TY  - THES
A1  - Weidner, Magdalena Theodora
T1  - Brain serotonin throughout development - for better and for worse
T1  - Der Effekt von Serotonin im sich entwickelnden Gehirn - in guten wie in schlechten Tagen
N2  - The work presented in this thesis covers the effects of early-life adversity in the context of altered serotonin (5-HT; 5-hydroxytryptamine) system functioning in mice. The main body is focussing on a screening approach identifying molecular processes, potentially involved in distinct behavioural manifestations that emerge from or are concomitant with early adversity and, with regard to some behavioural manifestations, dependent on the functioning of the 5-HT system.
N2  - Diese Arbeit berichtet Ergebnisse der umfassenden Erforschung des Einflusses von aversiven Bedingungen während der pränatalen und frühkindlichen Entwicklungsphase, unter dem Einfluss genetischer Variationen des serotonergen (5-HT, 5-Hydroxytryptamin) Systems, im Mausmodel. Der Hauptfokus der Thesis lag bei der hypothesenfreien Untersuchung der Konsequenzen, die durch den kombinierten Effekt aversiver Bedingungen, und genetischer Prädisposition ausgelöst werden, sowie, final, der Ermittlung potentieller Kandidatengene, die an der Manifestierung verhaltensbezogener Konsequenzen beteiligt sein können sowie durch epigenetische Mechanismen reguliert werden.
KW  - Gehirn
KW  - Serotonin
KW  - Entwicklung
KW  - Stress
KW  - epigenetics
KW  - early-life stress
KW  - rodent model
KW  - behaviour
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-163345
SN  - 978-94-6233-940-8
N1  - This document is also published by the University library Maastricht. Maastricht University holds the same rights as University of Würzburg
PB  - Magdalena T. Weidner
CY  - Maastricht, the Netherlands
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ulrich, Johannes
T1  - Molekulare Charaktierisierung einer DyP-Typ Peroxidase des Humanparasiten \(Echinococcus\) \(multilocularis\)
T1  - Molecular characterisation of a DyP-type peroxidase of the human parasite \(Echinococcus\) \(multilocularis\)
N2  - Die Alveoläre Echinokokkose (AE) ist eine tödliche Infektionserkrankung, die durch den parasitären Plattwurm Echinococcus multilocularis verursacht wird. Genomanalysen von E. multilocularis ergaben ein Gen, das laut Vorhersage für eine DyP-Typ Peroxidase codiere. Ziel dieser Arbeit ist die biologische Funktion des codierten Enzyms besser zu verstehen und Hinweise auf eine mögliche Rolle in der Abwehr von Reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) zu erlangen.
Das Gen wurde heterolog in E. Coli exprimiert und molekulare Charakteristika des Gens mit bioinformatischen und molekularbiologischen Methoden untersucht. Quantitative RT-PCR Untersuchungen gaben Aufschluss über das Transkriptprofil von emipox in unterschiedlichen Entwicklungsstadien von E. mulitlocularis. Mittels Whole-Mount In Situ-Hybridisierung (WMISH) wurden die Transkripte zudem lokalisiert und ihre Beziehung zum Stammzellsystem von E. multilocularis näher untersucht. 
Die Zugehörigkeit von EmIPOX zur Gruppe der DyP-Typ Peroxidasen wurde bestätigt. Homologe beim Menschen kommen nicht vor. Es konnte nachgewiesen werden, dass Transkripte von emipox auch, aber keinesfalls ausschließlich, in Stammzellen vorliegen. Überdurchschnittlich viele Transkripte liegen im aktivierten Protoscolex und im Metacestoden ex vivo aus einer infizierten Wirtsleber vor. Untersuchungen zur Enzymaktivität von EmIPOX zeigten neben einer Peroxidase- auch eine Katalaseaktivität.
Die vorliegende Arbeit ist die erste Charakterisierung einer DyP-Typ Peroxidase bei Tieren. Sie legt nahe, dass EmIPOX eine Rolle in der Entgiftung von ROS in E. multilocularis spielt und stellt den Charakter von EmIPOX als potenzieller pharmakologischer Zielstruktur heraus.
N2  - Alveolar echinococcosis (AE) is a fatal infectious disease caused by the parasitic flatworm Echinococcus multilocularis. Genome analyses of E. multilocularis revealed a gene predicted to encode a DyP-type peroxidase. The aim of this work is to better understand the biological function of the encoded enzyme and to obtain information on a possible role in the defence against reactive oxygen species (ROS).
The gene was heterologously expressed in E. Coli and molecular characteristics of the gene were investigated using bioinformatic and molecular biological methods. Quantitative RT-PCR analyses provided information on the transcript profile of emipox in different developmental stages of E. mulitlocularis. Whole-mount in situ hybridisation (WMISH) was also used to localise the transcripts and investigate their relationship to the stem cell system of E. multilocularis. 
The affiliation of EmIPOX to the group of DyP-type peroxidases was confirmed. There are no homologues in humans. It has been shown that transcripts of emipox are also, but by no means exclusively, present in stem cells. An above-average number of transcripts are present in the activated protoscolex and in the metacestode ex vivo from an infected host liver. Investigations into the enzyme activity of EmIPOX revealed both peroxidase and catalase activity.
The present work is the first characterisation of a DyP-type peroxidase in animals. It suggests that EmIPOX plays a role in the detoxification of ROS in E. multilocularis and highlights the character of EmIPOX as a potential pharmacological target.
KW  - Fuchsbandwurm
KW  - Oxidativer Stress
KW  - Peroxidase
KW  - Parasitäre Krankheit
KW  - Alveoläre Echinokokkose
KW  - alveolar echinococcosis
KW  - oxidative stress
KW  - DyP-type peroxidase
KW  - DyP-Typ Peroxidase
KW  - cestode
KW  - Bandwurm
KW  - Plathelminthes
KW  - flat worms
KW  - neglected tropical disease
KW  - katalase
KW  - Bandwürmer
KW  - Plattwürmer
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-357143
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schuhmann, Michael K.
A1  - Fluri, Felix
T1  - Effects of fullerenols on mouse brain microvascular endothelial cells
JF  - International Journal of Molecular Sciences
N2  - Fullerenols, water-soluble C60-fullerene derivatives, have been shown to exert neuroprotective effects in vitro and in vivo, most likely due to their capability to scavenge free radicals. However, little is known about the effects of fullerenols on the blood–brain barrier (BBB), especially on cerebral endothelial cells under inflammatory conditions. Here, we investigated whether the treatment of primary mouse brain microvascular endothelial cells with fullerenols impacts basal and inflammatory blood–brain barrier (BBB) properties in vitro. While fullerenols (1, 10, and 100 µg/mL) did not change transendothelial electrical resistance under basal and inflammatory conditions, 100 µg/mL of fullerenol significantly reduced erk1/2 activation and resulted in an activation of NFκB in an inflammatory milieu. Our findings suggest that fullerenols might counteract oxidative stress via the erk1/2 and NFκB pathways, and thus are able to protect microvascular endothelial cells under inflammatory conditions.
KW  - mouse brain microvascular endothelial cell cultur
KW  - adhesion molecules
KW  - fullerenes
KW  - blood-brain barrier
KW  - inflammation
KW  - tight junctions
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-158072
SN  - 1422-0067
VL  - 18
IS  - 8
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schubert, Frank Klaus
T1  - The circadian clock network of \(Drosophila\) \(melanogaster\)
T1  - Das Uhrneuronennetzwerk von \(Drosophila\) \(melanogaster\)
N2  - All living organisms need timekeeping mechanisms to track and anticipate cyclic changes in their environment. The ability to prepare for and respond to daily and seasonal changes is endowed by circadian clocks. The systemic features and molecular mechanisms that drive circadian rhythmicity are highly conserved across kingdoms. Therefore, Drosophila melanogaster with its relatively small brain (ca. 135.000 neurons) and the outstanding genetic tools that are available, is a perfect model to investigate the properties and relevance of the circadian system in a complex, but yet comprehensible organism. 
