TY  - THES
A1  - Roth, Nicolas Mériadec Max André
T1  - Temporal development of communities with a focus on insects, in time series of one to four decades
T1  - Entwicklung von Artengemeinschaften in der Zeit mit einem Fokus auf Insekten in Zeitreihen von einer bis vier Dekaden
N2  - Changes and development are fundamental principles in biocenoses and can affect a multitude of ecological processes. In insect communities phenological and density changes, changes in species richness and community composition, as well as interactions between those changes, are the most important macro processes. However, climate change and other factors like habitat degradation and loss alter these processes leading to shifts and general biodiversity declines. Even though knowledge about insect decline in central Europe increased during the last decades, there are significant knowledge gaps about the development of insect communities in certain habitats and taxa. For example, insect communities in small lentic as well as in forested habitats are under-sampled and reported to be less endangered than communities in other habitats. Furthermore, the changes within habitats and taxa are additionally influenced by certain traits, like host or feeding specialization. To disentangle these influences and to increase the knowledge about the general long-term development of insect communities, comprehensive long-term monitoring studies are needed. In addition, long-term effects of conservation strategies should also be evaluated on large time scales in order to be able to decide on a scientific base which strategies are effective in promoting possibly declining taxa. Hence, this thesis also tackles the effects of an integrative conservation strategy on wood dependent beetle and fungi, beside the development of water beetle and macro moth communities over multiple decades. In Chapter 2 I present a study on the development of water beetle communities (Dytiscidae, Haliplidae, Noteridae) in 33 water bodies in Southern Germany from 1991 to 2018. Time-standardized capture per waterbody was used during three periods: between 1991 and 1995, 2007 and 2008, and 2017 and 2018. Results showed annual declines in both species number (ca. -1%) and abundance (ca. -2%). In addition, community composition shifted over time in part due to changing pH values. Hence, the recorded changes during the 28-year study period partly reflect natural succession processes. However, since also moor-related beetle species decreased significantly, it is likely that water beetles in southern Germany are also threatened by non-successional factors, including desiccation, increased nitrogen input and/or mineralization, as well as the loss of specific habitats. The results suggest, that in small to midsize lentic waterbodies, current development should aim for constant creation of new water bodies and protection of moor waterbodies in order to protect water beetle communities on a landscape scale. In Chapter 3 I present an analysis of the development of nocturnal macro moth species richness, abundance and biomass over four decades in forests of southern Germany. Two local scale data sets featuring a coppiced oak forest as well as an oak high forest were analysed separately from a regional data set representing all forest types in the temperate zone of Central Europe. At the regional scale species richness, abundance and biomass showed annual declines of ca. 1 %, 1.3 % and 1.4 %, respectively. These declines were more pronounced in plant host specialists and in dark coloured species. In contrast, species richness increased by ca. 1.5 % annually in the coppiced forest, while no significant trends were found in the high forest. In contrast to past assumptions, insect decline apparently affects also hyper diverse insect groups in forests. Since host specialists and dark coloured species were affected more heavily by the decline than other groups, habitat loss and climate change seem to be potential drivers of the observed trends. However, the positive development of species richness in the coppiced oak forest indicates that maintaining complex and diverse forest ecosystems through active management might compensate for negative trends in biodiversity. Chapter 4 features a study specifically aiming to investigate the long-term effect of deadwood enrichment as an integrative conservation strategy on saproxylic beetles and fungi in a central European beech forest at a landscape scale. A before–after control–impact design, was used to compare assemblages and gamma diversities of saproxylic organisms (beetles and fungi) in strictly protected old-growth forest areas (reserves) and previously moderately and intensively managed forest areas. Forests were sampled one year before and a decade after starting a landscape-wide strategy of dead-wood enrichment. Ten years after the start of the dead-wood enrichment, neither gamma diversities of saproxylic organisms nor species composition of beetles did reflect the previous management types anymore. However, fungal species composition still mirrored the previous management gradient. The results demonstrated that intentional enrichment of dead wood at the landscape scale can effectively restore communities of saproxylic organisms and may thus be a suitable strategy in addition to permanent strict reserves in order to protect wood dependent organisms in Europe. In this thesis I showed, that in contrast to what was assumed and partly reported so far, also water beetles in lentic water bodies and macro moths in forests decreased in species richness, abundance and biomass during the last three to four decades. In line with earlier studies, especially dark coloured species and specialists decreased more than light-coloured species and generalists. The reasons for these declines could partly be attributed to natural processes and pollution and possibly to climate change. However, further studies, especially experimental ones, will be needed to achieve a better understanding of the reasons for insect decline. Furthermore, analyses of time series data should be interpreted cautiously especially if the number of sampling years is smaller than ten years. In addition, validation techniques such as left- and right- censoring and cross validation should be used in order to proof the robustness of the analyses. However, the lack of knowledge, we are still facing today, should not prevent scientists and practitioners from applying conservation measures. In order to prove the effectiveness of such measures, long-term monitoring is crucial. Such control of success is essential for evidence based and thus adapted conservation strategies of threatened organisms.
N2  - Veränderungen und Entwicklung sind grundlegende Prinzipien in Biozönosen und können eine Vielzahl von ökologischen Prozessen beeinflussen. In Insektengemeinschaften stellen Veränderungen in der Phänologie und Dichte, Veränderungen des Artenreichtums und der Artenzusammensetzung sowie die Wechselwirkungen zwischen diesen, die wichtigsten Makroprozesse dar. Klimawandel und andere Faktoren wie der Verlust von Lebensräumen oder deren Qualitätsverschlechterung beeinflussen diese Prozesse jedoch und führen zu Veränderungen und allgemeinen Rückgängen der Biodiversität. Auch wenn die Erkenntnisse zum „Insektensterben“ in Mitteleuropa in den letzten Jahrzehnten zugenommen haben, gibt es erhebliche Wissenslücken über die Entwicklung von Insektengemeinschaften in bestimmten Lebensräumen und Taxa. Beispielsweise ist die Entwicklung von Insektengemeinschaften in kleinen, stehenden Gewässern und in Wäldern wenig erforscht. Darüber hinaus werden die Veränderungen innerhalb von Habitaten und Taxa zusätzlich durch bestimmte Merkmale, wie Wirts- oder Nahrungsspezialisierung, beeinflusst. Um diese verschiedenen Einflüsse auseinanderhalten zu können und das Wissen über die allgemeine Langzeitentwicklung von Insektengemeinschaften zu vergrößern, sind umfassende Langzeitstudien erforderlich. Darüber hinaus sollten auch die langfristigen Auswirkungen von Naturschutzstrategien über lange Zeiträume evaluiert werden, um auf wissenschaftlicher Grundlage entscheiden zu können, welche Strategien zur Förderung bedrohter Taxa wirksam sind. Daher befasst sich diese Arbeit neben der Entwicklung von Wasserkäfer- und Großschmetterlingsgemeinschaften über mehrere Jahrzehnte auch mit den Auswirkungen einer integrativen Naturschutzmaßnahme auf xylobionte Käfer und Pilze. In Kapitel 2 stelle ich eine Studie über die Entwicklung von Wasserkäfergemeinschaften (Dytiscidae, Haliplidae, Noteridae) in 33 Gewässern Süddeutschlands von 1991 bis 2018 vor. Die zeitstandardisierte Erfassung pro Wasserkörper erfolgte in drei Zeiträumen: zwischen 1991 und 1995, 2007 und 2008 sowie 2017 und 2018. Die Ergebnisse zeigten einen jährlichen Rückgang sowohl der Artenzahl (ca. -1%) als auch der Abundanz (ca. -2%). Darüber hinaus verschob sich die Artenzusammensetzung im Laufe der Zeit zum Teil aufgrund sich ändernder pH-Werte. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass die erfassten Veränderungen während des 28- jährigen Untersuchungszeitraums teilweise natürliche Sukzessionsprozesse widerspiegeln. Da aber auch an moorige Gewässer gebundene Käferarten deutlich abgenommen haben, ist es wahrscheinlich, dass die Wasserkäfer Süddeutschlands auch durch Faktoren wie Austrocknung, erhöhten Stickstoffeintrag und/oder Mineralisierung sowie durch den Verlust spezifischer Lebensräume bedroht sind. Aufgrund dieser Entwicklungen ist es empfehlenswert, auf Landschaftsebene auf die ständige Schaffung neuer Gewässer und den besonderen Schutz von Moorgewässern zu setzen, um Wasserkäfergemeinschaften erfolgreich schützen zu können. In Kapitel 3 präsentiere ich eine Analyse der Diversitäts-, Abundanz- und Biomassenentwicklung von nachtaktiven Großschmetterlingen über vier Jahrzehnte in Wäldern Süddeutschlands. Neben einem bayernweiten Datensatz, der alle typischen Waldtypen der gemäßigten Zone Mitteleuropas beinhaltet, wurden zwei lokale, besonders regelmäßig besammelte Gebiete getrennt analysiert. In diesen Gebieten werden die Eichenwälder als Hoch- bzw. als Mittelwald bewirtschaftet. Bayernweit wiesen Artenreichtum, Abundanz und Biomasse jährliche Rückgänge von ca. 1 %, 1,3 % bzw. 1,4 % auf. Diese Rückgänge waren bei Wirtspflanzenspezialisten und bei dunkel gefärbten Arten besonders stark ausgeprägt. Im Gegensatz dazu nahm der Artenreichtum im Mittelwald jährlich um ca. 1,5 % zu, während im Hochwald keine signifikanten Trends festgestellt werden konnten. Im Gegensatz zu früheren Annahmen betrifft der Insektenrückgang offenbar auch hyperdiverse Insektengruppen im Wald. Da Wirtspflanzenspezialisten und dunkel gefärbte Arten vom Rückgang stärker betroffen waren als andere, scheinen Lebensraumverlust und Klimawandel potentielle Treiber der beobachteten Trends zu sein. Die positive Entwicklung des Artenreichtums im Mittelwald zeigt jedoch, dass der Erhalt komplexer und vielfältiger Waldökosysteme durch aktives Management, negative Biodiversitätstrends zum Teil kompensieren könnte. Kapitel 4 enthält eine Studie, die die Langzeitwirkung von Totholzanreicherung als integrative Naturschutzmaßnahme auf xylobionte Käfer und Pilze in einem mitteleuropäischen Buchenwald auf der Landschaftsebene untersucht. Dabei wurde die Gamma-Diversität und die Artenzusammensetzung dieser beiden Gruppen anhand einer Vorher-Nachher Untersuchung mit Kontrollflächen (Naturwaldreservate) untersucht. Die bewirtschafteten Flächen wurden weiterhin in zuvor mäßig und intensiv bewirtschaftete Flächen eingeteilt. Die Wälder wurden ein Jahr vor und ein Jahrzehnt nach Beginn einer Totholzanreicherungsstrategie auf Landschaftsebene beprobt. Zehn Jahre nach Beginn der Totholzanreicherung spiegelten weder die Gamma-Diversität der xylobionten Organismen noch die Artenzusammensetzung der Käfer die früheren Bewirtschaftungstypen wider, und wiesen keine Unterschiede mehr zu den Naturwaldreservaten auf. Die Pilzartenzusammensetzung spiegelte jedoch noch immer den früheren Bewirtschaftungsgradienten wider. Die Ergebnisse zeigen, dass Totholzanreicherung auf Landschaftsebene positive Effekte auf xylobionte Artengemeinschaften haben kann. Somit stellt Totholzanreicherung eine Naturschutzmaßnahme dar, die zusätzlich zu permanenten Schutzgebieten, eine Grundlage schaffen kann, um holzabhängige Organismen in Europa zu schützen. In dieser Arbeit habe ich gezeigt, dass im Gegensatz zu dem, was bisher angenommen und zum Teil berichtet wurde, auch Wasserkäfer in stehenden Gewässern und nachtaktive Großschmetterlingen in Wäldern in den letzten drei bis vier Jahrzehnten an Artenreichtum, Abundanz und Biomasse abgenommen haben. In Übereinstimmung mit anderen Studien nahmen vor allem dunkel gefärbte Arten und Spezialisten stärker ab als hell gefärbte Arten und Generalisten. Die Gründe für diese Rückgänge konnten zum Teil auf natürliche Prozesse, Umweltverschmutzung und möglicherweise auf den Klimawandel zurückgeführt werden. Es sind jedoch weitere Studien, insbesondere experimentelle, erforderlich, um die Gründe für das „Insektensterben“ besser zu verstehen. Darüber hinaus sollten Zeitreihendaten mit Vorsicht interpretiert werden, insbesondere wenn die Anzahl der besammelten Jahre kleiner als zehn Jahre ist. Darüber hinaus sollten Validierungstechniken wie Links- und Rechts-Zensierung und Kreuzvalidierung eingesetzt werden, um die Robustheit der Analysen nachzuweisen. Der Mangel an Wissen, mit dem wir heute noch konfrontiert sind, sollte Wissenschaftler und Praktiker jedoch nicht davon abhalten, Naturschutzmaßnahmen anzuwenden. Um die Wirksamkeit solcher Maßnahmen nachzuweisen, ist eine langfristige Überprüfung von entscheidender Bedeutung. Solche Erfolgskontrollen sind für evidenzbasierte und damit angepasste Erhaltungsstrategien bedrohter Organismen unerlässlich.
