TY  - JOUR
A1  - Vendelova, Emilia
A1  - de Lima, Jeferson Camargo
A1  - Lorenzatto, Karina Rodrigues
A1  - Monteiro, Karina Mariante
A1  - Mueller, Thomas
A1  - Veepaschit, Jyotishman
A1  - Grimm, Clemens
A1  - Brehm, Klaus
A1  - Hrčková, Gabriela
A1  - Lutz, Manfred B.
A1  - Ferreira, Henrique B.
A1  - Nono, Justin Komguep
T1  - Proteomic Analysis of Excretory-Secretory Products of Mesocestoides corti Metacestodes Reveals Potential Suppressors of Dendritic Cell Functions
JF  - PLoS Neglected Tropical Diseases
N2  - Accumulating evidences have assigned a central role to parasite-derived proteins in immunomodulation. Here, we report on the proteomic identification and characterization of immunomodulatory excretory-secretory (ES) products from the metacestode larva (tetrathyridium) of the tapeworm Mesocestoides corti (syn. M. vogae). We demonstrate that ES products but not larval homogenates inhibit the stimuli-driven release of the pro-inflammatory, Th1-inducing cytokine IL-12p70 by murine bone marrow-derived dendritic cells (BMDCs). Within the ES fraction, we biochemically narrowed down the immunosuppressive activity to glycoproteins since active components were lipid-free, but sensitive to heat- and carbohydrate-treatment. Finally, using bioassay-guided chromatographic analyses assisted by comparative proteomics of active and inactive fractions of the ES products, we defined a comprehensive list of candidate proteins released by M. corti tetrathyridia as potential suppressors of DC functions. Our study provides a comprehensive library of somatic and ES products and highlight some candidate parasite factors that might drive the subversion of DC functions to facilitate the persistence of M. corti tetrathyridia in their hosts.
KW  - proteomic analysis
KW  - excretory-secretory
KW  - Mesocestoides corti
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-166742
VL  - 10
IS  - 10
ER  - 
TY  - THES
A1  - Beck, Katharina
T1  - Die nitrerge Neurotransmission im Gastrointestinaltrakt der Maus
T1  - Nitrergic neurotransmission in the murine gastrointestinal tract
N2  - Die NO-sensitive Guanylyl-Cyclase (NO-GC) ist ein zentrales Enzym der NO/cGMP-Signalkaskade, das über die Aktivierung von NO zur Bildung des second messangers cGMP führt. Die NO-GC setzt sich aus zwei Untereinheiten zusammen, sodass zwei Isoformen des Enzyms gebildet werden können (α1β1 und α2β1). Da die genaue Verteilung der beiden Isoformen im Colon nicht bekannt ist, wurde diese im ersten Teil dieser Arbeit charakterisiert. Immunhistochemie und In-situ-Hybridisierung zeigten die Expression beider Isoformen sowohl in der glatten Muskelschicht als auch in der Submukosa und Lamina propria. Dabei war die α1β1-Isoform ubiquitär, die α2β1-Isoform dagegen hauptsächlich im Bereich des myenterischen Plexus vorzufinden.
In der glatten Muskelschicht des Colons ist die NO-GC in glatten Muskelzellen (SMC), interstitiellen Zellen von Cajal (ICC) sowie Fibroblasten-ähnliche Zellen (FLC) exprimiert und hauptsächlich in die Modulation der gastrointestinalen Motilität involviert. Zur spezifischen Charakterisierung der Funktion der NO-GC in den einzelnen Zelltypen wurden Knockout-Mäuse generiert, denen die NO-GC global (GCKO) oder spezifisch in SMC (SMC-GCKO), ICC (ICC-GCKO) oder beiden Zelltypen (SMC/ICC-GCKO) fehlt. Anhand dieser Mausmodelle sollten im zweiten Teil dieser Arbeit die modulatorischen Effekte der NO-GC auf die spontanen Kontraktionen des Colons bestimmt werden. Zur Charakterisierung der spontanen Kontraktionen der zirkulären Muskelschicht wurden Myographiestudien mit 2,5 mm langen Colonringen durchgeführt. Hierbei konnten drei verschiedene Kontraktionen gemessen werden: Kleine, hochfrequente Ripples, mittlere Kontraktionen und große Kontraktionen. Die detaillierte Analyse der einzelnen Kontraktionen zeigte einerseits eine NO-unabhängige Regulation der Ripples, andererseits eine NO-abhängige Modulation der mittleren und großen Kontraktionen über die NO-GC in SMC und ICC. Die NO-GC in SMC beeinflusst die Kontraktionen vermutlich vor allem über die Regulation des Muskeltonus der zirkulären Muskelschicht. Die NO-GC in ICC dagegen modifiziert die spontanen Kontraktionen möglicherweise über eine Veränderung der Schrittmacheraktivität. Allerdings führt erst ein Funktionsverlust des NO/cGMP-Signalweges in beiden Zelltypen zu einem sichtbar veränderten Kontraktionsmuster, das dem von globalen Knockout-Tieren glich. Dies weist auf eine kompensatorische Wirkung der NO-GC im jeweils anderen Zelltyp hin.