The last 50 years of chronobiological research in the fruit fly resulted in a deep understanding of the molecular machinery that drives circadian rhythmicity, and various histological studies revealed the neural substrate of the circadian system. However, a detailed neuroanatomical and physiological description on the single-cell level has still to be acquired. Thus, I employed a multicolor labeling approach to characterize the clock network of Drosophila melanogaster with single-cell resolution and additionally investigated the putative in- and output sites of selected neurons.
To further study the functional hierarchy within the clock network and to monitor the “ticking clock“ over the course of several circadian cycles, I established a method, which allows us to follow the accumulation and degradation of  the core clock genes in living brain explants by the means of bioluminescence imaging of single-cells.
N2  - Alle lebenden Organismen benötigen Mechanismen zur Zeitmessung, um sich auf periodisch wiederkehrende Umweltveränderungen einstellen zu können. Zirkadiane Uhren verleihen die Fähigkeit, tages- und jahreszeitliche Veränderungen vorauszuahnen und sich an diese anzupassen. Die Eigenschaften des zirkadianen Systems, als auch dessen molekularer Mechanismus scheinen über sämtliche Taxa konserviert zu sein. Daher bietet es sich an, die leicht handhabbare Taufliege Drosophila melanogaster als Modellorganismus zu benutzen. Das relativ kleine Gehirn (ca. 135.000 Neurone) und die herausragende genetische Zugänglichkeit der Fliege prädestinieren sie dazu, das zirkadiane System in einem komplexen, aber dennoch überschaubaren Kontext zu untersuchen.
Die vergangenen 50 Jahre chronobiologischer Forschung an Drosophila führten zu einem tiefgreifenden Verständnis der molekularen Mechanismen, die für tageszeitliche Rhythmizität verantwortlich sind. Anhand zahlreicher histologischer Untersuchungen wurde die neuronale Grundlage, das Uhrneuronennetzwerk im zentralen Nervensystem, beschrieben. Nichtsdestotrotz, gibt es noch immer keine detaillierte neuroanatomische und physiologische Charakterisierung der Uhrneurone auf Einzelzellebene. Daher war das Ziel der vorliegenden Arbeit die umfangreiche Beschreibung der Einzelzellanatomie ausgewählter Uhrneurone sowie die Identifikation mutmaßlicher post- und präsynaptischer Verzweigungen.
Darüber hinaus war es mir möglich, eine Methode zur Messung von Biolumineszenzrhythmen in explantierten lebenden Gehirnen zu etablieren. Mit einem Lumineszenzmikroskop können die Proteinoszillationen einzelner Uhrneurone über die Dauer mehrerer zirkadianer Zyklen aufgezeichnet werden, wodurch neue funktionale Studien ermöglicht werden.
KW  - Taufliege
KW  - Chronobiologie
KW  - Tagesrhythmus
KW  - Neuroanatomie
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - circadian rhythms
KW  - single cell anatomy
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-157136
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schraut, Karla-Gerlinde
T1  - Epigenetic programming by prenatal stress in female serotonin transporter deficient mice
T1  - Epigenetische Programmierung durch Pränatalstress in weiblichen Serotonintransporter-defizienten Mäusen
N2  - Early life stress, including exposure to prenatal stress (PS), has been shown to affect the developing brain and induce severe effects on emotional health in later life, concomitant with an increased risk for psychopathology. However, some individuals are more vulnerable to early-life stress, while others adapt successfully, i.e. they are resilient and do not succumb to adversity. The molecular substrates promoting resilience in some individuals and vulnerability in other individuals are as yet poorly investigated. A polymorphism in the serotonin transporter gene (5­HTT/SLC6A4) has been suggested to play a modulatory role in mediating the effects of early-life adversity on psychopathology, thereby rendering carriers of the lower-expressing short (s)-allele more vulnerable to developmental adversity, while long (l)-allele carriers are relatively resilient. The molecular mechanisms underlying this gene x environment interaction (GxE) are not well understood, however, epigenetic mechanisms such as DNA methylation and histone modifications have been discussed to contribute as they are at the interface of environment and the genome. Moreover, developmental epigenetic programming has also been postulated to underlie differential vulnerability/resilience independent of genetic variation.
The present work comprises two projects investigating the effects of prenatal maternal restraint stress in 5-HTT deficient mice. In the first study, we examined to which extent previously observed changes in behavior and hippocampal gene expression of female 5-Htt+/- prenatally stressed (PS) offspring were associated with changes in DNA methylation patterns. Additionally, we investigated the expression of genes involved in myelination in hippocampus and amygdala of those animals using RT-qPCR. The genome-wide hippocampal DNA methylation screening was performed using methylated-DNA immunoprecipitation (MeDIP) on Affymetrix GeneChip® Mouse Promoter 1.0R arrays. In order to correlate individual gene-specific DNA methylation, mRNA expression and behavior, we used hippocampal DNA from the same mice as assessed before. 5-Htt genotype, PS and their interaction differentially affected the DNA methylation signature of numerous genes, a part of which were also differentially expressed. More specifically, we identified a differentially methylated region in the Myelin basic protein (Mbp) gene, which was associated with Mbp expression in a 5-Htt-, PS- and 5-Htt x PS-dependent manner. Subsequent fine-mapping linked the methylation status of two specific CpG sites in this region to Mbp expression and anxiety-related behavior. We furthermore found that not only the expression of Mbp but of large gene set associated with myelination was affected by a 5-Htt x PS interaction in a brain-region specific manner. In conclusion, hippocampal DNA methylation patterns and expression profiles of female PS 5-Htt+/- mice suggest that distinct molecular mechanisms, some of which are associated with changes in gene promoter methylation, and processes associated with myelination contribute to the behavioral effects of the 5-Htt genotype, PS exposure, and their interaction.
In the second study, we aimed at investing the molecular substrates underlying resilience to PS. For this purpose, we exposed 5-Htt+/+ dams to the same restraint stress paradigm and investigated the effects of PS on depression- and anxiety-like behavior and corticosterone (CORT) secretion at baseline and after acute restraint stress in female 5-Htt+/+ and 5-Htt+/- offspring. We found that PS affected the offspring’s social behavior in a negative manner. When specifically examining those PS animals, we grouped the PS offspring of each genotype into a social, resilient and an unsocial, vulnerable group. While anxiety-like behavior in the EPM was reduced in unsocial, but not social, PS 5-Htt+/+ animals when compared to controls, this pattern could not be found in animals of the other genotype, indicating that social anxiety and state anxiety in the EPM were independent of each other. We then assessed genome-wide hippocampal gene expression profiles using mRNA sequencing in order to identify pathways and gene ontology (GO) terms enriched due to 5-Htt genotype (G), PS exposure (E) and their interaction (GxE) as well as enriched in social, but not unsocial, PS offspring, and vice versa. Numerous genes were affected by 5-Htt genotype, PS and most of all a GxE-interaction. Enrichment analysis using enrichr identified that the genotype affected mitochondrial respiration, while GxE-interaction-affected processes associated primarily with myelination and chromatin remodeling. We furthermore found that 5-Htt+/- mice showed profound expression changes of numerous genes in a genomic region located 10 mio kb upstream of the 5 Htt locus on the same chromosome. When looking at social vs. unsocial mice, we found that a much higher number of genes was regulated in 5 Htt+/- animals than in 5-Htt+/+ animals, reflecting the impact of GxE-interaction. Double the number of genes was regulated in social PS vs. control mice when compared to unsocial PS vs. control in both genotypes, suggesting that the successful adaption to PS might have required more active processes from the social group than the reaction to PS from the unsocial group. This notion is supported by the up-regulation of mitochondrial respiration in social, but not in unsocial, PS 5-Htt+/- mice when compared to controls, as those animals might have been able to raise energy resources the unsocial group was not. Next to this, processes associated with myelination seemed to be down-regulated in social 5-Htt+/- mice, but not in unsocial animals, when compared to controls. Taken together, PS exposure affected sociability and anxiety-like behavior dependent on the 5-Htt genotype in female offspring. Processes associated with myelination and epigenetic mechanisms involved in chromatin remodeling seemed be affected in a GxE-dependent manner in the hippocampus of these offspring. Our transcriptome data furthermore suggest that mitochondrial respiration and, with this, energy metabolism might be altered in 5-Htt+/- offspring when compared to 5-Htt+/+ offspring. Moreover, myelination and mitochondrial respiration might contribute to resilience towards PS exposure in 5-Htt+/- offspring, possibly by affecting brain connectivity and energy capabilities.