KW  - climate change
KW  - insects
KW  - temporal development
KW  - nature conservation
KW  - entomology
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-235499
ER  - 
TY  - THES
A1  - Goos, Carina
T1  - Nuclear periphery granules of trypanosomes - A characterization of composition and function
T1  - Nuclear periphery granules in Trypanosomen - Eine Charakterisierung in Komposition und Funktion
N2  - The nuclear envelope serves as important mRNA surveillance system. In yeast and humans, several control mechanisms act in parallel to prevent nuclear export of unprocessed mRNAs. However, trypanosomes lack homologues to most of the proteins involved. In addition, gene expression in trypanosomes relies almost completely on post-transcriptional regulation as they transcribe mRNAs as long polycistrons, which are subsequently processed into individual mRNA molecules by trans-splicing. As trans-splicing is not error-free, unspliced mRNAs may be recognized and prevented from reaching the cytoplasm by a yet unknown mechanism. 
When trans-splicing is inhibited in trypanosomes, the formation of a novel RNA granule type at the cytoplasmic periphery of the nucleus, so called nuclear periphery granules (NPGs) was previously observed. To identify potential regulators of nuclear export control, changes in protein localization which occur when trans-splicing is inhibited, were globally analyzed during this work. For this, trypanosome nuclei were purified under conditions maintaining NPG attachment to the nucleus, in the absence and presence of trans-splicing. Mass spectrometry analyses identified 128 proteins which are specifically enriched in nuclear preparations of cells inhibited for trans-splicing. Amongst them are proteins, which change their localization to the nucleus or to the nuclear pores as well as many proteins that move into NPGs. Some of these proteins are promising candidates for nuclear export control proteins, as the changes in localization (to the nucleus or nuclear pores) were specific to the accumulation of unspliced mRNAs. The NPG proteome almost exclusively contains proteins involved in mRNA metabolism, mostly unique to trypanosomes, notably major translation initiation factors were absent. These data indicate that NPGs are RNP complexes which have started or completed nuclear export, but not yet entered translation. As a byproduct of these proteomic studies, a high-quality dataset of the yet unknown T. brucei nuclear proteome is provided, closing an important gap in knowledge to study trypanosome biology, in particular nuclear related processes.
NPGs were characterized in more detail by microscopy. The granules are cytoplasmic and present in at least two different trypanosome life cycle stages. There are at least two distinct granule subsets, with differences in protein composition. A closer analysis of NPGs by electron microscopy revealed that the granules are electron dense structures, which are connected to nuclear pores by string-like structures.
In order to approach the function of NPGs, on the one hand, the hypothesis that NPGs might be related to perinuclear germ granules of adult gonads of C. elegans was tested: we found no relation between the two granule types. On the other hand, initial single molecule mRNA FISH experiments performed in trypanosomes showed no accumulation of unspliced transcripts in NPGs, arguing against an involvement of the granules in mRNA quality control.
N2  - Die Kernhülle um den Zellkern dient als wichtiges mRNA-Überwachungssystem in Eukaryoten. Bei Hefen und Menschen wirken dabei beispielsweise mehrere Kontrollmechanismen parallel, um den Export von unverarbeiteten mRNAs aus dem Kern heraus zu verhindern. Trypanosomen fehlen jedoch Homologe zu den Meisten hierbei beteiligten Proteinen. Außerdem basiert Genexpression in Trypanosomen fast ausschließlich auf posttranskriptioneller Kontrolle, da die Parasiten mRNAs als lange Polycistrons transkribieren, die anschließend durch Transspleißen zu einzelnen mRNA-Molekülen verarbeitet werden. Da der Prozess des Transspleißen nicht fehlerfrei zu sein scheint, gibt es möglicherweise einen noch unbekannten Mechanismus, der nicht gespleißte mRNAs erkennt und diese daran hindert, das Zytoplasma zu erreichen. 
Unter Bedingungen, in denen Transspleißen in Trypanosomen blockiert ist, konnte eine neue Art von RNA-Granula an der zytoplasmatischen Peripherie des Zellkerns beobachtet werden, sogenannte Nuclear Periphery Granules (NPGs). Um potentielle Regulatoren einer Kontrolle des mRNA-Exports zu identifizieren, wurde während dieser Arbeit umfassend analysiert, inwieweit sich die Lokalisation von Proteinen ändert, wenn Transspleißen gehemmt wird. Zu diesem Zweck wurden Zellkerne von Trypanosomen unter Bedingungen aufgereinigt, bei denen die Bindung der NPGs an den Zellkern in Abwesenheit und Gegenwart von Transspleißen erhalten blieb. Mit Hilfe von massen-spektrometrischen Analysen konnten 128 Proteine identifiziert werden, die spezifisch in den Kernpräparaten von Zellen angereichert sind, in denen Transspleißen blockiert ist. Darunter befinden sich Proteine, die ihre Lokalisation in den Kern hinein oder zu den Kernporen hin verändern, sowie viele Proteine, die sich in NPGs bewegen. Einige dieser Proteine stellen vielversprechende Kandidaten für eine potenzielle Rolle in der Kernexportkontrolle dar, da die Veränderungen in der Lokalisation (zum Kern oder zu den Kernporen) spezifisch für die Akkumulation von nicht gespleißten mRNAs waren. Das hier erarbeitete NPG-Proteom enthält fast ausschließlich Proteine, die am mRNA-Metabolismus beteiligt sind und nur in Trypanosomen vorkommen. Insbesondere fehlen im NPG-Proteom wichtige Translationsinitiationsfaktoren. Die Daten zeigen, dass NPGs RNP-Komplexe sind, die den Export aus dem Zellkern bereits begonnen oder abgeschlossen haben, aber noch nicht mit dem Translationsprozess begonnen haben. Als Nebenprodukt dieser proteomischen Analyse, kann ein qualitativ hochwertiger Datensatz des noch unbekannten Kernproteoms von T. brucei bereitgestellt werden. Damit wird eine wichtige Wissenslücke bei der Forschung zur Trypanosomenbiologie, insbesondere zu nuklearen Prozessen geschlossen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden außerdem NPGs anhand mikroskopischer Untersuchungen detaillierter charakterisiert. Die Granula sind zytoplasmatisch und liegen in mindestens zwei verschiedenen Lebenszyklusstadien von Trypanosomen vor. Es gibt mindestens zwei Untergruppen der Granula mit Unterschieden in der Proteinzusammensetzung. Eine genauere elektronenmikroskopische Analyse ergab, dass es sich bei NPGs um elektronendichte Strukturen handelt, die durch fadenartige Strukturen mit den Kernporen verbunden sind. 
Um mehr über die potenzielle Funktion von NPGs herauszufinden, wurde zum einen die Hypothese untersucht, dass NPGs mit perinuklearen Keimgranula adulter Gonaden in C. elegans verwandt sind: Es konnte keine Beziehung zwischen den beiden Granulatypen gefunden werden. Zum anderen zeigten erste Experimente mittels Einzelmolekül-mRNA-FISH in Trypanosomen keine Akkumulation von ungespleißten Transkripten in NPGs, was gegen eine Beteiligung an mRNA-Qualitätskontrollmechanismen spricht.
KW  - Trypanosoma brucei
KW  - Kinetoplastida
KW  - Rnsstoffwechsel
KW  - Nuclear periphery granules
KW  - RNA granules
KW  - Nuclear export control
KW  - Trypanosomes
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-234368
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TY  - THES
A1  - Jessen, Christina
T1  - NRF2 links antioxidant and immune-relevant features in melanoma
T1  - NRF2 verknüpft antioxidative und immunrelevante Eigenschaften im Melanom
N2  - The transcription factor NRF2 is considered as the master regulator of cytoprotective and ROS-detoxifying gene expression. Due to their vulnerability to accumulating reactive oxygen species, melanomas are dependent on an efficient oxidative stress response, but to what extent melanomas rely on NRF2 is only scarcely investigated so far. In tumor entities harboring activating mutations of NRF2, such as lung adenocarcinoma, NRF2 activation is closely connected to therapy resistance. In melanoma, activating mutations are rare and triggers and effectors of NRF2 are less well characterized.
This work revealed that NRF2 is activated by oncogenic signaling, cytokines and pro-oxidant triggers, released cell-autonomously or by the tumor microenvironment. Moreover, silencing of NRF2 significantly reduced melanoma cell proliferation and repressed well-known NRF2 target genes, indicating basal transcriptional activity of NRF2 in melanoma. Transcriptomic analysis showed a large set of deregulated gene sets, besides the well-known antioxidant effectors. NRF2 suppressed the activity of MITF, a marker for the melanocyte lineage, and induced expression of epidermal growth factor receptor (EGFR), thereby stabilizing the dedifferentiated melanoma phenotype and limiting pigmentation markers and melanoma-associated antigens. In general, the dedifferentiated melanoma phenotype is associated with a reduced tumor immunogenicity. Furthermore, stress-inducible cyclooxygenase 2 (COX2) expression, a crucial immune-modulating gene, was regulated by NRF2 in an ATF4-dependent manner. Only in presence of both transcription factors was COX2 robustly induced by H2O2 or TNFα. COX2 catalyzes the first step of the prostaglandin E2 (PGE2) synthesis, which was described to be associated with tumor immune evasion and reduction of the innate immune response.