Zur Analyse der propulsiven Kontraktionen entlang des gesamten Colons wurden Videoaufnahmen der Darmbewegungen in Kontraktionsmusterkarten transformiert. Zudem wurde der Darm durchspült und die Ausflusstropfen aufgezeichnet, um die Effektivität der Kontraktionen beurteilen zu können. Hierbei zeigte sich, dass eine Beeinträchtigung des NO/cGMP-Signalweges eine verminderte Effektivität der Kontraktionen zur Folge hat und vermutlich durch eine beeinträchtige Synchronisation der Kontraktionen erklärt werden kann. In diesem Regulationsmechanismus konnte vor allem der NO-GC in SMC eine übergeordnete Rolle zugewiesen werden.
Der dritte Teil der Arbeit thematisierte den Befund, dass SMC-GCKO-Tiere ca. 5 Monate nach Tamoxifen-Behandlung Entartungen der Mukosa entwickelten. Diese Entartung war lediglich in Tamoxifen-induzierten Knockout-Tieren vorzufinden. Histologische Analysen identifizierten die Entartungen als tubulovillöses Adenom. Die Genexpressionsanalyse von Mukosafalten von SMC-GCKO-  und heterozygoten Kontrolltieren zeigte eine Vielzahl von Genen, welche spezifisch bei colorectalem Karzinom differenziell exprimiert sind. Einer dieser Faktoren war der BMP-Antagonist Gremlin1. Dieser Faktor erschien von besonderem Interesse, da er in Zellen der Lamina muscularis mucosae und kryptennahen Myofibroblasten exprimiert wird. Immunhistochemische Analysen ließen vermuten, dass diese Zellen sowohl die NO-GC als auch die Cre-Rekombinase unter dem SMMHC-Promotor exprimieren. Diese Arbeit liefert demnach Hinweise darauf, dass die NO-GC einen wichtigen Regulator innerhalb der Stammzellnische bildet. Die Deletion der NO-GC führt vermutlich zu einer verstärkten Bildung bzw. Sekretion von Gremlin1, was die Homöostase der mukosalen Erneuerung stört und somit zur Entwicklung von Adenomen führt.
N2  - The NO/cGMP signalling cascade is involved in many physiological processes. NO sensitive Guanylyl-Cyclase (NO-GC) is a key enzyme of this cascade, which is activated by NO and leads to the generation of the second messenger cGMP. As NO GC is comprised of two subunits two different isoforms exist (α1β1 und α2β1). However, the detailed distribution of the two isoforms in the colon is not known. Therefore, in the first part of this thesis, immunohistochemical staining and in situ hybridization was performed. The results showed NO-GC expression in the smooth muscle layer as well as in the submucosa and the lamina propria. Whereas the α1β1 isoform is expressed ubiquitously, expression of the α2β1 isoform is concentrated on the myenteric plexus.
In the smooth muscle layer, NO-GC expression has been shown specifically in smooth muscle cells (SMC), interstitial cells of Cajal (ICC) and fibroblast-like cells (FLC). The function has been mainly associated with modulation of gastrointestinal motility. To specify the role of NO-GC on colonic motility in each cell type, mice lacking NO-GC globally (GCKO) or specifically in SMC (SMC-GCKO), ICC (ICC-GCKO) or in both (SMC/ICC-GCKO) were used. First, organ bath studies were performed using small proximal colonrings of 2,5 mm size. These measurements showed three different contractions: small, high frequency ripples, intermediate contractions and large contractions. For each contraction type, NO dependence was analyzed: Ripples are regulated in a NO-independent manner. In contrast, intermediate and large contractions are modulated by NO via a mechanism involving both ICC and SMC: NO GC in SMC most likely modulates contractions by setting muscle tone, whereas NO GC in ICC interacts with the pacemaker activity.