N2  - Frühes Stresserleben wie zum Beispiel in Form von pränatalem Stress (PS) kann sich auf die Entwicklung des Gehirns auswirken und einen gravierenden Einfluss auf die emotionale Gesundheit im Erwachsenenaltern ausüben, was mit einem erhöhten Risiko für eine Psychopathologie einhergeht. Manche Individuen sind jedoch frühem Stresserleben gegenüber vulnerabler, während andere Individuen sich erfolgreich anpassen, d.h. resilient sind, und widrigen Umständen nicht erliegen. Die molekularen Substrate, die Resilienz in manchen und Vulnerabilität in anderen Individuen bedingen, sind bisher nur unzureichend erforscht. Ein Polymorphismus im Serotonintransportergen (5-HTT/SLC6A4) soll eine modulierende Rolle in der Vermittlung der Effekte von frühem Stresserleben auf die Entwicklung einer Psychopathologie spielen, wobei Träger des niedrig-exprimierenden kurzen (s-) Allels empfänglicher gegenüber Stresserlebnissen während der Entwicklung sind, während Träger des langen (l-) Allels als resilienter gelten. Die molekularen Mechanismen, die dieser Gen-Umwelt-Interaktion zu Grunde liegen, sind noch nicht aufgeklärt. Epigenetische Mechanismen wie DNA-Methylierung und Histonmodifikationen könnten jedoch dazu beitragen, da sie an der Schnittfläche zwischen Genom und Umwelt liegen. Des Weiteren wird vermutet, dass epigenetische Programmierung während der Entwicklung unabhängig von genetischer Varianz zur Ausbildung von Resilienz bzw. Vulnerabilität beiträgt.
Die vorliegende Arbeit umfasst zwei Projekte, in denen die Auswirkungen von pränatalem „maternal restraint“ Stress in 5-HTT defizienten Mäusen behandelt werden. In der ersten Studie wurde untersucht, in ob und in welchem Maß zuvor beobachtete Veränderungen im Verhalten und in der hippocampalen Genexpression in weiblichen PS Mäusen mit Veränderungen in DNA-Methylierungsmustern einhergingen. Des Weiteren untersuchten wir mittels RT-qPCR die Expression von Genen, die mit Myelinisierung im Zusammenhang stehen, im Hippocampus und in der Amygdala dieser Tiere. Ein genomweites hippocampales DNA-Methylierungsscreening wurde durchgeführt indem methylierte DNA mit Hilfe der Methyl-DNA-Immunoprezipitation angereichert und auf Affymetrix GeneChip® Mouse Promoter 1.0R Arrays aufgetragen wurde. Um individuelle genspezifische DNA-Methylierung, mRNA-Expression und Verhalten miteinander korrelieren zu können, wurde hippocampale DNA derselben Mäuse, die zuvor getestet wurden, dafür eingesetzt. Der 5-Htt Genotyp, PS und ihre Interaktion veränderten die DNA-Methylierung von zahlreichen Genen, wovon ein Teil auch differentiell exprimiert war. Um genau zu sein, identifizierten wir eine differentiell methylierte Region im Myelin basic protein (Mbp) Gen, was mit Mbp Expressionsveränderungen auf Grund eines 5-Htt-, PS und eines 5-Htt x PS-Effekts einherging war. Eine anschließende genauere Untersuchung dieser Region zeigte eine Assoziation zwischen dem Methylierungsstatus zweier spezifischer CpG-Stellen mit der Mbp Expression und Angst-ähnlichem Verhalten. Es zeigte sich weiterhin, dass nicht nur die Expression von Mbp sondern eines ganzes Satzes an Genen, die mit Myelinisierung im Zusammenhang stehen, durch eine 5-Htt x PS-Interaktion in einer Gehirnregionen-spezifischen Weise verändert war. Zusammenfassend weisen die hippocampalen DNA-Methylierungsmuster und Genexpressionprofile der weiblichen PS 5-Htt+/- Mäuse darauf hin, dass eindeutige molekulare Mechanismen, wovon einige mit Veränderungen in der Promotermethylierung einhergingen, und Prozesse, die mit Myelinisierung im Zusammenhang stehen, zu den Verhaltenseffekten des 5-Htt Genotyps, PS-Exposition und ihrer Interaktion beitragen.
Die zweite Studie hatte zum Ziel, molekulare Substrate, die einer Resilienz gegenüber PS zu Grunde liegen, zu erforschen. Zu diesem Zweck wandten wir das gleiche „restrainst stress“ Paradigma wie zuvor auf schwangere 5-Htt+/+ Weibchen an und untersuchten die PS-Effekte auf Depressions- und Angst-ähnliches Verhalten sowie auf die Corticosteronausschüttung im Grundzustand und nach akutem „restraint stress“ im weiblichen 5-Htt+/+ und 5-Htt+/- Nachwuchs. Wir stellten fest, dass sich PS negativ auf das Sozialverhalten auswirkte. Als wir die PS Tiere genauer untersuchten, teilten wir den PS Nachwuchs jeden Genotyps in je eine soziale, resiliente und eine unsoziale, vulnerable Gruppe ein. Während das Angst-ähnliche Verhalten im EPM in unsozialen, aber nicht sozialen, 5-Htt+/+ PS Tieren im Vergleich zu Kontrolltieren verringert war, konnte man diesen Effekt im anderen untersuchten Genotyp nicht finden, was darauf hinweist, dass soziale Ängstlichkeit und die sogenannte „state anxiety“, wie in potentiell angsteinflößenden Situationen zu Tage tritt, unabhängig voneinander funktionierende Prozesse sind. Wir erstellten anschließend mittels mRNA-Sequenzierung genomweite hippocampale Genexpressionsprofile um Netzwerke und Gene Ontology (GO) Terms zu identifizieren, die auf Grund des 5-Htt Genotyps (G), der PS-Exposition (E) oder einer Interaktion (GxE) sowie in sozialem, aber nicht in unsozialem, PS Nachwuchs und umgekehrt angereichert waren. Die Expression zahlreicher Gene war durch den 5-Htt Genotyp, der PS-Exposition und vor allem einer GxE-Interaktion verändert. Durch eine Anreicherungsanalyse mittels enrichr stellten wir fest, dass die mitochondriale Atmungskette vom Genotyp beeinflusst wurde, wohingegen sich die GxE-Interaktion vor allem auf Prozesse, die mit Myelinisierung und Chromatinumgestaltung in Verbindung standen, auswirkte. Darüber hinaus fanden wir in 5-Htt+/- Mäusen höchst signifikante Expressionsveränderungen zahlreicher Gene, die in einer genomischen Region 10 mio kb in 5‘ Richtung des 5-Htt Lokus auf dem gleichen Chromosom lagen. Als wir soziale und unsoziale PS Mäuse verglichen, zeigte sich, dass eine deutlich höhere Anzahl an Genen in 5-Htt+/- Mäusen als in 5-Htt+/+ Mäusen reguliert war, was die Auswirkungen der GxE-Interaktion widerspiegelt. In beiden Genotypen war die doppelte Anzahl an Genen in sozialen PS vs. Kontroll-Tieren im Vergleich zu unsozialen PS vs. Kontroll-Tieren verändert, was darauf hinweist, dass eine erfolgreiche Anpassung an PS den sozialen Tieren möglicherweise mehr aktive Prozesse abverlangte als die Reaktion auf PS in der unsozialen Gruppe. Diese Vorstellung wird durch eine Steigerung der mitochondrialen Atmungskette auf mRNA-Ebene in sozialen, aber nicht in unsozialen, 5-Htt+/- Mäusen im Vergleich zu Kontrollmäusen unterstützt, da diese Tiere in der Lage gewesen sein könnten, Energieressourcen zu mobilisieren, die den unsozialen Tieren nicht zur Verfügung standen. Des Weiteren schienen Prozesse, die mit Myelinisierung im Zusammenhang stehen, in sozialen, aber nicht in unsozialen, PS 5-Htt+/- Mäusen im Vergleich zu Kontrollmäusen herunterreguliert zu sein. Zusammengefasst wirkte sich die PS-Exposition auf das Sozial- und Angst-ähnliche Verhalten abhängig vom 5-Htt Genotyp im weiblichen Nachwuchs aus. Prozesse, die mit Myelinisierung im Zusammenhang stehen, und epigenetische Mechanismen, die in der Chromatinumgestaltung beteiligt sind, schienen von einer GxE-Interaktion im Hippocampus dieser Tiere beeinflusst zu sein. Unsere Transkriptomdaten gaben des weiteren Hinweise darauf, dass die mitochondriale Atmungskette, und damit vermutlich auch der Energiemetabolismus, in 5-Htt+/- Tieren im Vergleich zu 5-Htt+/+ Tieren verändert sein könnte. Ferner könnten Veränderungen in der Myelinisierung sowie in der mitochondrialen Atmungskette zur Resilienzentwicklung gegenüber PS in 5-Htt+/- Mäusen beitragen, möglicherweise durch Veränderungen in der Gehirnkonnektivität und in den zu mobilisierenden Energieressourcen.