In accordance with these potentially immune-suppressive features, immunocompetent mice injected with NRF2 knockout melanoma cells had a strikingly longer tumor-free survival compared to NRF2-proficient cells. In line with the in vitro data, NRF2-deficient tumors showed suppression of COX2 and induction of MITF. Furthermore, transcriptomic analyses of available tumors revealed a strong induction of genes belonging to the innate immune response, such as RSAD2 and IFIH1. The expression of these genes strongly correlated with immune evasion parameters in human melanoma datasets and NRF2 activation or PGE2 supplementation limited the innate immune response in vitro.
In summary, the stress dependent NRF2 activation stabilizes the dedifferentiated melanoma phenotype and facilitates the synthesis of PGE2. As a result, NRF2 reduces gene expression of the innate immune response and promotes the generation of an immune-cold tumor microenvironment. Therefore, NRF2 not only elevated the ROS resilience, but also strongly contributed to tumor growth, maintenance, and immune control in cutaneous melanoma.
N2  - Der Transkriptionsfaktor NRF2 gilt als Masterregulator der antioxidativen Zellantwort. Im Melanom ist die Rolle von NRF2 bisher nur wenig untersucht worden, obwohl das Melanom anfällig für oxidativen Stress ist und somit eine besondere Abhängigkeit von antioxidativen Prozessen besteht. In Tumorentitäten mit NRF2 aktivierende Mutationen, wie z.B. dem Lungenadenokarzinom, ist die NRF2 Aktivierung mit einer Therapieresistenz verbunden. Allerdings sind diese aktivierenden Mutationen im Melanom selten und Mechanismen, die zu einer NRF2 Aktivierung führen, sind kaum bekannt.
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass NRF2 hier vor allem durch onkogene Signalwege, Zytokine und pro-oxidative Trigger aktiviert wird. Zudem verringerte die NRF2 Inhibierung die Zellproliferation und reduzierte die Expression von bekannten NRF2 Zielgenen. Dies weist darauf hin, dass die basale Transkriptionsaktivität von NRF2 im Melanom wichtig ist. Neben den bekannten Zielgenen waren außerdem eine Vielzahl von ROS-unabhängigen Gen-Sets dereguliert. Zum einen reduzierte NRF2 die Aktivität von MITF, dem melanozytären Lineage Marker und induzierte die Expression des epidermalen Wachstumsfaktorrezeptors, EGFR. Dadurch stabilisiert NRF2 den undifferenzierten Melanom-Phänotyp, welcher allgemein mit einer verminderten Expression von Pigmentierungsmarkern und Melanom-assoziierten Antigenen verbunden ist. Zum anderen regulierte NRF2 die Expression von Cyclooxygenase 2 (COX2), in Abhängigkeit von dem Transkriptionsfaktor ATF4. COX2 wurde basal und nach H2O2 oder TNFα Stimulation nur in Anwesenheit beider Transkriptionsfaktoren exprimiert. COX2 katalysiert die Prostaglandin E2 (PGE2) Synthese und es wurde beschrieben, dass hohe Konzentrationen an PGE2, sowohl die Immunevasion von Tumoren erleichtert als auch die angeborenen Immunantwort reduziert.
In Übereinstimmung mit diesen potenziell immun-evasiven Eigenschaften zeigten immunkompetente Mäuse, denen NRF2-knockout Melanomzellen injiziert wurden, im Vergleich zu Kontrollzellen, ein deutlich längeres tumorfreies Überleben. Die NRF2-abhängige COX2 Erhöhung und MITF Hemmung, wurde zudem in den Maustumoren bestätigt. Darüber hinaus zeigten die NRF2-defizienten Tumore eine starke Induktion von Genen des angeborenen Immunsystems, wie z.B. RSAD2 und IFIH1. Die Expression dieser Gene korrelierte mit Immunevasionsparametern in Datensätzen des humanen Melanoms und eine NRF2 Aktivierung oder PGE2 Zugabe unterdrückte die Genexpression der angeborene Immunantwort bereits in vitro.
Somit stabilisiert stress-induziertes NRF2 den undifferenzierten Melanom-Phänotyp und fördert die immunmodulierende PGE2 Produktion. Infolgedessen reduziert NRF2 die angeborene Immunantwort und unterstützt die Entstehung einer immun-suppressiven Tumormikroumgebung, welche das Tumorwachstum erleichtert. Die endogene NRF2 Aktivierung im Melanom fördert somit nicht nur die ROS-Resilienz, sondern auch die Tumoraufrechterhaltung und das Tumorwachstum im immunkompetenten Organismus.
KW  - Melanom
KW  - Oxidativer Stress
KW  - Genexpression
KW  - Krebsforschung
KW  - NRF2
KW  - Antioxidantien
KW  - melanoma dedifferentiation
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-233495
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TY  - THES
A1  - Rüdenauer, Fabian
T1  - Nutrition facts of pollen: nutritional quality and how it affects reception and perception in bees
T1  - Nährwertinformationen von Pollen: Nährstoffzusammensetzung und wie diese sich auf Rezeption und Perzeption von Bienen auswirkt
N2  - Nutrients belong to the key elements enabling life and influencing an organism’s fitness. The intake of nutrients in the right amounts and ratios can increase fitness; strong deviations from the optimal intake target can decrease fitness. Hence, the ability to assess the nutritional profile of food would benefit animals. To achieve this, they need the according nutrient receptors, the ability to interpret the receptor information via perceptive mechanisms, and the ability to adjust their foraging behavior accordingly. Additionally, eventually existing correlations between the nutrient groups and single nutrient compounds in food could help them to achieve this adjustment. A prominent interaction between food and consumer is the interaction between flowering plants (angiosperms) and animal pollinators. Usually both of the interacting partners benefit from this mutualistic interaction. Plants are pollinated while pollinators get a (most of the times) nutritional reward in form of nectar and/or pollen. As similar interactions between plants and animals seem to have existed even before the emergence of angiosperms, these interactions between insects and angiosperms very likely have co-evolved right from their evolutionary origin. Therefore, insect pollinators with the ability to assess the nutritional profile may have shaped the nutritional profile of plant species depending on them for their reproduction via selection pressure. In Chapter I of this thesis the pollen nutritional profile of many plant species was analyzed in the context of their phylogeny and their dependence on insect pollinators. In addition, correlations between the nutrients were investigated. While the impact of phylogeny on the pollen protein content was little, the mutual outcome of both of the studies included in this chapter is that protein content of pollen is mostly influenced by the plant’s dependence on insect pollinators. Several correlations found between nutrients within and between the nutrient groups could additionally help the pollinators to assess the nutrient profile of pollen. An important prerequisite for this assessment would be that the pollinators are able to differentiate between pollen of different plant species. Therefore, in Chapter II it was investigated whether bees have this ability. Specifically, it was investigated whether honeybees are able to differentiate between pollen of two different, but closely related plant species and whether bumblebees prefer one out of three pollen mixes, when they were fed with only one of them as larvae. Honeybees indeed were able to differentiate between the pollen species and bumblebees preferred one of the pollen mixes to the pollen mix they were fed as larvae, possibly due to its nutritional content. Therefore, the basis for pollen nutrient assessment is given in bees. However, there also was a slight preference for the pollen fed as larvae compared to another non-preferred pollen mix, at least hinting at the retention of larval memory in adult bumblebees. Chapter III looks into nutrient perception of bumblebees more in detail. Here it was shown that they are principally able to perceive amino acids and differentiate between them as well as different concentrations of the same amino acid. However, they do not seem to be able to assess the amino acid content in pollen or do not focus on it, but instead seem to focus on fatty acids, for which they could not only perceive concentration differences, but also were able to differentiate between. These findings were supported by feeding experiments in which the bumblebees did not prefer any of the pollen diets containing less or more amino acids but preferred pollen with less fatty acids. In no choice feeding experiments, bumblebees receiving a diet with high fatty acid content accepted undereating other nutrients instead of overeating fat, leading to increased mortality and the inability to reproduce. Hence, the importance of fat in pollen needs to be looked into further. In conclusion, this thesis shows that the co-evolution of flowering plants and pollinating insects could be even more pronounced than thought before. Insects do not only pressure the plants to produce high quality nectar, but also pressure those plants depending on insect pollination to produce high quality pollen. The reason could be the insects’ ability to receive and perceive certain nutrients, which enables them to forage selectively leading to a higher reproductive success of plants with a pollinator-suitable nutritional pollen profile.