Moreover, contractions along the whole colon were analyzed using spatiotemporal maps. These measurements revealed NO-GC to be related to the efficiency of propulsive long distance contractions (LDC). Impaired NO-GC signalling (e.g. in SMC-GCKO, GCKO mice or in the presence of NOS inhibitor L-NAME) resulted in altered appearance of LDC. Some of these LDC did not produce outflow. Thus, our results indicate a prominent role of NO-GC in SMC to synchronize contractions along the colon to result in effective propulsion.
The third part of the study focused on the potential involvement of NO-GC in adenoma development. This hypothesis was set up based on the observation that colon of SMC GCKO mice showed mucosal swellings five month after tamoxifen treatment. Histological analysis assumed the mucosal swellings as tubulovillous adenoma. Subsequent gene expression analysis of mucosal folds of SMC-GCKO and heterozygous control mice identified a variety of differentially expressed genes, among them the BMP antagonist Gremlin1. This factor is potentially influenced by NO-GC as it is expressed by cells of the lamina muscularis mucosae and myofibroblasts closely located to the colonic crypts. Immunohistochemical analysis of tdTomato reporter mice assumed the same cells to express NO-GC under control conditions and active Cre recombinase in SMC-GCKO colon. Thus, this work hypothesizes NO-GC to be involved in the regulation of mucosal renewal. Deletion of NO-GC likely increases Gremlin1 generation and/or secretion, leading to altered mucosal renewal and finally resulting in adenoma development.
KW  - Gastrointestinaltrakt
KW  - Cyclo-GMP
KW  - Colon
KW  - Motilität
KW  - Stickstoffoxid
KW  - Knockout-Mäuse
KW  - interstitielle Zellen von Cajal
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-159896
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Drakulić, Sanja
A1  - Feldhaar, Heike
A1  - Lisičić, Duje
A1  - Mioč, Mia
A1  - Cizelj, Ivan
A1  - Seiler, Michael
A1  - Spatz, Theresa
A1  - Rödel, Mark-Oliver
T1  - Population-specific effects of developmental temperature on body condition and jumping performance of a widespread European frog
JF  - Ecology and Evolution
N2  - All physiological processes of ectotherms depend on environmental temperature. Thus, adaptation of physiological mechanisms to the thermal environments is important for achieving optimal performance and fitness. The European Common Frog, Rana temporaria, is widely distributed across different thermal habitats. This makes it an exceptional model for studying the adaptations to different thermal conditions. We raised tadpoles from Germany and Croatia at two constant temperature treatments (15°C, 20°C), and under natural temperature fluctuations (in outdoor treatments), and tested how different developmental temperatures affected developmental traits, that is, length of larval development, morphometrics, and body condition, as well as jumping performance of metamorphs. Our results revealed population‐specific differences in developmental time, body condition, and jumping performance. Croatian frogs developed faster in all treatments, were heavier, in better body condition, and had longer hind limbs and better jumping abilities than German metamorphs. The populations further differed in thermal sensitivity of jumping performance. While metamorphs from Croatia increased their jumping performance with higher temperatures, German metamorphs reached their performance maximum at lower temperatures. These population‐specific differences in common environments indicate local genetic adaptation, with southern populations being better adapted to higher temperatures than those from north of the Alps.
KW  - Amphibians
KW  - ectotherms
KW  - physiological traits
KW  - plasticity
KW  - thermal adaptation
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164960
VL  - 6
IS  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Mena, Wilson
A1  - Diegelmann, Sören
A1  - Wegener, Christian
A1  - Ewer, John
T1  - Stereotyped responses of Drosophila peptidergic neuronal ensemble depend on downstream neuromodulators
JF  - eLife
N2  - Neuropeptides play a key role in the regulation of behaviors and physiological responses including alertness, social recognition, and hunger, yet, their mechanism of action is poorly understood. Here, we focus on the endocrine control ecdysis behavior, which is used by arthropods to shed their cuticle at the end of every molt. Ecdysis is triggered by ETH (Ecdysis triggering hormone), and we show that the response of peptidergic neurons that produce CCAP (crustacean cardioactive peptide), which are key targets of ETH and control the onset of ecdysis behavior, depends fundamentally on the actions of neuropeptides produced by other direct targets of ETH and released in a broad paracrine manner within the CNS; by autocrine influences from the CCAP neurons themselves; and by inhibitory actions mediated by GABA. Our findings provide insights into how this critical insect behavior is controlled and general principles for understanding how neuropeptides organize neuronal activity and behaviors.