KW  - Stress
KW  - Serotonin
KW  - Pränatale Entwicklung
KW  - Maus
KW  - Epigenetic
KW  - DNA methylation
KW  - Epigenetik
KW  - Hippocampus
KW  - Depression
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120270
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmitt, Franziska
T1  - Neuronal basis of temporal polyethism and sky-compass based navigation in \(Cataglyphis\) desert ants
T1  - Die neuronale Grundlage von Alterspolyethismus und Himmelskompassnavigation in der Wüstenameise \(Cataglyphis\)
N2  - Desert ants of the genus Cataglyphis (Formicinae) are widely distributed in arid
areas of the palearctic ecozone. Their habitats range from relatively cluttered environments in the Mediterranean area to almost landmark free deserts. Due to their
sophisticated navigational toolkit, mainly based on the sky-compass, they were
studied extensively for the last 4 decades and are an exceptional model organism
for navigation. Cataglyphis ants exhibit a temporal polyethism: interior workers
stay inside the dark nest and serve as repletes for the first ∼2 weeks of their adult
life (interior I). They then switch to nursing and nest maintenance (interior II)
until they transition to become day-active outdoor foragers after ∼4 weeks. The
latter switch in tasks involves a transition phase of ∼2-3 days during which the
ants perform learning and orientation walks. Only after this last phase do the ants
start to scavenge for food as foragers.
In this present thesis I address two main questions using Cataglyphis desert ants
as a model organism:
1. What are the underlying mechanisms of temporal polyethism?
2. What is the neuronal basis of sky-compass based navigation in Cataglyphis
ants?
Neuropeptides are important regulators of insect physiology and behavior and as
such are promising candidates regarding the regulation of temporal polyethism in
Cataglyphis ants. Neuropeptides are processed from large precursor proteins and undergo substantial post-translational modifications. Therefore, it is crucial to biochemically identify annotated peptides. As hardly any peptide data are available
for ants and no relevant genomic data has been recorded for Cataglyphis, I started
out to identify the neuropeptidome of adult Camponotus floridanus (Formicinae)
workers (manuscript 1). This resulted in the first neuropeptidome described in an
ant species – 39 neuropeptides out of 18 peptide families. Employing a targeted
approach, I identified allatostatin A (AstA), allatotropin (AT), short neuropeptide
F (sNPF) and tachykinin (TK) using mass spectrometry and immunohistology to
investigate the distribution of AstA, AT and TK in the brain (manuscript 2). All
three peptides are localized in the central complex, a brain center for sensory integration and high-order control of locomotion behavior. In addition, AstA and
TK were also found in visual and olfactory input regions and in the mushroom
bodies, the centers for learning and memory formation. Comparing the TK immunostaining in the brain of 1, 7 and 14 days old dark kept animals revealed that
the distribution in the central complex changes, most prominently in the 14 day
old group. In the Drosophila central complex TK modulates locomotor activity
levels. I therefore hypothesize that TK is involved in the internal regulation of the
interior I–interior II transition which occurs after ∼2 weeks of age.
I designed a behavioral setup to test the effect of neuropeptides on the two traits:
’locomotor activity level’ and ’phototaxis’ (manuscript 3). The test showed that
interior I ants are less active than interior II ants, which again are less active
than foragers. Furthermore, interior ants are negatively phototactic compared to
a higher frequency of positive phototaxis in foragers. Testing the influence of AstA
and AT on the ants’ behavior revealed a stage-specific effect: while interior I behavior is not obviously influenced, foragers become positively phototactic and more
active after AT injection and less active after AstA injection. I further tested the
effect of light exposure on the two behavioral traits of interior workers and show that it rises locomotor activity and results in decreased negative phototaxis in
interior ants. However, both interior stages are still more negatively phototactic
than foragers and only the activity level of interior II ants is raised to the forager
level. These results support the hypothesis that neuropeptides and light influence
behavior in a stage-specific manner.
The second objective of this thesis was to investigate the neuronal basis of skycompass navigation in Cataglyphis (manuscript 4). Anatomical localization of the
sky-compass pathway revealed that its general organization is highly similar to
other insect species. I further focused on giant synapses in the lateral complex,
the last relay station before sky-compass information enters the central complex.
A comparison of their numbers between newly eclosed ants and foragers discloses
a rise in synapse numbers from indoor worker to forager, suggesting task-related
synaptic plasticity in the sky-compass pathway. Subsequently I compared synapse
numbers in light preexposed ants and in dark-kept, aged ants. This experiment
showed that light as opposed to age is necessary and sufficient to trigger this rise
in synapse number. The number of newly formed synapses further depends on the
spectral properties of the light to which the ants were exposed to.
Taken together, I described neuropeptides in C. floridanus and C. fortis, and provided first evidence that they influence temporal polyethism in Cataglyphis ants.
I further showed that the extent to which neuropeptides and light can influence
behavior depends on the animals’ state, suggesting that the system is only responsive under certain circumstances. These results provided first insight into the
neuronal regulation of temporal polyethism in Cataglyphis. Furthermore, I characterized the neuronal substrate for sky-compass navigation for the first time in
Cataglyphis. The high level of structural synaptic plasticity in this pathway linked
to the interior–forager transition might be particularly relevant for the initial calibration of the ants’ compass system.