N2  - Nährstoffe gehören zu den zentralen Elementen, die das Leben an sich ermöglichen und die Fitness eines Organismus beeinflussen können. Nährstoffaufnahme in den richtigen Mengen und Verhältnissen kann die Fitness verbessern, starke Abweichungen von der optimalen Aufnahme können sie verschlechtern. Deshalb könnten Tiere von der Fähigkeit profitieren das Nährstoffprofil von Nahrung bewerten zu können. Dafür benötigten sie jedoch die passenden Nährstoffrezeptoren, die Fähigkeit die Rezeptorinformationen durch perzeptive Mechanismen zu interpretieren und ihr Sammelverhalten daran anzupassen. Eine zusätzliche Hilfe dabei könnten Korrelationen zwischen sowohl den Nährstoffgruppen als auch einzelnen Nährstoffen bieten. Eine bekannte Interaktion zwischen Nahrung und Konsument ist die zwischen Blühpflanzen (Angiospermen) und tierischen Bestäubern. Normalerweise profitieren beide Interaktionspartner von dieser mutualistischen Interaktion. Pflanzen werden bestäubt, während die Bestäuber eine (zumeist) nahrhafte Belohnung in Form von Nektar und/oder Pollen erhalten. Da ähnliche Interaktionen zwischen Pflanzen und Tieren vermutlich schon vor dem Auftreten der Angiospermen existierten, könnte sich diese Interaktion, im Speziellen mit Insekten, direkt vom evolutiven Startpunkt der Angiospermen aus koevolviert haben. Deshalb ist es möglich, dass Bestäuber mit der Fähigkeit das Nährstoffprofil von Pollen bewerten zu können, dieses bei von ihnen abhängigen Pflanzen durch Selektionsdruck formen konnten. Im Kapitel I dieser Thesis wurde das Nährstoffprofil von Pollen vieler Pflanzenarten im Kontext ihrer Phylogenie und ihrer Abhängigkeit von Insekten als Bestäubern analysiert. Außerdem wurden Korrelationen zwischen den Nährstoffen untersucht. Während die Phylogenie nur einen geringen Einfluss auf den Proteingehalt von Pollen haben könnte, ist der gemeinsame Nenner der beiden Studien in diesem Kapitel, dass der Proteingehalt des Pollens hauptsächlich von der Abhängigkeit der Pflanzen von Bestäubern bestimmt wird. Es wurden zudem einige Korrelationen sowohl in als auch zwischen den Nährstoffgruppen gefunden, die den Bestäubern helfen könnten das Nährstoffprofil von Pollen bewerten zu können. Eine wichtige Grundvoraussetzung für diese Bewertung wäre, dass die Bestäuber überhaupt dazu in der Lage sind zwischen Pollen von unterschiedlichen Pflanzenarten zu unterscheiden. Dies wird in Kapitel II behandelt, in dem untersucht wurde ob Honigbienen in der Lage sind zwischen Pollen zweier nah verwandter Pflanzenarten zu unterscheiden und ob Hummeln eine von drei Pollenmischungen bevorzugen, wenn sie nur mit einer davon als Larve in Kontakt kamen. Honigbienen war es tatsächlich möglich zwischen den Pollenarten zu unterscheiden und Hummeln bevorzugten eine bestimmte Pollenmischung gegenüber der, die sie als Larve erhalten hatten, möglicherweise aufgrund eines vorteilhaften Nährstoffprofils. Die Grundlage zur Nährstoffbewertung scheint bei Bienen also gegeben zu sein. Allerdings hatten die Hummeln auch eine leichte Präferenz für die Pollenmischung, die sie als Larve erhalten hatten gegenüber der dritten, nicht bevorzugten Pollenmischung, was zumindest darauf hindeuten könnte, dass Larvenerinnerungen bei erwachsenen Hummeln erhalten bleiben könnten. Kapitel III beschäftigt sich tiefergehend mit der Nährstoffwahrnehmung von Hummeln. Es wurde gezeigt, dass diese prinzipiell befähigt sind Aminosäuren wahrzunehmen als auch zwischen ihnen und verschiedenen Konzentrationen der gleichen Aminosäure zu unterscheiden. Allerdings scheinen sie entweder nicht in der Lage zu sein oder sich zumindest nicht darauf zu fokussieren den Aminosäuregehalt von Pollen zu bewerten, sondern sich eher auf Fettsäuren zu konzentrieren. Von diesen konnten sie nicht nur Konzentrationsunterschiede feststellen, sondern auch zwischen verschiedenen Fettsäuren im Pollen unterscheiden. Diese Ergebnisse wurden von denen in Fütterungsexperimenten gestützt, in denen die Hummeln gleiche Mengen von Pollen mit mehr oder weniger Aminosäuren aufnahmen, aber Pollen mit weniger Fettsäuren bevorzugten. In Experimenten, in denen die Hummeln keine Wahl hatten, nahmen die Hummeln mit einer Diät, die eine hohe Fettsäurekonzentration hatte, lieber in Kauf, dass sie zu wenig von den anderen Nährstoffen aufnahmen, als zu viel Fett, was zu einer erhöhten Mortalitätsrate und der Unfähigkeit sich zu reproduzieren führte. Deshalb sollten zukünftige Studien sich eingehender mit dem Fettsäuregehalt von Pollen beschäftigen. Zusammenfassend zeigt diese Thesis, dass die Koevolution von Pflanzen und bestäubenden Insekten ausgeprägter sein könnte, als bisher angenommen. Insekten setzen die Pflanzen nicht nur unter Druck qualitativ hochwertigen Nektar zu produzieren, sondern setzen vor allem auch die Pflanzen unter Druck, die von ihrer Bestäubung abhängig sind, qualitativ hochwertigen Pollen zu produzieren. Der Grund dafür könnte die Fähigkeit der Insekten sein, bestimmte Nährstoffe zu rezipieren und perzipieren und dann ihr Sammelverhalten so anzupassen, dass Pflanzen mit einem passenden Nährstoffprofil einen höheren Reproduktionserfolg haben.
KW  - Pollen
KW  - bumblebee*s
KW  - nutrients
KW  - nutrition
KW  - pollen
KW  - reception
KW  - perception
KW  - proboscis extension response
KW  - honeybee*s
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-212548
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TY  - THES
A1  - Auer, Daniela
T1  - Impact of the chlamydial deubiquitinase ChlaDUB1 on host cell defense
T1  - Einfluss der chlamydiellen Deubiquitinase ChlaDUB1 auf die Wirtszellabwehr
N2  - The human pathogen Chlamydia trachomatis is the main cause of sexually transmitted infections worldwide. The obligate intracellular bacteria are the causative agent of several diseases that reach from conjunctivitis causing trachoma and blindness as well as salpingitis and urethritis which can lead to infertility if left untreated. 	
In order to gain genetically engineered Chlamydia that inducible knock down specific gene expression, the CRISPRi system was established in C. trachomatis. In a proof of principle experiment it was shown that C. trachomatis pCRISPRi:gCdu1III target ChlaDUB1 expression and reduce the protein amount up to 50 %. Knock-down of the DUB did not influence protein levels of anti-apoptotic Mcl-1 and did not make cells susceptible for apoptosis. However, reduced dCas9 protein size, bacterial growth impairment and off target effects interfering with the GFP signal, form obstacles in CRISPRi system in Chlamydia. For routinely use of the CRISPRi method in C. trachomatis further investigation is needed.	
Since the bacterial life cycle includes two morphological and functional distinct forms, it is essential for chlamydial spread to complete the development cycle and form infectious progeny. Therefore, Chlamydia has evolved strategies to evade the host immune system in order to stay undetected throughout the developmental cycle. The bacteria prevent host cell apoptosis via stabilization of anti-apoptotic proteins like Mcl-1, Survivin and HIF-1α and activate pro-survival pathways, inhibiting invasion of immune cells to the site of infection. The host cell itself can destroy intruders via cell specific defense systems that involve autophagy and recruitment of professional immune cells. In this thesis the role of the chlamydial deubiuqitinase ChlaDUB1 upon immune evasion was elucidated. With the mutant strain Ctr Tn-cdu1 that encodes for a truncated DUB due to transposon insertion, it was possible to identify ChlaDUB1 as a potent opponent of the autophagic system. Mutant inclusions were targeted by K48 and K63 chain ubiquitination. Subsequently the inclusion was recognized by autophagic receptors like p62, NBR1 and NDP52 that was reversed again by complementation with the active DUB. Xenophagy was promoted so far as LC3 positive phagosomes formed around the inclusion of Ctr Tn-cdu1, which did not fuse with the lysosome. The detected growth defect in human primary cells of Chlamydia missing the active DUB was not traced back to autophagy, but was due to impaired development and replication. It was possible to identify Ankib1, the E3 ligase, that ubiquitinates the chlamydial inclusion in a siRNA based screen. The activating enzyme Ube1 and the conjugating enzyme Ube2L3 are also essential in this process. Chlamydia have a reduced genome and depend on lipids and nutrients that are translocated from the host cell to the inclusion to proliferate. Recruitment of fragmented Golgi stacks to the inclusion surface was prevented when ChlaDUB1 was inactive, probably causing diminished bacterial growth. Additionally, the modification of the inclusion by Ankib1 and subsequent decoration by autophagic markers was not only present in human but also murine cells. Comparison of other Chlamydia strains and species revealed Ankib1 to be located at the proximity of the inclusion in C. trachomatis strains only but not in C. muridarum or C. pneumoniae, indicating that Ankib1 is specifically the E3 ligase of C. trachomatis. Moreover, the role of ChlaDUB1 in infected tissue was of interest, since ChlaDUB1 protein was also found in early EB stage and so might get in contact with invading immune cells after cell lysis. While bacteria spread and infect new host cells, Chlamydia can also infect immune cells. Infection of human neutrophils with Ctr Tn-cdu1 shows less bacterial survival and affirms the importance of the DUB for bacterial fitness in these cells.
N2  - Chlamydia trachomatis ist weltweit der häufigste Auslöser von sexuell übertragenen Krankheiten. Das obligat intrazelluläre Bakterium manifestiert sich in diversen Krankheitsbildern, darunter Konjunktivitis, die zu einem Trachom oder sogar Erblindung führen kann und Salpingitis oder Urethritis, die unbehandelt unfruchtbar macht. 	
Das CRISPRi System wurde in C. trachomatis etabliert, um genetisch veränderte Bakterien zu bekommen, in denen induzierbar die spezifische Genexpression herunter gefahren werden kann. Es wurde gezeigt, dass in C. trachomatis pCRISPRi:gCdu1III, einem Stamm, der mit der Genexpression von ChlaDUB1 interferiert, die Menge an ChlaDUB1 um bis zu 50 % reduziert ist. Die Sensitivität für Apoptose durch sinkende Mcl-1 Proteinmengen wurde dadurch jedoch nicht wieder hergestellt. Das verkürzte dCas9 Protein, vermindertes bakterielles Wachstum, sowie Effekte auf andere Genexpressionen, wie z.B. das GFP Signal zeigen die Problematik des CRISPRi Systems in C. trachomatis. Um CRISPRi als Routinemethode für genetische Transformation in Chlamydien zu etablieren, stehen noch weitere Untersuchungen an.	
Der Lebenszyklus von Chlamydien zeichnet sich durch zwei morphologisch und funktionell unterschiedliche Stadien aus, weshalb die Vollendung des Lebenszyklus und die Produktion infektiöser Partikel essenziell sind. Daher haben die Pathogene Strategien entwickelt, um dem Immunsystem des Wirts zu entgehen und sich unerkannt in der Zelle zu entwickeln. Die Bakterien verhindern Apoptose infizierter Zellen durch die Stabilisierung von anti-apoptotischen Proteinen wie Mcl-1, Survivin und HIF-1α und aktivieren Überlebens-Signalwege, die die Invasion von Immunzellen in das infizierte Gewebe unterdrücken. Die Wirtszelle selbst ist in der Lage bakterielle Eindringlinge durch die eigenen Abwehrmechanismen wie Autophagie und die Rekrutierung von professionellen Immunzellen zu zerstören. In dieser Arbeit wurde die Rolle der chlamydiellen Deubiquitinase ChlaDUB1 auf die Vermeidungsstrategien vor dem Immunsystem untersucht. Mit Hilfe der Mutante Ctr Tn-cdu1, die durch Insertion eines Transposons für eine verkürzte und inaktive Deubiquitinase codiert, konnte gezeigt werden, dass ChlaDUB1 ein Gegenspieler des Autophagiesystems ist. Die Inklusionen der Mutante wurden mit K48 und K63 Ubiquitinketten modifiziert, was die Rekrutierung von Autophagiemarkern wie p62, NBR1 und NDP52 zur Folge hatte. Die Rekomplementierung mit aktivem ChlaDUB1 Protein hob die Modifikation der Inklusion wieder auf. Jedoch wurde die Xenophagie so weit vorangetrieben, bis sich LC3 positive Phagosomen um die Inklusionen von Ctr Tn-cdu1 bildeten, die allerdings nicht mit dem Lysosom verschmolzen. Das beobachtete Wachstumsdefizit in Chlamydien, die keine funktionelle Deubiquitinase exprimieren, konnte nicht auf die Autophagie zurückgeführt werden, sondern war voraussichtlich aufgrund verlangsamter Entwicklung und Replikation entstanden. 	