KW  - neuropeptides
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165003
VL  - 5
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Konte, Tilen
A1  - Terpitz, Ulrich
A1  - Plemenitaš, Ana
T1  - Reconstruction of the High-Osmolarity Glycerol (HOG) Signaling Pathway from the Halophilic Fungus Wallemia ichthyophaga in Saccharomyces cerevisiae
JF  - Frontiers in Microbiology
N2  - The basidiomycetous fungus Wallemia ichthyophaga grows between 1.7 and 5.1 M NaCl and is the most halophilic eukaryote described to date. Like other fungi, W. ichthyophaga detects changes in environmental salinity mainly by the evolutionarily conserved high-osmolarity glycerol (HOG) signaling pathway. In Saccharomyces cerevisiae, the HOG pathway has been extensively studied in connection to osmotic regulation, with a valuable knock-out strain collection established. In the present study, we reconstructed the architecture of the HOG pathway of W. ichthyophaga in suitable S. cerevisiae knock-out strains, through heterologous expression of the W. ichthyophaga HOG pathway proteins. Compared to S. cerevisiae, where the Pbs2 (ScPbs2) kinase of the HOG pathway is activated via the SHO1 and SLN1 branches, the interactions between the W. ichthyophaga Pbs2 (WiPbs2) kinase and the W. ichthyophaga SHO1 branch orthologs are not conserved: as well as evidence of poor interactions between the WiSho1 Src-homology 3 (SH3) domain and the WiPbs2 proline-rich motif, the absence of a considerable part of the osmosensing apparatus in the genome of W. ichthyophaga suggests that the SHO1 branch components are not involved in HOG signaling in this halophilic fungus. In contrast, the conserved activation of WiPbs2 by the S. cerevisiae ScSsk2/ScSsk22 kinase and the sensitivity of W. ichthyophaga cells to fludioxonil, emphasize the significance of two-component (SLN1-like) signaling via Group III histidine kinase. Combined with protein modeling data, our study reveals conserved and non-conserved protein interactions in the HOG signaling pathway of W. ichthyophaga and therefore significantly improves the knowledge of hyperosmotic signal processing in this halophilic fungus.
KW  - signaling
KW  - protein-protein interaction
KW  - protein phosphorylation
KW  - mitogen activated protein kinase (MAPK)
KW  - high-osmolarity glycerol (HOG)
KW  - signaling pathway
KW  - Saccharomyces cerevisiae
KW  - halophilic fungus
KW  - Wallemia ichthyophaga
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165214
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Held, Martina
A1  - Berz, Annuska
A1  - Hensgen, Ronja
A1  - Muenz, Thomas S.
A1  - Scholl, Christina
A1  - Rössler, Wolfgang
A1  - Homberg, Uwe
A1  - Pfeiffer, Keram
T1  - Microglomerular Synaptic Complexes in the Sky-Compass Network of the Honeybee Connect Parallel Pathways from the Anterior Optic Tubercle to the Central Complex
JF  - Frontiers in Behavioral Neuroscience
N2  - While the ability of honeybees to navigate relying on sky-compass information has been investigated in a large number of behavioral studies, the underlying neuronal system has so far received less attention. The sky-compass pathway has recently been described from its input region, the dorsal rim area (DRA) of the compound eye, to the anterior optic tubercle (AOTU). The aim of this study is to reveal the connection from the AOTU to the central complex (CX). For this purpose, we investigated the anatomy of large microglomerular synaptic complexes in the medial and lateral bulbs (MBUs/LBUs) of the lateral complex (LX). The synaptic complexes are formed by tubercle-lateral accessory lobe neuron 1 (TuLAL1) neurons of the AOTU and GABAergic tangential neurons of the central body’s (CB) lower division (TL neurons). Both TuLAL1 and TL neurons strongly resemble neurons forming these complexes in other insect species. We further investigated the ultrastructure of these synaptic complexes using transmission electron microscopy. We found that single large presynaptic terminals of TuLAL1 neurons enclose many small profiles (SPs) of TL neurons. The synaptic connections between these neurons are established by two types of synapses: divergent dyads and divergent tetrads. Our data support the assumption that these complexes are a highly conserved feature in the insect brain and play an important role in reliable signal transmission within the sky-compass pathway.