N2  - Wüstenameisen der Gattung Cataglyphis sind weit verbreitet in ariden Gebieten
der paläarktischen Ökozone. Die von ihnen bewohnten Habitate reichen von landmarkenreichen Arealen im Mittelmeerraum, zu beinahe landmarkenfreien Wüstengebieten. Aufgrund ihres hochentwickelten Navigationssystems, welches größtenteils auf dem Himmelskompass basiert, wurden sie in den letzten 4 Jahrzehnten
extensiv studiert und sind ein einzigartiges Modellsystem für Navigation. Cataglyphis weisen einen alterskorrelierten Polyethismus auf: Innendienstler dienen
als Speichertiere für die ersten ∼2 Wochen ihres adulten Lebens (Interior I). Sie
gehen daraufhin zu Brutpflege und Nestbau (Interior II) über bis sie nach ∼4
Wochen zu tagaktiver Furagiertätitkeit außerhalb ihres Nestes wechseln. Dieser
letzte Übergang dauert ∼2-3 Tage und wird von den Ameisen genutzt, um Lernund Orientierungsläufe durchzuführen.
In der vorliegenden Arbeit befasse ich mich vor allem mit zwei Fragen, die ich mit
Hilfe von Cataglyphis als Modellorganismus beantworten möchte:
1. Welches sind die zugrunde liegenden Mechanismen des Alterspolyethismus?
2. Was ist die neuronale Grundlage von Navigation, die auf dem Himmelskompass basiert?
Neuropeptide sind bedeutende Regulatoren der Physiologie und des Verhaltens von
Insekten und als solche vielversprechende Kandidaten im Hinblick auf die Regulation des Alterspolyethismus in Cataglyphis Ameisen. Neuropeptide werden aus größeren Vorläuferproteinen herausgeschnitten und posttranslational stark modifiziert. Daher ist es wichtig, annotierte Peptide auch biochemisch zu identifizieren.
Da für Ameisen kaum Peptiddaten zur Verfügung stehen und es zudem keine
relevanten genomischen Daten für Cataglyphis gibt, identifizierte ich zunächst
das Neuropeptidom adulter Camponotus floridanus (Formicinae) Arbeiterinnen
(Manuskript 1). Daraus resultierte das erste Neuropeptidom, das für eine Ameisenart beschrieben wird—39 Neuropeptide aus 18 Peptidfamilien. In einer weiteren
Studie identifizierte ich gezielt die Neuropeptidfamilien Allatostatin A (AstA), Allatotropin (AT), das kurze Neuropeptid F (sNPF) und Tachykinin (TK) mittels
Massenspektroskopie und untersuchte die Verteilung von AstA, AT und TK im
Gehirn mit Hilfe der Immunhistologie (Manuskript 2). Alle drei Peptide sind im
Zentralkomplex lokalisiert, dem Gehirnzentrum welches sensorische Eingänge integriert und in einer übergeordneten Rolle Lokomotorverhalten steuert. AstA und
TK sind zudem in den visuellen und olfaktorischen Eingangsregionen, sowie den
Pilzkörpern, den Zentren für Lernen und Gedächtnisbildung, zu finden. Ein Vergleich der TK-Immunfärbung im Gehirn von 1, 7 und 14 Tage alten im Dunkeln
gehaltenen Tieren zeigt, dass sich die Verteilung im Zentralkomplex verändert—
dies ist besonders prominent in der 14 Tage alten Gruppe. In Drosophila moduliert
TK im Zentralkomplex Lokomotoraktivität. Basierend darauf stelle ich die Hypothese auf, dass TK in der internen Regulierung des Übergangs von Interior I zu
Interior II involviert ist, welchen die Tiere im Alter von ∼2 Wochen durchlaufen.
Für eine dritte Studie konstruierte ich ein Verhaltenssetup um den Einfluss von
Neuropeptiden und Licht auf die beiden Verhaltensmerkmale ’Lokomotoraktivität’ und ’Phototaxis’ zu testen (Manuskript 3). Der Test zeigte, dass Interior
I Ameisen weniger aktiv sind als Interior II Ameisen, welche wiederum weniger
aktiv sind als Furageure. Zudem sind Interior Ameisen negativ phototaktisch, verglichen mit einer häufiger zu beobachtenden positiven Phototaxis bei Furageuren. Im Test zeigte sich auch, dass der Einfluss von AstA und AT stadiumsspezifisch ist:
während das Verhalten von Interior I Tieren nicht offensichtlich beeinflusst wird,
werden Furageure durch die Injektion von AT positiv phototaktisch, sowie aktiver
und AstA-Injektion führt zu geminderter Lokomotoraktivität. Darüber hinaus
testete ich den Lichteinfluss auf beide Verhaltensmerkmale in den Innendienststadien und zeige, dass er Lokomotoraktivität steigert und in einer geminderten
negativen Phototaxis resultiert. Beide Innendienststadien sind jedoch weiterhin
negativer phototaktisch als Furageure und nur die Lokomotoraktivtät von Interior II Ameisen wird auf das Niveau von Furageuren angehoben. Diese Ergebnisse
stützen die Hypothese, dass Neuropeptide und Licht stadiumsspezifisch Verhalten
beeinflussen.
Der zweite Aspekt dieser Thesis war es, die neuronale Grundlage der Himmelskompassnavigation in Cataglyphis aufzuklären (Manuskript 4). Die neuroanatomische
Lokalisation der Himmelskompasssehbahn zeigt, dass die allgemeine Organisation
dieser neuronalen Bahn der bei bisher untersuchten anderen Insekten stark ähnelt. Ich habe mich daraufhin auf Riesensynapsen im lateralen Komplex konzentriert, der letzten Verschaltungsstation ehe die Himmelskompassinformation in
den Zentralkomplex übertragen wird. Ein Vergleich zwischen der Synapsenzahl
in frisch geschlüpfte Ameisen und erfahrenen Furageueren zeigte einen Anstieg der
Synapsenzahl von Innendienst zu Furaguer, was aufgabenabhängige synaptische
Plastizität in der Himmelskompasssehbahn suggeriert. In einem weiteren Versuch
verglich ich die Riesensynapsenzahlen lichtexponierter Tiere und dunkel gehaltener, gealteter Tiere. Dieses Experiment zeigte, dass der Zuwachs an Riesensynapsen durch den Lichteinfluss ausgelöst wird und keinen altersabhängigen Prozess
darstellt. Zudem verändert sich die Anzahl der neu gebildeten Riesensynapsen in
Abhängigkeit von den spektralen Eigenschaften des Lichts, dem die Ameisen ausgesetzt sind. Zusammengefasst beschrieb ich in dieser Thesis Neuropeptide in C. floridanus und
Cataglyphis und lieferte erste Evidenz, dass diese den Alterspolyethismus in Cataglyphis beeinflussen. Zudem zeigte ich, dass das Ausmaß in dem Neuropeptide
und Lichtexposition Verhalten beeinflussen können, stadiumsspezifisch ist. Dies
suggeriert, dass das System nur unter bestimmten Bedingungen auf externe Einflüsse reagiert. Diese Ergebnisse lieferten erste wichtige Einblicke in die neuronale
Grundlage von Alterspolyethismus in Cataglyphis. Zudem charakterisierte ich erstmals das neuronale Substrat der Himmelskompassnavigation in Cataglyphis. Das
hohe Maß an synaptischer Plastizität in dieser Sehbahn beim Übergang von Innenzu Außendienst, könnte besondere Relevanz für die initiale Kalibrierung des Kompasssystems haben.
KW  - Cataglyphis
KW  - Neuroethologie
KW  - Neuropeptide
KW  - Neuronale Plastizität
KW  - Soziale Insekten
KW  - Verhaltensplastizität
KW  - Himmelskompass
KW  - Riesensynapsen
KW  - Neuropeptidom
KW  - Neuromodulation
KW  - Arbeitsteilung
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142049
ER  - 
TY  - THES
A1  - Morowski, Martina
T1  - Relevance of platelet count and ITAM-signalling pathway in murine models of haemostasis, thrombosis and thrombo-inflammation
T1  - Relevanz der Thrombozytenzahl und des ITAM-Signalwegs in Mausmodellen der Hämostase, Thrombose und Thromboinflammation
N2  - Platelets are important players in haemostasis and their activation is essential to limit post-traumatic blood loss upon vessel injury. On the other hand, pathological platelet activation may lead to thrombosis resulting in myocardial infarction and stroke. Platelet activation and subsequent thrombus formation are, therefore, tightly regulated and require a well-defined interplay of platelet surface receptors, intracellular signalling molecules, cytoskeletal rearrangements and the activation of the coagulation cascade.