In einem siRNA basierten Experiment konnte die E3 Ligase Ankib1 für die Ubiquitinierung der Ctr Tn-cdu1 Inklusion identifiziert werden. Des Weiteren sind das Ubiquitin aktivierende Enzym Ube1 und das Ubiquitin konjugierende Enzym Ube2L3 essentiell für die Modifikation der Inklusion. Da Chlamydien ein reduziertes Genom haben und nicht für alle Enzyme selbst kodieren, sind sie auf Lipide und Metabolite der Wirtszelle für ihr Wachstum angewiesen. Die Rekrutierung der fragmentierten Glogi-Membranen zur Inklusionsoberfläche wurde durch inaktives ChlaDUB1 Protein verhindert, das wahrscheinlich die bakterielle Entwicklung negativ beeinflusst. Des Weiteren ubiquitinierte Ankib1 nicht nur Inklusionen in humanen, sondern auch in murinen Zellen, was auch hier die Bindung von Autophagiemarkern zur Folge hatte. Der Vergleich unter verschiedenen chlamydiellen Serotypen und Arten zeigte, dass Ankib1 nur an Inklusionen von C. trachomatis zu finden war, nicht aber für C. muridarum oder C. pneumoniae. Des Weitern wurde die Rolle von ChlaDUB1 in infiziertem Gewebe genauer betrachtet, da die Protease auch während frühen EB Phasen nachgewiesen wurde, in denen sie Kontakt zu immigrierenden Immunzellen haben könnte. Während der Zelllyse werden Bakterien frei gesetzt, die neue Wirtszellen, aber auch Immunzellen, infizieren können. Die Infektion von humanen Neutrophilen mit Ctr Tn-cdu1 zeigte vermindertes bakterielles Wachstum und verdeutlicht die Bedeutung von ChlaDUB1 für das Überleben in diesen Immunzellen.
KW  - Chlamydia
KW  - Golgi
KW  - ChlaDUB1
KW  - Cdu1
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178462
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TY  - THES
A1  - Claßen, Alexandra
T1  - The ERK-cascade in the pathophysiology of cardiac hypertrophy
T1  - Die ERK-Kaskade in der Pathophysiologie der Herzhypertrophie
N2  - ERK1/2 are known key players in the pathophysiology of heart failure, but the members of the ERK cascade, in particular Raf1, can also protect the heart from cell death and ischemic injury. An additional autophosphorylation (ERK1 at Thr208, ERK2 at Thr188) empowers ERK1/2 translocation to the nucleus and phosphorylation of nuclear targets which take part in the development of cardiac hypertrophy. Thereby, targeting this additional phosphorylation is a promising pharmacological approach. 
In this thesis, an in silico model of ERK cascade in the cardiomyocyte is introduced. The model is a semi-quantitive model and its behavior was tested with different softwares (SQUAD and CellNetAnalyzer). Different phosphorylation states of ERK1/2 as well as different stimuli can be reproduced. The different types of stimuli include hypertrophic as well as non-hypertrophic stimuli. With the introduced in-silico model time courses and synergistic as well as antagonistic receptor stimuli combinations can be predicted. The simulated time courses were experimentally validated. SQUAD was mainly used to make predictions about time courses and thresholds, whereas CNA was used to analyze steady states and feedback loops. 
Furthermore, new targets of ERK1/2 which partially contribute, also in the formation of cardiac hypertrophy, were identified and the most promising of them were illuminated. Important further targets are Caspase 8, GAB2, Mxi-2, SMAD2, FHL2 and SPIN90. 
Cardiomyocyte gene expression data sets were analyzed to verify involved components and to find further significantly altered genes after induced hypertrophy with TAC (transverse aortic constriction). Changes in the ultrastructure of the cardiomyocyte are the final result of induced hypertrophy.
N2  - ERK1/2 sind bekannte Schlüsselfiguren bei der Entstehung der Herzinsuffizienz. Weitere Komponenten der ERK-Kaskade, insbesondere Raf1, können das Herz jedoch vor Zelltod und ischämischem Schaden schützen. Eine zusätzliche Autophosphorylierung von ERK1 an Thr208 bzw. von ERK2 an Thr188 ermöglicht ERK1/2 die Translokation zum Zellkern und  befähigt ERK dort zur Phosphorylierung von nukleosolischen  Zielproteinen,  welche eine Herzmuskelhypertrophie auslösen. Daher erscheint diese zusätzliche Autophosphorylierung als eine vielversprechende pharmakologische Zielstruktur.
In dieser Arbeit wird ein in-silico Modell der ERK-Kaskade im Kardiomyozyten präsentiert. Das Modell ist ein semi-quantitatives Modell und wurde mit den Programmen SQUAD und CellNetAnalyzer getestet. Verschiedene Phosphorylierungs-Zustände von ERK1/2 als auch verschiedene Stimuli (hypertrophe als auch nicht-hypertrophe) können mit dem Modell reproduziert werden. Mit dem präsentierten in-silico Modell können sowohl zeitliche Abläufe als auch synergistische und antagonistische Effekte vorhergesagt werden. Die simulierten zeitlichen Abläufe wurden durch in-vitro Experimente validiert. SQUAD wurde hauptsächlich für die Modellierung von  zeitlichen Abläufen und Schwellenwerte genutzt, wohingegen CellNetAnalyzer vor allen Dingen zur Analyse von Fließgleichgewichten und Rückkopplungs-Mechanismen genutzt wurde. 
Darüberhinaus wurden Zielstrukturen von ERK1/2, welche zusätzlich an der Entstehung der Herzhypertrophie mitwirken, identifiziert. Diese umfassen unter anderem Caspase 8, GAB2, Mxi-2, SMAD2, FHL2 und SPIN90.
Gen-Expressions-Datensätze von Kardiomyozyten nach TAC (transverse aortic constriction) wurden analysiert. Diese wurden mit den im Model vorhandenen Strukturen verglichen und signifikant veränderte Expressionslevel wurden identifiziert. Veränderungen der Ultrastruktur des Kardiomyozyten sind das Ergebnis der induzierten Hypertrophie.
KW  - Herzhypertrophie
KW  - Systembiologie
KW  - ERK-cascade
KW  - ERK-Kaskade
KW  - cardiac hypertrophy
KW  - in-silico model
KW  - In-silico Modell
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-229664
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TY  - THES
A1  - Beer, Katharina
T1  - A Comparison of the circadian clock of highly social bees (\(Apis\) \(mellifera\)) and solitary bees (\(Osmia\) \(spec.\)): Circadian clock development, behavioral rhythms and neuroanatomical characterization of two central clock components (PER and PDF)
T1  - Ein Vergleich der Inneren Uhr von sozialen Bienen (\(Apis\) \(mellifera\)) und solitären Bienen (\(Osmia\) \(spec.\)): Entwicklung der circadianen Uhr, Verhaltensrhythmen und neuroanatomische Beschreibung von zwei zentralen Uhr Komponenten (PER und PDF)
N2  - Summary
Bees, like many other organisms, evolved an endogenous circadian clock, which enables them to foresee daily environmental changes and exactly time foraging flights to periods of floral resource availability. The social lifestyle of a honey bee colony has been shown to influence circadian behavior in nurse bees, which do not exhibit rhythmic behavior when they are nursing. On the other hand, forager bees display strong circadian rhythms. Solitary bees, like the mason bee, do not nurse their offspring and do not live in hive communities, but face the same daily environmental changes as honey bees. Besides their lifestyle mason and honey bees differ in their development and life history, because mason bees overwinter after eclosion as adults in their cocoons until they emerge in spring. Honey bees do not undergo diapause and have a relatively short development of a few weeks until they emerge. In my thesis, I present a comparison of the circadian clock of social honey bees (Apis mellifera) and solitary mason bees (Osmia bicornis and Osmia cornuta) on the neuroanatomical level and behavioral output level.
I firstly characterized in detail the localization of the circadian clock in the bee brain via the expression pattern of two clock components, namely the clock protein PERIOD (PER) and the neuropeptide Pigment Dispersing Factor (PDF), in the brain of honey bee and mason bee. PER is localized in lateral neuron clusters (which we called lateral neurons 1 and 2: LN1 and LN2) and dorsal neuron clusters (we called dorsal lateral neurons and dorsal neurons: DLN, DN), many glia cells and photoreceptor cells. This expression pattern is similar to the one in other insect species and indicates a common ground plan of clock cells among insects. In the LN2 neuron cluster with cell bodies located in the lateral brain, PER is co-expressed with PDF. These cells build a complex arborization network throughout the brain and provide the perfect structure to convey time information to brain centers, where complex behavior, e.g. sun-compass orientation and time memory, is controlled. The PDF arborizations centralize in a dense network (we named it anterio-lobular PDF hub: ALO) which is located in front of the lobula. In other insects, this fiber center is associated with the medulla (accessory medulla: AME). Few PDF cells build the ALO already in very early larval development and the cell number and complexity of the network grows throughout honey bee development. Thereby, dorsal regions are innervated first by PDF fibers and, in late larval development, the fibers grow laterally to the optic lobe and central brain. The overall expression pattern of PER and PDF are similar in adult social and solitary bees, but I found a few differences in the PDF network density in the posterior protocerebrum and the lamina, which may be associated with evolution of sociality in bees.
Secondly, I monitored activity rhythms, for which I developed and established a device to monitor locomotor activity rhythms of individual honey bees with contact to a mini colony in the laboratory. This revealed new aspects of social synchronization and survival of young bees with indirect social contact to the mini colony (no trophalaxis was possible). For mason bees, I established a method to monitor emergence and locomotor activity rhythms and I could show that circadian emergence rhythms are entrainable by daily temperature cycles. Furthermore, I present the first locomotor activity rhythms of solitary bees, which show strong circadian rhythms in their behavior right after emergence. Honey bees needed several days to develop circadian locomotor rhythms in my experiments. I hypothesized that honey bees do not emerge with a fully matured circadian system in the hive, while solitary bees, without the protection of a colony, would need a fully matured circadian clock right away after emergence. Several indices in published work and preliminary studies support my hypothesis and future studies on PDF expression in different developmental stages in solitary bees may provide hard evidence.
N2  - Zusammenfassung
Bienen, sowie viele andere Organismen, evolvierten eine innere circadiane Uhr, die es ihnen ermöglicht, tägliche Umweltveränderungen voraus zu sehen und ihre Foragierflüge zu Tageszeiten durchzuführen, wenn sie möglichst viele Blüten besuchen können. Es zeigte sich, dass der soziale Lebensstil der Honigbiene Einfluss auf das rhythmische Verhalten der Ammenbienen hat, die während der Brutpflege keinen täglichen Rhythmus im Verhalten aufweisen. Sammlerbienen auf der anderen Seite zeigen ein stark rhythmisches Verhalten. Solitäre Bienen, wie die Mauerbiene, betreiben keine Brutpflege und leben nicht in einer Staatengemeinschaft, aber sind den gleichen Umweltveränderungen ausgesetzt. Nicht nur Lebensstil, sondern auch Entwicklung und Lebenszyklus unterscheiden sich zwischen Honig- und Mauerbienen. Mauerbienen überwintern als adulte Insekten in einem Kokon bis sie im Frühjahr schlüpfen. Honigbienen durchleben keine Diapause und schlüpfen nach wenigen Wochen der Entwicklung im Bienenstock. In meiner Dissertation vergleiche ich die circadiane Uhr von sozialen Honigbienen (Apis mellifera) und solitären Mauerbienen (Osmia bicornis und Osmia cornuta) auf Ebene der Neuroanatomie und das durch die innere Uhr verursachte rhythmische Verhalten.