KW  - sky-compass orientation
KW  - insect brain
KW  - polarization vision
KW  - synaptic connections
KW  - anterior optic tubercle
KW  - central complex
KW  - honeybee
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165080
VL  - 10
IS  - 186
ER  - 
TY  - THES
A1  - Maierhofer, Anna
T1  - Altersassoziierte und strahleninduzierte Veränderungen des genomweiten DNA-Methylierungs-Profils
T1  - Age-associated and radiation-induced changes in genome-wide DNA methylation
N2  - Der Prozess des Alterns ist ein komplexer multifaktorieller Vorgang, der durch eine sukzessive Verschlechterung der physiologischen Funktionen charakterisiert ist. Ein hohes Alter ist der Hauptrisikofaktor für die meisten Krankheiten, einschließlich Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Das Verständnis der epigenetischen Mechanismen, die in den Prozess des Alterns involviert sind, könnte zur Entwicklung pharmakologischer Interventionen beitragen, die nicht nur die Lebenserwartung erhöhen, sondern auch den Beginn des altersassoziierten funktionellen Abbaus verzögern könnten. Durch die Langzeit-Kultivierung primärer humaner Fibroblasten wurde ein in vitro Modell für das Altern etabliert, das die Identifizierung altersassoziierter DNA-Methylierungs-Veränderungen ermöglichte. Die in vitro Alterung konnte mit einer globalen Hypomethylierung und einer erhöhten DNA-Methylierung der ribosomalen DNA assoziiert werden. Darüber hinaus konnten DNA-Methylierungs-Veränderungen in Genen und Signalwegen, die für das Altern relevant sind, und ein erhöhtes epigenetisches Alter nachgewiesen werden.
Das in vitro Modell für das Altern wurde verwendet, um neben den direkten Effekten ionisierender Strahlung auf die DNA-Methylierung auch deren Langzeit-Effekte zu untersuchen. Die Strahlentherapie ist ein entscheidendes Element der Krebstherapie, hat aber auch negative Auswirkungen und kann unter anderem das Risiko für die Entwicklung eines Zweittumors erhöhen. Bei externer Bestrahlung wird neben dem Tumor auch gesundes Gewebe ionisierender Strahlung ausgesetzt. Daher ist es wichtig zu untersuchen, wie Zellen mit intakten DNA-Reparatur-Mechanismen und funktionierenden Zellzyklus-Checkpoints durch diese beeinflusst werden. In der frühen Phase der DNA-Schadensantwort auf Bestrahlung wurden in normalen Zellen keine wesentlichen DNA-Methylierungs-Veränderungen beobachtet. Mehrere Populations-Verdoppelungen nach Strahlenexposition konnten dagegen eine globale Hypomethylierung, eine erhöhte DNA-Methylierung der ribosomalen DNA und ein erhöhtes epigenetisches Alter detektiert werden. Des Weiteren zeigten Gene und Signalwege, die mit Krebs in Verbindung gebracht wurden, Veränderungen in der DNA-Methylierung. Als Langzeit-Effekte ionisierender Strahlung traten somit die mit der in vitro Alterung assoziierten DNA-Methylierungs-Veränderungen verstärkt auf und ein epigenetisches Muster, das stark an das DNA-Methylierungs-Profil von Tumorzellen erinnert, entstand. Man geht davon aus, dass Veränderungen der DNA-Methylierung eine aktive Rolle in der Entwicklung eines Tumors spielen. Die durch ionisierende Strahlung induzierten DNA-Methylierungs-Veränderungen in normalen Zellen könnten demnach in die Krebsentstehung nach Strahlenexposition involviert sein und zu dem sekundären Krebsrisiko nach Strahlentherapie beitragen. Es ist bekannt, dass Patienten unterschiedlich auf therapeutische Bestrahlung reagieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen darauf hin, dass die individuelle Sensitivität gegenüber ionisierender Strahlung auch auf epigenetischer Ebene beobachtet werden kann.
In einem zweiten Projekt wurden Gesamtblutproben von Patienten mit Werner-Syndrom, einer segmental progeroiden Erkrankung, und gesunden Kontrollen analysiert, um mit dem vorzeitigen Altern in Verbindung stehende DNA-Methylierungs-Veränderungen zu identifizieren. Werner-Syndrom konnte nicht mit einer globalen Hypomethylierung, jedoch mit einer erhöhten DNA-Methylierung der ribosomalen DNA und einem erhöhten epigenetischen Alter assoziiert werden. Das vorzeitige Altern geht demzufolge mit spezifischen epigenetischen Veränderungen einher, die eine Beschleunigung der mit dem normalen Altern auftretenden DNA-Methylierungs-Veränderungen darstellen.
Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Bedeutung epigenetischer Mechanismen im Prozess des Alterns hervorgehoben werden und gezeigt werden, dass sowohl exogene Faktoren, wie ionisierende Strahlung, als auch endogene Faktoren, wie das in Werner-Syndrom-Patienten mutiert vorliegende WRN-Gen, altersassoziierte DNA-Methylierungs-Veränderungen beeinflussen können.
N2  - Aging is a complex, multifactorial process that is characterized by the successive deterioration of normal physiological functions. Age is the main risk factor for most diseases, including cancer. Understanding the epigenetic mechanisms that are involved in the aging process could contribute to the development of pharmacological interventions not only increasing lifespan but also delaying the onset of age-dependent functional decline. An in vitro model for aging was established by long-term culturing of primary human fibroblasts and used to identify age-associated changes in DNA methylation. In vitro aging could be linked to global hypomethylation, elevated DNA methylation of ribosomal DNA, a higher epigenetic age and alterations in DNA methylation of genes and pathways being relevant for aging.
The in vitro model for aging allowed to analyse the long-term effects of ionizing radiation on DNA methylation in addition to their direct effects. Radiotherapy is an important element of cancer treatment but can also have negative effects and increase the risk of second cancers. Although radiotherapy is targeted to the tumour, it also affects the surrounding healthy tissue. Therefore, it is important to analyse the impacts of ionizing radiation on normal cells with intact DNA repair and cell cycle checkpoints. The early phase of DNA damage response to radiation does not seem to include great changes in DNA methylation in normal cells. In contrast, several population doublings after radiation exposure, global hypomethylation and DNA methylation changes of genes and pathways being linked to tumorigenesis were detected. Furthermore, DNA methylation of ribosomal DNA and the epigenetic age were increased. Thus, as long-term effects of ionizing radiation the age-associated changes in DNA methylation were enhanced and an epigenetic pattern strongly resembling the DNA methylation profile of tumour cells was observed. It is assumed that alterations in DNA methylation are not only side effects of carcinogenesis but rather play an active role during this process. Radiation-induced changes in DNA methylation could thus be involved in tumour development and contribute to the secondary cancer risk after radiotherapy. It is well known that patients react differently to therapeutic radiation. The results of this study suggest that individual radiation sensitivity is also reflected on epigenetic level.
In a second project whole blood samples from patients with Werner syndrome, a segmental progeroid syndrome, and healthy controls were analysed to identify changes in DNA methylation associated with premature aging. Werner syndrome could not be linked to global hypomethylation, but to an increased epigenetic age and elevated methylation levels of ribosomal DNA. Hence, premature aging seems to be accompanied by specific alterations in DNA methylation representing an acceleration of the DNA methylation changes associated with normal aging.
This work outlines the importance of epigenetic mechanisms in the aging process and shows that not only exogenous factors like ionizing radiation but also endogenous factors like Werner syndrome causing mutations in the WRN gene can influence age-associated changes in DNA methylation.
KW  - Methylierung
KW  - Ionisierende Strahlung
KW  - Altern
KW  - Progeria adultorum
KW  - Epigenetik
KW  - Epigenetische Uhr
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-174134
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Tauscher, Sabine
A1  - Nakagawa, Hitoshi
A1  - Völker, Katharina
A1  - Werner, Franziska
A1  - Krebes, Lisa
A1  - Potapenko, Tamara
A1  - Doose, Sören
A1  - Birkenfeld, Andreas L.
A1  - Baba, Hideo A.
A1  - Kuhn, Michaela
T1  - β Cell-specific deletion of guanylyl cyclase A, the receptor for atrial natriuretic peptide, accelerates obesity-induced glucose intolerance in mice
JF  - Cardiovascular Diabetology
N2  - Background:
The cardiac hormones atrial (ANP) and B-type natriuretic peptides (BNP) moderate arterial blood pressure and improve energy metabolism as well as insulin sensitivity via their shared cGMP-producing guanylyl cyclase-A (GC-A) receptor. Obesity is associated with impaired NP/GC-A/cGMP signaling, which possibly contributes to the development of type 2 diabetes and its cardiometabolic complications. In vitro, synthetic ANP, via GC-A, stimulates glucose-dependent insulin release from cultured pancreatic islets and β-cell proliferation. However, the relevance for systemic glucose homeostasis in vivo is not known. To dissect whether the endogenous cardiac hormones modulate the secretory function and/or proliferation of β-cells under (patho)physiological conditions in vivo, here we generated a novel genetic mouse model with selective disruption of the GC-A receptor in β-cells.