In vivo thrombosis and haemostasis models mimic thrombus formation at sites of vascular lesions and are frequently used to assess thrombotic and haemostatic functions of platelets. In this dissertation, different in vivo models were used in mice to address the question at what level a reduced platelet count (PC) compromises stable thrombus formation. To study this, mice were rendered thrombocytopenic by low-dose anti-GPIbα antibody treatment and subjected to a tail bleeding time assay as well as to four different in vivo thrombosis models. Haemostasis and occlusive thrombus formation in small vessels were only mildly affected even at severe reductions of the PC. In contrast, occlusive thrombus formation in larger arteries required higher PCs demonstrating that considerable differences in the sensitivity for PC reductions exist between these models.
In a second part of this study, mice were rendered thrombocytopenic by injection of high-dose anti-GPIbα antibody which led to the complete loss of all platelets from the circulation for several days. During recovery from thrombocytopenia, the newly generated platelet population was characterised and revealed a defect in immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM)-signalling. This defect translated into impaired arterial thrombus formation.
To further investigate ITAM-signalling in vivo, genetically modified mice were analysed which display a positive or negative regulation of platelet ITAM-signalling in vitro. Whereas mice lacking the adapter Grb2 in platelets showed a delayed thrombus formation in vivo after acetylsalicylic acid treatment, Clp36ΔLIM bone marrow chimeric mice and SLAP/SLAP2-deficient mice displayed pro-thrombotic properties in vivo. Finally, mice lacking the adapter protein EFhd2 were analysed in vitro and in vivo. However, EFhd2-deficient platelets showed only a minor increase in the procoagulant activity compared to control.
N2  - Thrombozyten sind wichtige Zellen für die Hämostase, die bei einer Verletzung der Gefäßwand aktiviert werden, um den Blutverlust zu begrenzen. Auf der anderen Seite kann die pathologische Aktvierung von Thrombozyten jedoch zu Thromboseereignissen und in Konsequenz zu Schlaganfall und Herzinfarkt führen. Die Aktivierung von Thrombozyten und die nachfolgende Thrombusbildung sind daher streng reguliert und setzen ein enges Zusammenspiel von Thrombozytenoberflächenrezeptoren, intrazellulären Signalmolekülen, Zytoskelettumstrukturierungen und die Aktivierung der Koagulationskaskade voraus.
In vivo Thrombose- und Hämostase-Modelle ahmen die Thrombusbildung in Gefäßen nach und werden häufig benutzt um die hämostatische und thrombotische Funktion von Thrombozyten zu untersuchen. In dieser Dissertation wurden verschiedene in vivo Modelle in Mäusen genutzt, um zu klären, ab welcher Thrombozytenzahl eine stabile Thrombusbildung beeinträchtigt ist. Für diese Untersuchung wurden Mäuse mit geringen Dosen anti-GPIbα Antikörper behandelt, die zu einer Reduktion der Thrombozytenzahl führen. Anschließend wurden die Mäuse in einem Blutungszeitmodel und vier verschiedenen thrombotischen Modellen untersucht. Hämostase oder okklusive Thrombusbildung in kleinen Gefäßen waren auch bei einer sehr starken Reduktion der Thrombozytenzahl kaum beeinträchtigt. Im Gegensatz dazu war für eine normale Thrombusbildung in größeren Gefäßen eine höhere Thrombozytenzahl nötig. Verschiedene in vivo Modelle zeigen daher eine unterschiedliche Sensitivität gegenüber einer Reduktion der Thrombozytenzahl.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden Mäuse mit einer hohen Dosis anti-GPIbα Antikörper behandelt, die zu einem völligen, mehrtägigen Verlust aller Thrombozyten im Blutkreislauf führte. Während sich die Thrombozytenzahl erholte, wurden neu generierte Thrombozyten charakterisiert, die einen deutlichen Defekt im ITAM-Signalweg zeigten. Dieser Defekt führte zu einer verminderten arteriellen Thrombusbildung.
Um Auswirkungen eines Defektes im ITAM-Signalweg detaillierter in vivo zu untersuchen, wurden genetisch veränderte Mäuse, die in vitro eine reduzierte oder verstärkte ITAM-Signaltransduktion in Thrombozyten zeigen, untersucht. Während Mäuse, die in Thrombozyten kein Grb2 exprimieren nach Acetylsalicylsäurebehandlung in vivo eine verlangsamte Thrombusbildung zeigten, war die Thrombusbildung in Clp36ΔLIM Knochenmarkchimären und SLAP/SLAP2-defizienten Mäusen beschleunigt. Darüber hinaus wurden EFhd2-defiziente Mäuse in vitro und in vivo analysiert. EFhd2-defiziente Thrombozyten zeigten jedoch nur eine geringe Steigerung in der prokoagulatorischen Aktivität im Vergleich zu Kontrolltieren.
KW  - Thrombozyt
KW  - Platelet count
KW  - ITAM-signalling
KW  - Murine models of thrombosis and haemostasis
KW  - Maus
KW  - Blutstillung
KW  - Thrombose
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-99193
ER  - 
TY  - THES
A1  - Markert, Sebastian Matthias
T1  - Enriching the understanding of synaptic architecture from single synapses to networks with advanced imaging techniques
T1  - Vertiefung des Verständnisses synaptischer Architektur von der einzelnen Synapse bis zum Netzwerk mit modernsten bildgebenden Verfahren
N2  - Because of its complexity and intricacy, studying the nervous system is often challenging. Fortunately, the small nematode roundworm Caenorhabditis elegans is well established as a model system for basic neurobiological research. The C. elegans model is also the only organism with a supposedly complete connectome, an organism-wide map of synaptic connectivity resolved by electron microscopy, which provides some understanding of how the nervous system works as a whole. However, the number of available data-sets is small and the connectome contains errors and gaps. One example of this concerns electrical synapses. Electrical synapses are formed by gap junctions and difficult to map due to their often ambiguous morphology in electron micrographs, leading to misclassification or omission. On the other hand, chemical synapses are more easily mapped, but many aspects of their mode of operation remain elusive and their role in the C. elegans connectome is oversimplified. A comprehensive understanding of signal transduction of neurons between each other and other cells will be indispensable for a comprehensive understanding of the nervous system. In this thesis, I approach these challenges with a combination of advanced light and electron microscopy techniques.
First, this thesis describes a strategy to increase synaptic specificity in connectomics. Specifically, I classify gap junctions with a high degree of confidence. To achieve this, I utilized array tomography (AT). In this thesis, AT is adapted for high-pressure freezing to optimize for structure preservation and for super-resolution light microscopy; in this manner, I aim to bridge the gap between light and electron microscopy resolutions. I call this adaptation super-resolution array tomography (srAT). The srAT approach made it possible to clearly identify and map gap junctions with high precision and accuracy. The results from this study showcased the feasibility of incorporating electrical synapses into connectomes in a systematic manner, and subsequent studies have used srAT for other models and questions.
As mentioned above, the C. elegans connectomic model suffers from a shortage of datasets. For most larval stages, including the special dauer larval stage, connectome data is completely missing up to now. To obtain the first partial connectome data-set of the C. elegans dauer larva, we used focused ion-beam scanning electron microscopy (FIB-SEM). This technique offers an excellent axial resolution and is useful for acquiring large volumes for connectomics. Together with our collaborators, I acquired several data-sets which enable the analysis of dauer stage-specific “re-wiring” of the nervous system and thus offer valuable insights into connectome plasticity/variability.