Erstens charakterisierte ich detailliert die Lage der circadianen Uhr im Gehirn von Honig- und Mauerbiene anhand des Expressionsmusters von zwei Uhrkomponenten. Diese sind das Uhrprotein PERIOD (PER) und das Neuropeptid Pigment Dispersing Factor (PDF). PER wird exprimiert in lateralen Neuronen-Gruppen (die wir laterale Neurone 1 und 2 nannten: LN1 und LN2) und dorsalen Neuronen-Gruppen (benannt dorsal laterale Neurone und dorsale Neurone: DLN und DN), sowie in vielen Gliazellen und Fotorezeptorzellen. Dieses Expressionsmuster liegt ähnlich in anderen Insektengruppen vor und deutet auf einen Grundbauplan der Inneren Uhr im Gehirn von Insekten hin. In der LN2 Neuronen-Gruppe, deren Zellkörper im lateralen Gehirn liegen, sind PER und PDF in den gleichen Zellen co-lokalisiert. Diese Zellen bilden ein komplexes Netzwerk aus Verzweigungen durch das gesamte Gehirn und liefern damit die perfekte Infrastruktur, um Zeitinformation an Gehirnregionen weiterzuleiten, die komplexe Verhaltensweisen, wie Sonnenkompass-Orientierung und Zeitgedächtnis, steuern. Alle PDF Neuriten laufen in einer anterior zur Lobula liegenden Region zusammen (sie wurde ALO, anterio-lobular PDF Knotenpunkt, genannt). Dieser Knotenpunkt ist in anderen Insekten mit der Medulla assoziiert und wird akzessorische Medulla (AME) genannt. Wenige PDF Zellen bilden bereits im frühen Larvalstadium diesen ALO und die Zellzahl sowie die Komplexität des Netzwerks wächst die gesamte Entwicklung der Honigbiene hindurch. Dabei werden zuerst die dorsalen Gehirnregionen von PDF Neuronen innerviert und in der späteren Larvalentwicklung wachsen die Neurite lateral in Richtung der optischen Loben und des Zentralgehirns. Das generelle Expressionsmuster von PER und PDF in adulten sozialen und solitären Bienen ähnelt sich stark, aber ich identifizierte kleine Unterschiede in der PDF Netzwerkdichte im posterioren Protocerebrum und in der Lamina. Diese könnten mit der Evolution von sozialen Bienen assoziiert sein.
Zweitens entwickelte und etablierte ich eine Methode, Lokomotionsrhythmen von individuellen Bienen im Labor aufzunehmen, die in Kontakt mit einem Miniaturvolk standen. Diese Methode enthüllte neue Aspekte der sozialen Synchronisation unter Honigbienen und des Überlebens von jungen Bienen, die indirekten sozialen Kontakt zu dem Miniaturvolk hatten (Trophalaxis war nicht möglich). Für Mauerbienen etablierte ich eine Methode Schlupf- und lokomotorische Aktivitätsrhythmik aufzuzeichnen und konnte damit zeigen, dass tägliche Rhythmen im Schlupf durch Synchronisation der circadianen Uhr in Mauerbienen durch Tagestemperatur-Zyklen erzielt werden kann. Des Weiteren präsentiere ich die ersten lokomotorischen Aktivitätsrhythmen von solitären Bienen, die sofort nach ihrem Schlupf einen starken circadianen Rhythmus im Verhalten aufwiesen. Honigbienen brauchten in meinen Experimenten mehrere Tage, um circadiane Rhythmen in Lokomotion zu entwickeln. Ich erstellte die Hypothese, dass Honigbienen zum Zeitpunkt des Schlupfes im Bienenvolk ein noch nicht vollständig ausgereiftes circadianes System besitzen, während solitäre Bienen, die ohne den Schutz eines Volkes sind, direkt nach dem Schlupf eine vollständig ausgereifte Uhr brauchen. Mehrere Hinweise in Publikationen und Vorversuchen unterstützen meine Hypothese. Zukünftige Studien der Entwicklung des PDF Neuronen-Netzwerkes in solitären Bienen unterschiedlicher Entwicklungsstufen könnten dies nachweisen.
KW  - Chronobiologie
KW  - circadian rhythms
KW  - honeybee
KW  - Mauerbiene
KW  - Neuroanatomie
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-159765
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TY  - THES
A1  - Heiby, Julia
T1  - Insight into molecular mechanisms of folding and self-association of spider silk protein domains
T1  - Einblicke in molekulare Mechanismen der Faltung und Selbstassoziation von Spinnenseidenproteindomänen
N2  - Spider silk is a biomaterial of extraordinary toughness paired with elasticity. The assembly of silk proteins, so-called spidroins (from “spider” and “fibroin”), generates the silk threads we typically see in our garden or the corners of our houses. Although spider webs from different species vary considerably in geometry and size, many sections of spidroin sequences are conserved. Highly conserved regions, found in all spidroins, relate to the terminal domains of the protein, i.e., the N-terminal (NTD) and C-terminal domains (CTD). Both have an essential function in the silk fibre association and polymerisation.
The NTD is a 14 kDa five-helix bundle, which self-associates via a pH-driven mechanism. This process is critical for starting the polymerisation of the fibre. However, detailed insights into how conserved this mechanism is in different species and the quantitative thermodynamic comparison between homologous NTDs was missing. For this reason, four homologous NTDs of the major ampullate gland (MaSp) from spider species Euprosthenops australis, Nephila clavipes, Latrodectus hesperus, and Latrodectus geometricus were investigated. I analysed and quantified equilibrium thermodynamics, kinetics of folding, and self-association. Methods involved dynamic light scattering (MALS), stopped-flow fluorescence and circular dichroism spectroscopy in combination with thermal and chemical denaturation experiments. The results showed conserved, cooperative two-state folding on a sub-millisecond time scale. All homologous NTDs showed a similarly fast association in the order of 10^9 M^−1 s^−1, while the resulting equilibrium dissociation constants were in the low nanomolar range. Electrostatic forces were found to be of great importance for protein association. Monomeric protein stability increased with salt concentration while enhancing its folding speed. However, due to Debye-Hückel effects, we found intermolecular electrostatics to be shielded, which reduced the NTDs association capacity significantly at high ionic strength. Altogether, the energetics and kinetics of the NTD dimerisation was conserved for all analysed homologs.
Comparable to the NTD, the spider silks CTD is also a α-helix bundle, which covalently links two spidroins. The orientation of the domains predetermines the future fibre geometry. Here again, the detailed quantitative characterisation of the folding and dimerisation was missing. Therefore, the CTD from the E. australis was analysed in-depth. The protein folded via a three-state mechanism and was placed in the family of knotted proteins. 
By analysing the amino acid composition of the NTD of the MaSp1 of the Euprosthenops australis, we found an unusually high content of methionine residues (Met). To elucidate why this protein exhibits so many Met residues, I mutated all core Mets simultaneously to leucine (Leu). Results revealed a dramatically stabilised NTD, which now folded 50 times faster. After solving the tertiary structure of the mutant by NMR (nuclear magnetic resonance) spectroscopy, the structure of the monomeric mutant was found to be identical with the wild-type protein. However, when probing the dimerisation of the NTD, I could show that the association capacity was substantially impaired for the mutant. Our findings lead to the conclusion that Met provides the NTD with enhanced conformational dynamics and thus mobilises the protein, which results in tightly associated dimers. In additional experiments, I first re-introduced new Met residues into the Met-depleted protein at sequence positions containing native Leu. Hence, the mutated NTD protein was provided with the same number of Leu, which were previously removed by mutation. However, the protein did not regain wild-type characteristics. The functionality was not restored, but its stability was decreased as expected. To probe our hypothesis gained from the MaSp NTD, I transferred the experiment to another protein, namely the Hsp90 chaperone. Therefore, I incorporated methionine residues in the protein, which resulted in a slight improvement of its function.
Finally, trial experiments were performed aiming at the synthesis of shortened spidroin constructs containing less repetitive middle-segments than the wild-type protein. The objective was to study the findings of the terminal domains in the context of an intact spidroin. The synthesis of these engineered spidroins was challenging. Nevertheless, preliminary results encourage the assumption that the characteristics observed in the isolated domains hold true in the context of a full-length spidroin.
N2  - Spinnenseide ist ein Biomaterial mit außergewöhnlicher Widerstandsfähigkeit welche gepaart ist mit Elastizität. Das Zusammenfügen von Seidenproteinen aus so ge-nannten Spidroinen (ein Kunstwort aus „Spinne“ und „Fibroin“) erzeugt die Seiden-fäden, die wir typischerweise in unseren Gärten oder in den Ecken unserer Häuser finden. Obwohl Spinnennetze von verschiedenen Spinnenarten in Geometrie und Größe stark variieren, sind große Teile der Spidroin-Sequenzen konserviert. Stark konservierte Bereiche, die in allen Spidroinen vorkommen, sind die endständigen Bereiche des Proteins, die N-terminale (NTD) und C-terminale Domäne (CTD) ge-nannt werden. Beide haben wichtige Funktionen in der Assoziation der Proteine im Spinnkanal und deren Polymerisation zur Ausbildung des Seidenfadens.
Die NTD ist ein kleines 14 kDa Protein, bestehend aus einem Bündel aus fünf Helices, dessen Selbstorganisation pH-abhängig ist. Dieser Prozess leitet die Poly-merisation der Faser ein. Allerdings fehlten bis heute Informationen darüber, ob dieser Mechanismus bei homologen Domänen aus verschiedenen Spinnenarten konser¬viert ist, da kaum quantitative biophysikalische Daten vorhanden sind. Aus diesem Grund wurden vier homologe NTDs der Spinnenarten Euprosthenops australis, Nephila clavipes, Latrodectus hesperus und Latrodectus geometricus vergleichend untersucht und deren Gleichgewichts-Thermodynamik, die Kinetik der Faltung und die Selbstassoziation quantitativ analysiert. Dazu wurden Methoden wie dynamische Mehrwinkel-Lichtstreuung (MALS), Stopped-Flow Fluoreszenz-spektroskopie und Zirkulardichroismus in Kombination mit thermischen und chemischen Denaturierungs¬experimenten angewandt. Die Ergebnisse lieferten die Erkenntnis einer kooperativen Zwei-Zustands-Faltung, die auf einer Zeitskala von weniger als einer Millisekunde stattfand. Alle homologen NTDs zeigten eine schnelle Assoziationsratenkonstante in der Größenordnung von 10^9 M^-1 s^-1, während die Gleichgewichts-Dissoziationskonstante für alle Homologe im nied¬rigen nano-molaren Bereich lag. Die Proteinassoziation wurde durch elektrostatische Kräfte gesteuert, wobei hohe Salzkonzentrationen die Stabilität des monomeren Proteins und dessen Faltungsgeschwindigkeit erhöhten. Die Assoziation zweier Domänen wurde jedoch durch Abschirmung intermolekularer elektrostatischer Kräfte, dem Debye-Hückel-Gesetz zufolge, reduziert. Die Energetik und Kinetik der NTD-Dimerisierung aller untersuchten Homologen erwies sich konserviert.
Ebenso wie die NTD, ist auch die CTD der Spinnenseide ein α-helikales Bündel, welche jedoch zwei Spidroine kovalent miteinander verbindet. Die Orientierung der verknüpften Domäne bestimmt bereits die zukünftige Faserstruktur. Ähnlich wie bei der NTD, waren Faltung und Dimerisierung der CTD bisher nicht im Detail be-schrieben. Durch eine detaillierte Analyse der CTD der E. australis konnte gezeigt werden, dass das Protein sich in einem dreistufigen Mechanismus faltet und außerdem der Familie der geknoteten Proteine angehört.