Methods:
Mice with a floxed GC-A gene were bred to Rip-CreTG mice, thereby deleting GC-A selectively in β-cells (β GC-A KO). Weight gain, glucose tolerance, insulin sensitivity, and glucose-stimulated insulin secretion were monitored in normal diet (ND)- and high-fat diet (HFD)-fed mice. β-cell size and number were measured by immunofluorescence-based islet morphometry.

Results:
In vitro, the insulinotropic and proliferative actions of ANP were abolished in islets isolated from β GC-A KO mice. Concordantly, in vivo, infusion of BNP mildly enhanced baseline plasma insulin levels and glucose-induced insulin secretion in control mice. This effect of exogenous BNP was abolished in β GC-A KO mice, corroborating the efficient inactivation of the GC-A receptor in β-cells. Despite this under physiological, ND conditions, fasted and fed insulin levels, glucose-induced insulin secretion, glucose tolerance and β-cell morphology were similar in β GC-A KO mice and control littermates. However, HFD-fed β GC-A KO animals had accelerated glucose intolerance and diminished adaptative β-cell proliferation.

Conclusions:
Our studies of β GC-A KO mice demonstrate that the cardiac hormones ANP and BNP do not modulate β-cell's growth and secretory functions under physiological, normal dietary conditions. However, endogenous NP/GC-A signaling improves the initial adaptative response of β-cells to HFD-induced obesity. Impaired β-cell NP/GC-A signaling in obese individuals might contribute to the development of type 2 diabetes.
KW  - cylic GMP
KW  - guanylyl cyclase-A
KW  - insulin
KW  - natriuretic peptides
KW  - obesity
KW  - β-cells
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-176322
VL  - 17
IS  - 103
ER  - 
TY  - THES
A1  - Horn, Jessica
T1  - Molecular and functional characterization of the long non-coding RNA SSR42 in \(Staphylococcus\) \(aureus\)
T1  - Molekulare und funktionelle Charakterisierung der langen nicht-kodierenden RNA SSR42 in \(Staphylococcus\) \(aureus\)
N2  - Staphylococcus aureus asymptomatically colonizes the skin and anterior nares of 20-30% of the healthy human population. As an opportunistic human pathogen it elicits a variety of infections ranging from skin and soft tissue infections to highly severe manifestations such as pneumonia, endocarditis and osteomyelitis. Due to the emergence of multi resistant strains, treatment of staphylococcal infections becomes more and more challenging and the WHO therefore classified S. aureus as a “superbug”. The variety of diseases triggered by S. aureus is the result of a versatile expression of a large set of virulence factors. The most prominent virulence factor is the cytotoxic and haemolytic pore-forming α-toxin whose expression is mediated by a complex regulatory network involving two-component systems such as the agr quorum-sensing system, accessory transcriptional regulators and alternative sigma-factors. However, the intricate regulatory network is not yet understood in its entirety. Recently, a transposon mutation screen identified the AraC-family transcriptional regulator ‘Repressor of surface proteins’ (Rsp) to regulate haemolysis, cytotoxicity and the expression of various virulence associated factors. Deletion of rsp was accompanied by a complete loss of transcription of a 1232 nt long non-coding RNA, SSR42. 
This doctoral thesis focuses on the molecular and functional characterization of SSR42. By analysing the transcriptome and proteome of mutants in either SSR42 or both SSR42 and rsp, as well as by complementation of SSR42 in trans, the ncRNA was identified as the main effector of Rsp-mediated virulence. Mutants in SSR42 exhibited strong effects on transcriptional and translational level when compared to wild-type bacteria. These changes resulted in phenotypic alterations such as strongly reduced haemolytic activity and cytotoxicity towards epithelial cells as well as reduced virulence in a murine infection model. Deletion of SSR42 further promoted the formation of small colony variants (SCV) during long term infection of endothelial cells and demonstrated the importance of this molecule for intracellular bacteria. The impact of this ncRNA on staphylococcal haemolysis was revealed to be executed by modulation of sae mRNA stability and by applying mutational studies functional domains within SSR42 were identified. 
Moreover, various stressors modulated the transcription of SSR42 and antibiotic challenge resulted in SSR42-dependently increased haemolysis and cytotoxicity. Transcription of SSR42 itself was found under control of various important global regulators including AgrA, SaeS, CodY and σB, thereby illustrating a central position in S. aureus virulence gene regulation. 
The present study thus demonstrates SSR42 as a global virulence regulatory RNA which is important for haemolysis, disease progression and adaption of S. aureus to intracellular conditions via formation of SCVs.