While chemical synapses are easy to map relative to electrical synapses, signal transduction via chemical transmitters requires a large number of different proteins and molecular processes acting in conjunction in a highly constricted space. Because of the small spatial scale of the synapse, investigating protein function requires very high resolution, which electron tomography provides. I analyzed electron tomograms of a worm-line with a mutant synaptic protein, the serine/threonine kinase SAD-1, and found remarkable alterations in several architectural features. My results confirm and re-contextualize previous findings and provide new insight into the functions of this protein at the chemical synapse.
Finally, I investigated the effectiveness of our methods on “malfunctioning,” synapses, using an amyotrophic lateral sclerosis (ALS) model. In the putative synaptopathy ALS, the mechanisms of motor neuron death are mostly unknown. However, mutations in the gene FUS (Fused in Sarcoma) are one known cause of the disease. The expression of the mutated human FUS in C. elegans was recently shown to produce an ALS-like phenotype in the worms, rendering C. elegans an attractive disease model for ALS. Together with our collaboration partners, I applied both srAT and electron tomography methods to “ALS worms” and found effects on vesicle docking. These findings help to explain electrophysiological recordings that revealed a decrease in frequency of mini excitatory synaptic currents, but not amplitudes, in ALS worms compared to controls. In addition, synaptic endosomes appeared larger and contained electron-dense filaments in our tomograms. These results substantiate the idea that mutated FUS impairs vesicle docking and also offer new insights into further molecular mechanisms of disease development in FUS-dependent ALS. Furthermore, we demonstrated the broader applicability of our methods by successfully using them on cultured mouse motor neurons.
Overall, using the C. elegans model and a combination of light and electron microscopy methods, this thesis helps to elucidate the structure and function of neuronal synapses, towards the aim of obtaining a comprehensive model of the nervous system.
N2  - Das Nervensystem ist ein definierendes Merkmal aller Tiere, unter anderem verantwortlich für Sinneswahrnehmung, Bewegung und „höhere“ Hirnfunktionen. Wegen dessen Komplexität und Feingliedrigkeit stellt das Erforschen des Nervensystems oft eine Herausforderung dar. Jedoch ist der kleine Fadenwurm Caenorhabditis elegans als Modellsystem für neurobiologische Grundlagenforschung gut etabliert. Erbesitzt eines der kleinsten und unveränderlichsten bekannten Nervensysteme. C.elegans ist auch das einzige Modell, für das ein annähernd vollständiges Konnektom vorliegt, eine durch Elektronenmikroskopie erstellte Karte der synaptischen Verbindungen eines gesamten Organismus, die Einblicke in die Funktionsweise des Nervensystems als Ganzes erlaubt. Allerdings ist die Anzahl der verfügbaren Datensätze gering und das Konnektom enthält Fehler und Lücken. Davon sind beispielsweise elektrische Synapsen betroffen. Elektrische Synapsen werden von Gap Junctions gebildet und sind auf Grund ihrer oft uneindeutigen Morphologie in elektronenmikroskopischen Aufnahmen schwierig zu kartieren, was dazu führt, dass einige falsch klassifiziert oder übersehen werden. Chemische Synapsen sind dagegen einfacher zu kartieren, aber viele Aspekte ihrer Funktionsweise sind schwer zu erfassen und ihre Rolle im Konnektom von C.elegans ist daher zu vereinfacht dargestellt. Ein umfassendes Verständnis der Signaltransduktion von Neuronen untereinander und zu anderen Zellen wird Voraussetzung für ein vollständiges Erfassen des Nervensystems sein. In der vorliegenden Arbeit gehe ich diese Herausforderungen mithilfe einer Kombination aus modernsten licht- und elektronenmikroskopischen Verfahren an. Zunächst beschreibt diese Arbeit eine Strategie, um die synaptische Spezifität in der Konnektomik zu erhöhen, indem ich Gap Junctions mit einem hohen Maß an Genauigkeit klassifiziere. Um dies zu erreichen, nutzte ich array tomography (AT), eine Technik, die Licht- und Elektronenmikrokopie miteinander korreliert. In dieser Arbeit wird AT adaptiert für Hochdruckgefrierung, um die Strukturerhaltung zu optimieren, sowie für ultrahochauflösende Lichtmikroskopie; so wird die Kluft zwischen den Auflösungsbereichen von Licht- und Elektronenmikroskopie überbrückt. Diese Adaption nenne ich super-resolution array tomography (srAT). Der srATAnsatz machte es möglich, Gap Junctions mit hoher Präzision und Genauigkeit klar zu identifizieren. Für diese Arbeit konzentrierte ich mich dabei auf Gap Junctions des retrovesikulären Ganglions von C.elegans. Die Ergebnisse dieser Studie veranschaulichen, wie es möglich wäre, elektrische Synapsen systematisch in Konnektome aufzunehmen. Nachfolgende Studien haben srAT auch auf andere Modelle und Fragestellungen angewandt ...
KW  - Caenorhabditis elegans
KW  - Synapse
KW  - Elektronenmikroskopie
KW  - Myatrophische Lateralsklerose
KW  - connectomics
KW  - focused ion-beam scanning electron microscopy
KW  - super-resolution array tomography
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-189935
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kupper, Maria
T1  - The immune transcriptome and proteome of the ant Camponotus floridanus and vertical transmission of its bacterial endosymbiont Blochmannia floridanus
T1  - Das Immuntranskriptom und -proteom der Ameise Camponotus floridanus und die vertikale Transmission ihres Endosymbionten Blochmannia floridanus
N2  - The evolutionary success of insects is believed to be at least partially facilitated by symbioses between insects and prokaryotes. Bacterial endosymbionts confer various fitness advantages to their hosts, for example by providing nutrients lacking from the insects’ diet thereby enabling the inhabitation of new ecological niches. The Florida carpenter ant Camponotus floridanus harbours endosymbiotic bacteria of the genus Blochmannia. These primary endosymbionts mainly reside in the cytoplasm of bacteriocytes, specialised cells interspersed into the midgut tissue, but they were also found in oocytes which allows their vertical transmission. The social lifestyle of C. floridanus may facilitate the rapid spread of infections amongst genetically closely related animals living in huge colonies. Therefore, the ants require an immune system to efficiently combat infections while maintaining a “chronic” infection with their endosymbionts.
In order to investigate the immune repertoire of the ants, the Illumina sequencing method was used. The previously published genome sequence of C. floridanus was functionally re-annotated and 0.53% of C. floridanus proteins were assigned to the gene ontology (GO) term subcategory “immune system process”. Based on homology analyses, genes encoding 510 proteins with possible immune function were identified. These genes are involved in microbial recognition and immune signalling pathways but also in cellular defence mechanisms, such as phagocytosis and melanisation. The components of the major signalling pathways appear to be highly conserved and the analysis revealed an overall broad immune repertoire of the ants though the number of identified genes encoding pattern recognition receptors (PRRs) and antimicrobial peptides (AMPs) is comparatively low. Besides three genes coding for homologs of thioester-containing proteins (TEPs), which have been shown to act as opsonins promoting phagocytosis in other insects, six genes encoding the AMPs defesin-1 and defensin-2, hymenoptaecin, two tachystatin-like peptides and one crustin-like peptide are present in the ant genome. Although the low number of known AMPs in comparison to 13 AMPs in the honey bee Apis mellifera and 46 AMPs in the wasp Nasonia vitripennis may indicate a less potent immune system, measures summarised as external or social immunity may enhance the immune repertoire of C. floridanus, as it was discussed for other social insects. Also, the hymenoptaecin multipeptide precursor protein may be processed to yield seven possibly bioactive peptides. In this work, two hymenoptaecin derived peptides were heterologously expressed and purified. The preliminary antimicrobial activity assays indicate varying bacteriostatic effects of different hymenoptaecin derived peptides against Escherichia coli D31 and Staphylococcus aureus which suggests a functional amplification of the immune response further increasing the antimicrobial potency of the ants.