Bei genauerer Betrachtung der Aminosäurezusammensetzung der E. australis NTD konnte ein ungewöhnlich hoher Anteil der Aminosäure Methionin (Met) festge¬stellt werden. Um diesen überraschenden Sachverhalt zu verstehen, habe ich alle im Kern liegenden Met zu Leucin (Leu) mutiert. Die Ergebnisse zeigten eine extrem stabilisierte NTD, welche sich nun 50-fach schneller faltete. Die Protein¬struktur der Mutante wurde in Lösung mittels NMR Spektroskopie ermittelt. Das Ergebnis lieferte deckungsgleiche Strukturen von Mutante und Wildtyp im monomeren Zustand. Allerdings zeigten NTD Dimerisierungs-Versuche, dass die Assoziations-fähigkeit der Mutante erheblich beeinträchtigt war. Untersuchungen der nativen Dynamik mittels NMR und Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie zeigten, dass Met diese entscheidend verstärkt, was zu einem eng assoziierten Dimer führte. Im Versuch die Dynamik wieder künstlich herzustellen, habe ich neue Met in die Mutante eingeführt, auf Sequenzpositionen welche natürlicherweise Leu aufweisen. Somit wurde die ursprüngliche Anzahl an Met in der NTD wiederher¬gestellt, jedoch an anderen Positionen. Obwohl das Protein wie erwartet an Stabilität verlor, konnte dessen Funktionalität nicht wiederhergestellt werden. Um unsere Erkenntnisse auf andere Proteine zu übertragen, wurden Met Reste künstlich in ein Hsp90 Protein eingeführt. Es konnte eine leicht verbesserte Funktionalität des Proteins beobachtet werden.
Schließlich wurde versucht, die für die CTD und NTD gewonnen Erkenntnisse auf intakte, jedoch verkürzte Spidroine zu übertragen. Dazu wurden Spidroine mit weniger repetitiven Mittelsegmenten mittels rekombinanten Methoden hergestellt. Die Synthese dieser Spidroine erwies sich als Herausforderung. Allerdings zeigten die vorläufigen Ergebnisse, dass eine Verallgemeinerung der Erkenntnisse der isolierten Domänen auf das Volllängen-Spidroin möglich ist.
KW  - Spinnenseide
KW  - Fluoreszenzspektroskopie
KW  - Terminale Domaine
KW  - Spider Silk
KW  - Fluorescence spectroscopy
KW  - Terminal domains
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193455
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TY  - THES
A1  - Lapuente, Juan M.
T1  - The Chimpanzees of the Comoé National Park, Ivory Coast. Status, distribution, ecology and behavior
T1  - Die Schimpansen im Comoé Nationalpark, Elfenbeinküste. Status, Verbreitung, Ökologie und Verhalten
N2  - Although wild chimpanzees (Pan troglodytes) have been studied intensely for more than 50 years, there are still many aspects of their ecology and behavior that are not well understood. Every time that a new population of chimpanzees has been studied, new behaviors and unknown aspects of their ecology have been discovered. All this accumulated knowledge is helping us to piece together a model of how could last human and chimpanzee common ancestors have lived and behaved between seven and five million years ago. Comoé chimpanzees had never been studied in depth, until we started our research in October 2014, only a few censuses had been realized. The last surveys prior our work, stated that the population was so decimated that was probably functionally extinct. When we started this research, we had to begin with a new intensive survey, using new methods, to ascertain the real status and distribution of the chimpanzees living in Comoé National Park (CNP). During the last five years, we have realized a deep study aiming to know more about their ecology and behavior. We combined transects and reconnaissance marches (recces) with the use of camera traps, for the first time in CNP, obtaining a wealth of data that is not fully comprised in this dissertation. With this research, we determined that there is a sustainable continuous population of Western chimpanzees (Pan troglodytes verus) in CNP and the adjacent area of Mont Tingui, to the West, with a minimum of 127 weaned chimpanzees living in our main 900 km2 study area, SW of CNP. We found that this population is formed by a minimum of eight different chimpanzee communities, of which we studied seven, four of them more in detail. These chimpanzees spent much more time in the forest than in the savanna habitats.
	We also found that Comoé chimpanzees consumed at least 58 different food items in their dit, which they obtained both from forest and savanna habitats. Another finding was that insectivory had an important role in their diet, with at least four species of ants, three of termites and some beetle larvae. These chimpanzees also hunted at least three species of monkeys and maybe rodents and duikers and occasionally consumed the big land snails of genus Achatina. We found that, during the fruit scarcity period in the late rainy season, they intensely consumed the cambium of Ceiba pentandra, as fallback food, much more than the bark or cambium of any other tree species. Another interesting finding was that all the chimpanzees in the studied area realized this particular bark-peeling behavior and had been repeatedly peeling the trees of this species for years. This did not increase tree mortality and the damage caused to the trees was healed in two years, not reducing the growth, thus being a sustainable use of the trees. We found that Comoé chimpanzees produced and used a great variety of tools, mainly from wooden materials, but also from stone and herbaceous vegetation.
	Their tool repertory included stick tools to dip for Dorylus burmeisteri ants, to fish for Camponotus and Crematogaster ants, to dip for honey, mainly from Meliponini stingless bees, but sometimes from honey bees (Apis mellifera). It also included the use of stick tools to fish termites of Macrotermes subhyalinus and Odontotermes majus (TFTs), to dip for water from tree holes and investigatory probes for multiple purposes. Additionally, these chimpanzees used leaf-sponges to drink from tree holes and to collect clayish water from salt-licks. They also used stones to hit the buttresses of trees during displays, the so called accumulative stone throwing behavior and probably used stones as hammers, to crack open hard-shelled Strichnos spinosa and Afraegle paniculata fruits and Achatina snails. The chimpanzees also used objects that are not generally accepted as animal tools, for being attached to the substrate, with different purposes: they drummed buttresses of trees with hands and/or feet to produce sound during male displays and they pounded open hard-shelled fruits, Achatina snails and Cubitermes termite mounds on stone or root anvils. We finally measured the stick tools and found significant differences between them suggesting that they were specialized tools made specifically for every purpose. We studied more in detail the differences between apparently similar tools, the honey dipping tools and the water dipping tools, often with brushes made at their tips to collect the fluids. These last tools were exclusive from Comoé and have not been described at any other site. We found that total length, diameter and brush length were significantly different, suggesting that they were specialized tools. We concluded that Comoé chimpanzees had a particular culture, different from those of other populations of Western chimpanzees across Africa. Efficient protection, further research and permanent presence of research teams are required to avoid that this unique population and its culture disappears by the poaching pressure and maybe by the collateral effects of climate change.
N2  - Obwohl wild lebende Schimpansen (Pan troglodytes) seit mehr als 50 Jahren intensiv untersucht werden, gibt es noch zahlreiche Aspekte ihrer Ökologie und ihres Verhaltens, die nicht gut verstanden werden. Jedes Mal, wenn eine neue Population von Schimpansen studiert wurde, wurden neue Verhaltensweisen und unbekannte Aspekte ihrer Ökologie entdeckt. All dieses gesammelte Wissen hilft uns, ein Modell zu erstellen, wie lange die gemeinsamen Vorfahren von Menschen und Schimpansen vor sieben bis fünf Millionen Jahren gelebt und sich verhalten haben könnten. Als wir im Oktober 2014 mit unserer Forschung begannen waren die Comoé-Schimpansen, bis auf einige Populations-Zensus von Schimpansen in der Elfenbeinküste, noch nie eingehend untersucht worden. Die letzte Zählung bevor unsere Arbeit began ergab, dass die Schimansenpopulation so stark dezimiert war, dass sie als funktionell ausgestorben erarchtet werden konnte. Zum Beginn unserer Forschung, führten wir zuerst mit neusten Methoden einen neuen detailierten Zensus durch, um den tatsächlichen Status und die Verteilung der im Comoé-Nationalpark (CNP) lebenden Schimpansen zu ermitteln. In den folgenden fünf Jahren haben wir zudem eine umfassende Studie durchgeführt, um mehr über ihre Ökologie und ihr Verhalten zu erfahren. Wir haben im CNP erstmals systematische Transekte und Datenerhebungen mittels Kamerafallen kombiniert, um eine Fülle von Erkenntnissen zu erhalten, die in dieser Dissertation nicht vollständig enthalten sind. Wir stellten fest, dass es in CNP und dem westlich angrenzenden Gebiet des Mont Tingui nach wie vor eine nachhaltige und kontinuierliche Population westlicher Schimpansen (Pan troglodytes verus) existiert, wobei mindestens 131 adulte (entwöhnte) Schimpansen in unserem 900 km² großen Hauptuntersuchungsgebiet südwestlich des CNP leben. Diese Population besteht aus mindestens acht verschiedenen Schimpansengruppen, von denen wir sieben untersuchten, vier davon genauer. Wir konnten zeigen dass diese Schimpansen deutlich mehr Zeit im Wald als in den angrenzenden Savannenhabitaten verbringen. Wir stellten fest, dass Comoé-	Schimpansen mindestens 58 verschiedene Futtermittel aus Wald- als auch aus Savannenhabitaten nutzen. Zudem spielt der Konsum von Insekten, bestelhend aus mindestens vier Ameisen-, drei Termiten- und verschiedenene Käferlarven eine wichtige Rolle in ihrem Ernährungsreportoire. Die Comoé-Schimpansen jagen zudem mindestens drei Affena sowie möglicherweise Nagetiere und Duiker, und fraßen gelegentlich die großen Schnecken der Gattung Achatina. Wir fanden heraus, dass sie den typischen Mangel an reifen Fuechten in der \späten Regenzeit durch den intensiven Konsum der Rinde (Kambium) von Ceiba pentandra kompensieren. Alle Schimpansen im untersuchten Gebiet zeigten dieses besondere Verhalten, bei dem sie die Rinde von Ceiba Bäumen schälen. Wir konnte zeigen, dass die Schimpansen diese Bäume seit Jahren wiederholt geschält hatten, was offenbar den Bäumen keinen nachhaltigen Schaden zugefügte. Innerhalb von zwei Jahren ware die Schäden geheilt and das Wachstum nicht verringert, was schlussfolgern lässt dass die Nutzung der Baumrinde nachhaltig ist. Wir fanden heraus, dass Comoé-Schimpansen eine Vielzahl von Werkzeugen aus Vegetation aber auch Steinen herstellten und verwendeten. Das Werkzeugrepertoire umfasste Stöckchen zur Gewinning von on Ameisen der Art Dorylus burmeisteri, sowie Ameisen der Gattungen Camponotus und Crematogaster, aber auch von Bienenhonig produziert von der stachellosen Gattung Melipoa sowie von Apis mellifera. Die Schimpansen nutzen ausserdem Pflanzenwerkzeuge zum Termitenfischen von Macrotermes subhyalinus und Odontotermes majus, um an das Wasser in Baumvertiefungen zu gelangen, sowie für diverse andere Untersuchungszwecke. Zusätzlich verwenden die Comoé-Schimpansen Blattschwämme, um aus Baumlöchern zu trinken und lehmiges Wasser von den Salzlecken zu sammeln.