N2  - Staphylococcus aureus kolonisiert asymptomatisch als Kommensal die Haut und Nasenschleimhäute von circa 20-30% der gesunden Weltbevölkerung. Als opportunistisches Humanpathogen löst S. aureus dagegen eine Reihe von Krankheiten aus, die von leichten Hautinfektionen und Abszessen bis hin zu schwerwiegenden und lebensbedrohlichen Krankheitsformen wie Pneumonie, Endokarditis und Osteomyelitis reichen können. Die Behandlung von Staphylokokken-Infektionen stellt aufgrund der Entstehung multi-resistenter Stämme vermehrt eine Herausforderung dar, weshalb S. aureus von der WHO als „superbug“ klassifiziert wurde. Die Vielzahl an möglichen Krankheitsformen sind das Ergebnis der anpassungsfähigen und koordinierten Expression einer Vielzahl von Virulenzfaktoren. Der dabei wohl bedeutendste und am besten charakterisierte Virulenzfaktor ist das porenbildende α-toxin, dessen zytotoxische und hämolytische Aktivität für eine Reihe diverser Krankheiten verantwortlich ist. Die Expression dieses Toxins wird durch ein komplexes, bis jetzt noch nicht komplett verstandenes, regulatorisches Netzwerk gesteuert, das sowohl Zwei-Komponentensysteme wie das agr Quorum-sensing System, diverse akzessorische transkriptionelle Regulatoren sowie alternative Sigmafaktoren beinhaltet. Kürzlich wurde in einem Transposon-Mutanten-Screen der AraC-Familie transkriptionelle Regulator „Repressor of surface proteins” (Rsp) identifiziert, der die Expression diverser Virulenz-assoziierter Faktoren beeinflusste. Eine Deletion von rsp ging, neben reduzierter Hämolyse und Zytotoxizität, auch mit dem kompletten Verlust der Transkription einer 1232 nt langen nicht-kodierenden RNA, SSR42, einher. 
Diese Doktorarbeit befasst sich mit der molekularen und funktionellen Charakterisierung dieser nicht-kodierenden RNA. Mittels Transkriptom- und Proteomanalysen wurden eine SSR42 Deletionsmutante sowie eine Doppelmutante in SSR42 und rsp charakterisiert und SSR42 als Hauptfaktor der Rsp-vermittelten Virulenzregulation identifiziert. Neben weitreichenden Veränderungen auf trans-kriptioneller und translationaler Ebene wiesen Mutanten in SSR42 eine stark reduzierte hämolytische und zytotoxische Aktivität sowie verringerte Virulenz in einem murinen Infektionsmodell auf. Eine Deletion von SSR42 begünstigte weiterhin die Bildung von sog. „small colony variants“ während Langzeit-Infektionen von Endothelzellen und demonstrierte die Bedeutung dieser nicht-codierenden RNA für intrazelluläre Staphylokokken. Die regulatorische Wirkung von SSR42 auf die hämolytische Aktivität von S. aureus wurde in dieser Arbeit aufgeklärt. Dabei konnte ein stabilisierender Einfluss der nicht-kodierenden RNA auf sae mRNA nachgewiesen werden. Weiterhin wurde SSR42 durch Mutagenese-Studien auf molekularer Ebene charakterisiert, wobei funktionelle und stabilisierende Domänen identifiziert wurden.
Ebenso wurden in dieser Arbeit diverse Stressoren und Antibiotika erfasst, die eine modulatorische Wirkung auf die Transkription von SSR42 ausüben. Neben einer Erhöhung der Transkription von SSR42 resultierte eine Behandlung von S. aureus mit sub-inhibitorischen Konzentrationen von Antibiotika in einer drastischen, SSR42-abhängigen, Steigerung der hämolytischen und zytotoxischen Aktivität. Mithilfe von Promotoraktivitätsstudien wurde der Einfluss diverser Regulatoren wie AgrA, SaeS, CodY und σB auf die transkriptionellen Regulation von SSR42 identifiziert und SSR42 somit eine zentrale Rolle in der Regulation von Virulenzgenen verliehen. 
SSR42 wurde demnach als ein neuartiger globaler Regulator identifiziert, der eine wichtige Rolle für Hämolyse, den Krankheitsverlauf sowie bei der Anpassung an intrazelluläre Bedingungen, über die Bildung von „small colony variants“, spielt.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Non-coding RNA
KW  - SSR42
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-175778
ER  - 
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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