionär innerhalb der Ordnung der Chlamydiales, welche auch Chlamydia-ähnliche Organismen mit einem breiteren Wirtsspektrum beinhalten, konserviert ist wurde bislang noch nicht untersucht. In dieser Arbeit wurde das apoptotische Verhalten humaner mit dem Chlamydia-ähnlichen Organismus Simkania negevensis (Sn) infizierter Zellen untersucht. Mit Simkanien infizierte Zellen zeigen eine starke Apoptose-Resistenz, unabhängig ob diese über intrinsischen Stress oder durch die Aktivierung von Todesrezeptoren ausgelöst wurde. Die Apoptose-Signalkaskade wurde vor den Mitochondrien blockiert, da es weder zu einer Bax Translokation, Bax und Bak Oligomerisierung noch zur Cytochrom c Freisetzung in den infizierten Zellen kam. Auch Caspasen zeigten eine veränderte Regulation. Die Caspase-3 und -9 wurden während einer Sn-Infektion und Apoptose-Induktion nicht aktiviert. Die Caspase 8 jedoch ist während der Sn-Infektion unabhängig von einer Apoptose-Induktion aktiv. Diese Tatsache lässt vermuten, dass Sn sich eines von den Todesrezeptoren 22 unabhängigen Mechanismus der Caspaseaktivierung bedienen um in der Wirtzelle zu verbleiben. Infizierte Zellen zeigen eine Aktivierung verschiedener antiapoptotischer Signalwege wie der der Inhibitor of Apoptotis Proteins (IAP1/2 and XIAP)- und den Akt/PI3K Signalweg. Durch eine Sn-Infektion kommt es außerdem zur Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kB. Wird einer dieser Überlebenssignalwege blockiert zeigen die infizierten Wirtszellen eine erhöhte Sensitivität gegenüber einer Apoptoseinduktion, was wiederum die zentrale Rolle der infektionsvermittelten Apoptoseresistenz aufzeigt. Eine Zelllinie mit mutiertem NF-kB zeigte eine verminderte Infektiosität von Sn, was die zentrale Rolle von NF-kB in der Sn-Infektion unterstreicht. Infektionsversuche mit Sn und dessen natürlichem Wirt Acanthamoeba castellanii zeigten, dass diese im Sn-infizierten Stadium die Aufrechterhaltung ihrer Trophozyten-Form nach Nährstoffmangel überlebten. Die Metacaspasen, welche für die Einkapselung verantwortlich sind konnten durch eine Sn-Infektion reguliert werden. Dies weist auf ein frühes Stadium der Genregulation hin und lässt vermuten wie die Pathogene die Fähigkeit zur Apoptose-Inhibition höherer Organismen erlangt haben könnten. Die durch eine Sn-Infektion vermittelte Resistenz der Wirtszelle gegenüber Apoptose-Signalwegen ist ähnlich, jedoch nicht identisch zu der durch Chlamydia vermittelten Resistenz. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese eines evolutionär konservierten Signalwegs der Apoptoseresistenz als allgemeiner Nenner in der Ordnung der Chlamydiales.
KW  - Apoptosis
KW  - Simkania Negevensis
KW  - Apoptose
KW  - Simkania Negevensis
KW  - Apoptosis
KW  - Simkania Negevensis
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72098
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kubisch, Alexander
T1  - Range border formation in the light of dispersal evolution
T1  - Die Ausbildung von Verbreitungsgrenzen unter Berücksichtigung der Evolution des Ausbreitungsverhaltens
N2  - Understanding the emergence of species' ranges is one of the most fundamental challenges in ecology. Early on, geographical barriers were identified as obvious natural constraints to the spread of species. However, many range borders occur along gradually changing landscapes, where no sharp barriers are obvious. Mechanistic explanations for this seeming contradiction incorporate environmental gradients that either affect the spatio-temporal variability of conditions or the increasing fragmentation of habitat. Additionally, biological mechanisms like Allee effects (i.e. decreased growth rates at low population sizes or densities), condition-dependent dispersal, and biological interactions with other species have been shown to severely affect the location of range margins. The role of dispersal has been in the focus of many studies dealing with range border formation. Dispersal is known to be highly plastic and evolvable, even over short ecological time-scales. However, only few studies concentrated on the impact of evolving dispersal on range dynamics. This thesis aims at filling this gap. I study the influence of evolving dispersal rates on the persistence of spatially structured populations in environmental gradients and its consequences for the establishment of range borders. More specially I investigate scenarios of range formation in equilibrium, periods of range expansion, and range shifts under global climate change ...
N2  - Die Frage nach den Ursachen für die Ausbildung von Verbreitungsgrenzen ist ein zentrales Thema ökologischer Forschung. Dabei wurde die Bedeutung geographischer Barrieren als natürliche Grenzen der Ausbreitung von Populationen früh erkannt. Jedoch findet man oft auch in sich graduell ändernden Landschaften, in denen keine Barrieren zu finden sind, sehr scharfe Verbreitungsgrenzen. Mechanistische Erklärungen hierfür unterscheiden zwischen solchen Umweltgradienten, welche entweder die Variabilität der biotischen und abiotischen Umgebung in Raum und Zeit oder die Fragmentierung von Habitat beeinflussen. Dabei wird die spezifische Lage der Verbreitungsgrenze von weiteren Mechanismen beeinflusst, wie Allee-Effekten (d.h. verringerte Wachstumsraten bei kleiner Populationsgröße oder -dichte), zustands- bzw. kontextabhängigem Dispersal und biologischen Interaktionen. Dispersal, das heißt Ausbreitung im Raum mit potentiellen Konsequenzen für den Genaustausch zwischen Populationen, stand im Fokus vieler Studien, die sich mit der Ausbildung von Verbreitungsgrenzen beschäftigt haben. Es ist bekannt, dass das Ausbreitungsverhalten von Populationen sehr variabel ist und selbst innerhalb kurzer Zeit evolvieren kann. Trotzdem haben sich erst wenige Studien mit den Folgen der Evolution des Ausbreitungsverhaltens für biogeographische Muster befasst. Die vorliegende Dissertation verfolgt das Ziel, diese Lücke zu füllen. Ich untersuche den Einfluss evolvierender Emigrationsraten auf das Überleben von räumlich strukturierten Populationen, sowie dessen Konsequenzen für die Etablierung und Dynamik von Verbreitungsgebieten. Dafür ziehe ich verschiedene Szenarien heran. Diese bilden die Verbreitung von Arten im Gleichgewicht, während Phasen der Expansion des Verbreitungsgebietes, sowie im Kontext des globalen Klimawandels ab ...
KW  - Areal
KW  - Verhalten
KW  - Evolution
KW  - Simulation
KW  - Verbreitungsgrenzen
KW  - Ausbreitung
KW  - Invasion
KW  - range formation
KW  - dispersal
KW  - evolution
KW  - individual-based simulation
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70639
ER  -