	Im Rahmen ihres Imponierverhaltens schleuden sie Steine an die Brettwurzeln spezieller grosser Bäume, ein neu entdecktes Verhalten das als akkumulatives Steinerfen bezeichnet wird. Es ist wahrscheinlich dass sie Steine auch als Hammerwerkzeuge nutzen, um hartschalige Früchte wie Strichnos spinosa und Afraegle paniculata sowie grosse Landschnecken aufzubrechen. Die Schimpansen verwenden Gegenstände auch in anderen Zusammenhängen, die nicht unbedingt als Werkzeuggebrauch definiert werden können: Sie trommlen im Rahmen vom männlichen Imponierverhalten laut mit Händen und Füßen auf die Brettwurzeln von Bäumen, und zerschmettern harte Früchte, Schneckenhäuser und Cubitermes-Termitenhügel auf Ambossen aus Gestein oder Wurzeln.
	Wir haben signifikante Unterschiede beim Vermessen der Stabwerkzeuge festgestellt, was darauf hindeutet, dass es sich um Spezialwerkzeuge handelt, die speziell für verschiedene Zwecke hergestellt werden. Wir haben insbesondere die Unterschiede zwischen scheinbar ähnlichen Pinselwerkzeugen für den Konsum von Flüssigkeiten (H zu verhindern, sowie die möglichen Nebeneffekte des Klimawandels zu dokumentieren.onig, Wasser) genauer untersucht. Diese Pinselwerkzeuge der Comoé-Schimpansen sind offenbar einzigartig und bislang nicht in der Literatur beschrieben. Gesamtlänge, Durchmesser und Bürstenlänge weichen je nach Verwendungszweck der Pinsel erheblich voneinander ab, was darauf hindeutet, dass es sich um Spezialwerkzeuge handelt. Wir schlussfolgern, dass die Kultur der Comoé-Schimpansen einzigartig innerhalb der der westlichen Schimpansen ist. Um diese einzigartige Population von Schimpansen effektiv zu schützen benötigt es weitere Forschung sowie die ständige Präsenz von Forschungsteams, um Wilderei
KW  - Chimpanzee
KW  - ecology
KW  - distribution
KW  - behavior
KW  - Comoé National Park
KW  - tool-use
KW  - primate
KW  - tool
KW  - diet
KW  - habitat
KW  - Parc National de la Comoé
KW  - Schimpanse
KW  - Verhalten
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-223180
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heidrich, Lea
T1  - The effect of environmental heterogeneity on communities
T1  - Der Einfluss von Heterogenität in Umweltbedingungen auf Artgemeinschaften
N2  - How diversity of life is generated, maintained, and distributed across space and time is the central question of community ecology. Communities are shaped by three assembly processes: (I) dispersal, (II) environ-mental, and (III) interaction filtering. Heterogeneity in environmental conditions can alter these filtering processes, as it increases the available niche space, spatially partitions the resources, but also reduces the effective area available for individual species. Ultimately, heterogeneity thus shapes diversity. However, it is still unclear under which conditions heterogeneity has positive effects on diversity and under which condi-tions it has negative or no effects at all. In my thesis, I investigate how environmental heterogeneity affects the assembly and diversity of diverse species groups and whether these effects are mediated by species traits. 
In Chapter II, I first examine how much functional traits might inform about environmental filtering pro-cesses. Specifically, I examine to which extent body size and colour lightness, both of which are thought to reflect the species thermal preference, shape the distribution and abundance of two moth families along elevation. The results show, that assemblages of noctuid moths are more strongly driven by abiotic filters (elevation) and thus form distinct patterns in colour lightness and body size, while geometrid moths are driven by biotic filters (habitat availability), and show no decline in body size nor colour lightness along elevation. Thus, one and the same functional trait can have quite different effects on community assembly even between closely related taxonomic groups. 
In Chapter III, I elucidate how traits shift the relative importance of dispersal and environmental filtering in determining beta diversity between forests. Environmental filtering via forest heterogeneity had on aver-age higher independent effects than dispersal filtering within and among regions, suggesting that forest heterogeneity determines species turnover even at country-wide extents. However, the relative importance of dispersal filtering increased with decreasing dispersal ability of the species group. From the aspects of forest heterogeneity covered, variations in herb or tree species composition had overall stronger influence on the turnover of species than forest physiognomy. Again, this ratio was influenced by species traits, namely trophic position, and body size, which highlights the importance of ecological properties of a taxo-nomic group in community assembly.
In Chapter IV, I assess whether such ecological properties ultimately determine the level of heterogeneity which maximizes species richness. Here, I considered several facets of heterogeneity in forests. Though the single facets of heterogeneity affected diverse species groups both in positive and negative ways, we could not identify any generalizable mechanism based on dispersal nor the trophic position of the species group which would dissolve these complex relationships.
In Chapter V, I examine the effect of environmental heterogeneity of the diversity of traits itself to evalu-ate, whether the effects of environmental heterogeneity on species richness are truly based on increases in the number of niches. The results revealed that positive effects of heterogeneity on species richness are not necessarily based on an increased number of niches alone, but proposedly also on a spatially partition of resources or sheltering effects. While ecological diversity increased overall, there were also negative trends which indicate filtering effects via heterogeneity.
In Chapter VI, I present novel methods in measuring plot-wise heterogeneity of forests across continental scales via Satellites. The study compares the performance of Sentinel-1 and LiDar-derived measurements in depicting forest structures and heterogeneity and to their predictive power in modelling diversity. Senti-nel-1 could match the performance of Lidar and shows high potential to assess free yet detailed infor-mation about forest structures in temporal resolutions for modelling the diversity of species.
Overall, my thesis supports the notion that heterogeneity in environmental conditions is an important driv-er of beta-diversity, species richness, and ecological diversity. However, I could not identify any general-izable mechanism which direction and form this effect will have.
N2  - Eine zentrale Frage in der Ökologie ist es, wie die Diversität von Artgemeinschaften generiert, aufrecht-erhalten, und über Zeit und Raum verteilt wird. Die Zusammensetzung von Artgemeinschaften wird durch drei Prozesse bestimmt, die einzelne Arten herausfiltern: (I) Ausbreitung, sowie (II) Umweltbedin-gungen und (III) Interaktionen mit anderen Arten. Heterogenität in Umweltbedingungen verändert das Zusammenspiel dieser Filterprozesse, da es die Anzahl verfügbarer Nischen erhöht und Ressourcen räum-lich aufteilt, aber auch den für die jeweilige Art verfügbaren Raum reduziert, was schlussendlich die Diver-sität der Artgemeinschaft beeinflusst. Es ist jedoch immer noch unklar, wann Heterogenität die Diversität positiv und wann negativ oder sogar überhaupt nicht beeinflusst. In dieser Dissertation werde ich der Fra-ge nachgehen, wie Heterogenität die Artzusammensetzung und Diversität verschiedenster Artengruppen beeinflusst und ob deren Reaktion auf Heterogenität durch Artmerkmale beeinflusst wird.
In Kapitel II untersuche ich zunächst inwieweit funktionale Merkmale den Einfluss von Umweltbedingun-gen auf Arten widerspiegeln. Dazu untersuchte ich den Einfluss von Körpergröße und Helligkeit auf die Verbreitung und Abundanz zweier Nachtfalterfamilien entlang eines Höhengradienten. Es zeigte sich, dass Noctuidae stärker von abiotischen Filterprozessen, d.h. Höhe, betroffen waren und klare Zu- bzw. Ab-nahmen in Körpergröße und Helligkeit entlang der Höhe aufwiesen, während Geometridae eher von bioti-schen Filterprozessen, d.h. der Verfügbarkeit ihres Habitats, beeinflusst wurden und keine Merkmalsmus-ter entlang der Höhe aufwiesen. Entsprechend kann ein- und dasselbe Merkmal selbst innerhalb nah-verwandter Artgruppen unterschiedliche Effekte auf die Zusammensetzung von Arten haben.
In Kapitel III erläutere ich, wie funktionelle Merkmale die relative Wichtigkeit von Ausbreitungs- und Umweltfiltern für beta-Diversität verschieben können. Sowohl innerhalb als auch zwischen den untersuch-ten Regionen beeinflusste Heterogenität in Wäldern die beta-Diversität stärker als die räumliche Distanz.  Letztere wurde allerdings immer bedeutender, je schlechter die Ausbreitungsfähigkeit der jeweiligen Arten-gruppe war. Wenn die Heterogenität in Wäldern nach floristischen und strukturellen Aspekten aufgeteilt wird, so hatte erstere alles in allem einen stärkeren Einfluss auf Unterschiede zwischen Artgemeinschaften. Bei Artengruppen höheren trophischen Levels und größeren Körperbaus hatten die strukturellen Aspekte jedoch einen stärkeren Einfluss. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass die Artzusammensetzung von be-stimmte Merkmale beeinflusst werden kann. 
In Kapitel IV untersuche ich ob solche Merkmale das Level an Heterogenität festlegen, an welchen Arten-reichtum am höchsten ist. Dazu betrachtete ich mehrere Aspekte von Heterogenität in Wäldern. Obwohl Heterogenität in diesen Aspekten sowohl positive als auch negative Einfluss auf den Artenreichtum der verschiedensten Artengruppen hatte, konnten wir diese nicht anhand der Ausbreitungsfähigkeit oder des trophischen Levels der Artengruppen ableiten. 
In Kapitel V untersuche ich schließlich den Effekt von Heterogenität auf die Vielfalt von funktionalen Merkmalen. Dieser Ansatz soll helfen zu evaluieren, ob eventuelle Anstiege in der Artenzahl mit Hetero-genität einem Zuwachs in der Anzahl der ökologischen Nischen zurückzuführen sind. Die Ergebnisse legen nahe, dass ein Anstieg von Artenreichtum nicht dadurch beeinflusst wird, sondern auch durch ande-re Mechanismen wie die räumliche Aufteilung von Ressourcen oder durch die Schaffung von Zufluchts-räumen. Obwohl Heterogenität die ökologische Diversität überwiegend positiv beeinflusste, gab es auch einige negative Reaktionen die darauf hindeuten, dass Heterogenität auch bestimmte Merkmale aus einer Artgemeinschaft herausfiltern kann.
In Kapitel VI präsentiere ich neue, Satelliten-gestützte Methoden in der Erfassung von Waldstrukturen. In dieser Studie werden die Eignung von LiDar (Lasergestützte Waldvermessungen aus der Luft) und Senti-nel-1 (Satellitenscan durch Radiowellen) verglichen, Waldstrukturen und deren Heterogenität zu messen sowie verschiedene Diversitäts-indices zu modellieren. Hierbei schnitt Sentinel-1 ähnlich gut ab wie LiDar. Somit zeigt Sentinel-1 großes Potential zukünftige Biodiversitätsaufnahmen zu unterstützen, auch aufgrund der kostenfreie Verfügbarkeit von Daten, deren globalen Abdeckung und hohen zeitlichen Auflösung.
Insgesamt unterstützen die Ergebnisse meiner Arbeit die große Bedeutung von Heterogenität, insbesonde-re von Waldstrukturen, für beta-Diversität, Artenreichtum und funktionaler Diversität. Allerdings konnte keine generelle Regel identifiziert werden, nach der sich vorhersagen lassen würde welche genaue Richtung dieser Effekt haben wird.
KW  - Heterogenität
KW  - Wald
KW  - Artenvielfalt
KW  - Waldstruktur
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-221781
ER  -