Furthermore, 257 genes were differentially expressed upon immune challenge of C. floridanus and most of the immune genes showing differential expression are involved in recognition of microbes or encode immune effectors rather than signalling components. Additionally, genes coding for proteins involved in storage and metabolism were downregulated upon immune challenge suggesting a trade-off between two energy-intensive processes in order to enhance effectiveness of the immune response. The analysis of gene expression via qRT-PCR was used for validation of the transcriptome data and revealed stage-specific immune gene regulation. Though the same tendencies of regulation were observed in larvae and adults, expression of several immune-related genes was generally more strongly induced in larvae. Immune gene expression levels depending on the developmental stage of C. floridanus are in agreement with observations in other insects and might suggest that animals from different stages revert to individual combinations of external and internal immunity upon infection.
The haemolymph proteome of immune-challenged ants further established the immune-relevance of several proteins involved in classical immune signalling pathways, e.g. PRRs, extracellularly active proteases of the Toll signalling pathway and effector molecules such as AMPs, lysozymes and TEPs. Additionally, non-canonical proteins with putative immune function were enriched in immune-challenged haemolymph, e.g. Vitellogenins, NPC2-like proteins and Hemocytin. As known from previous studies, septic wounding also leads to the upregulation of genes involved in stress responses. In the haemolymph, proteins implicated in protein stabilisation and in the protection against oxidative stress and insecticides were enriched upon immune challenge. In order to identify additional putative immune effectors, haemolymph peptide samples from immune-challenged larvae and adults were analysed. The analysis in this work focussed on the identification of putative peptides produced via the secretory pathway as previously described for neuropeptides of C. floridanus. 567 regulated peptides derived from 39 proteins were identified in the larval haemolymph, whereas 342 regulated peptides derived from 13 proteins were found in the adult haemolymph. Most of the peptides are derived from hymenoptaecin or from putative uncharacterised proteins. One haemolymph peptide of immune-challenged larvae comprises the complete amino acid sequence of a predicted peptide derived from a Vitellogenin. Though the identified peptide lacks similarities to any known immune-related peptide, it is a suitable candidate for further functional analysis.
To establish a stable infection with the endosymbionts, the bacteria have to be transmitted to the next generation of the ants. The vertical transmission of B. floridanus is guaranteed by bacterial infestation of oocytes. This work presents the first comprehensive and detailed description of the localisation of the bacterial endosymbionts in C. floridanus ovaries during oogenesis. Whereas the most apical part of the germarium, which contains the germ-line stem cells, is not infected by the bacteria, small somatic cells in the outer layers of each ovariole were found to be infected in the lower germarium. Only with the beginning of cystocyte differentiation, endosymbionts are exclusively transported from follicle cells into the growing oocytes, while nurse cells were never infected with B. floridanus. This infestation of the oocytes by bacteria very likely involves exocytosis-endocytosis processes between follicle cells and the oocytes. A previous study suggested a down-modulation of the immune response in the midgut tissue which may promote endosymbiont tolerance. Therefore, the expression of several potentially relevant immune genes was analysed in the ovarial tissue by qRT-PCR. The relatively low expression of genes involved in Toll and IMD signalling, and the high expression of genes encoding negative immune regulators, such as PGRP-LB, PGRP-SC2, and tollip, strongly suggest that a down-modulation of the immune response may also facilitate endosymbiont tolerance in the ovaries and thereby contribute to their vertical transmission.
Overall, the present thesis improves the knowledge about the immune repertoire of C. floridanus and provides new candidates for further functional analyses. Moreover, the involvement of the host immune system in maintaining a “chronic” infection with symbiotic bacteria was confirmed and extended to the ovaries.
N2  - Der evolutionäre Erfolg von Insekten wird zumindest teilweise Symbiosen zwischen Insekten und Prokaryonten zugeschrieben. Dabei übertragen bakterielle Symbionten verschiedenste Fitnessvorteile an ihre Wirte. Beispielsweise ermöglicht die Bereitstellung von Nährstoffen, welche in der Nahrung des Insekts fehlen, die Erschließung neuer ökologischer Nischen. Die Florida Rossameise Camponotus floridanus trägt endosymbiontische Bakterien der Gattung Blochmannia. Diese primären Endosymbionten kommen hauptsächlich im Zytoplasma von spezialisierten Zellen des Mitteldarms, den sogenannten Bakteriozyten, vor. Blochmannien wurden aber auch in Oozyten und Eiern gefunden, was ihre vertikale Übertragung an Individuen der nächsten Generation ermöglicht. Als soziale Insekten leben C. floridanus in großen Kolonien von nah verwandten Individuen. Ihre Lebensweise begünstigt möglicherweise die schnelle Ausbreitung von Infektionen, weshalb erwartet werden müsste, dass die Ameisen ein effizientes Immunsystem besitzen. Gleichzeitig muss jedoch die „chronische“ Infektion mit den bakteriellen Symbionten aufrechterhalten werden.
In der vorliegenden Arbeit wurde das Immunrepertoire der Ameisen mittels Illumina Sequenzierung charakterisiert. Zunächst wurde das vor kurzem publizierte Genom von C. floridanus funktionell re-annotiert. Dabei wurden 0.53% der annotierten Proteine der GO-Unterkategorie “Prozesse des Immunsystems” zugeordnet. Basierend auf Homologieanalysen wurden Gene identifiziert, die für 510 Immunproteine kodieren. Die Genprodukte spielen eine Rolle bei der Erkennung von Mikroben und in den Signalwegen des Immunsystems, sind jedoch auch an Prozessen der zellulären Immunantwort, wie beispielsweise Phagozytose und Melanisierung, beteiligt. Dabei sind Komponenten der Hauptsignalwege hoch konserviert. Obwohl die Anzahl der identifizierten Proteine, die Fremdorganismen erkennen (PRRs), und die Anzahl an antimikrobiellen Peptiden (AMPs) vergleichsweise gering ist, verfügt C. floridanus insgesamt über ein umfangreiches Immunrepertoire. Neben drei Genen, die für Thioester-enthaltende Proteine (TEPs) kodieren und wie in anderen Insekten möglicherweise eine Rolle als Opsonine bei der Phagozytose spielen, wurden sechs AMP-Gene identifiziert. Diese kodieren für Defesin-1 und Defensin-2, Hymenoptaecin, zwei Tachystatin-ähnliche und ein Crustin-ähnliches Peptid. Die geringe Anzahl an bekannten AMPs im Vergleich zur Honigbiene Apis mellifera (13 AMPs) und Wespe Nasonia vitripennis (46 AMPs) könnte ein möglicherweise geringeres Potential des Immunsystems anzeigen. Allerdings könnten zusätzliche Maßnahmen, die unter dem Begriff „Soziale Immunität“ zusammengefasst werden, das Immunrepertoire von C. floridanus ergänzen, wie es schon für andere Insekten diskutiert wurde. Zudem könnten durch proteolytische Prozessierung des Hymenoptaecin Multipeptid Präkursormoleküls sieben mögliche antimikrobielle Peptide freigesetzt werden. Für die vorliegende Arbeit wurden zwei verschiedene dieser Hymenoptaecin Peptide heterolog exprimiert und aufgereinigt. Die vorläufige funktionelle Charakterisierung der Peptide zeigt, dass diese Peptide möglicherweise bakteriostatische Wirkung mit einem unterschiedlichen Wirkspektrum gegen Escherichia coli D31 und Staphylococcus aureus entfalten. Dies erlaubt die Annahme, dass die Expression des Hymenoptaecins zu einer funktionellen Amplifikation der Immunantwort führt und das Immunrepertoire der Ameisen erweitert.
Nach Injektion von bakteriellem Material in die Ameisen wurde die Expression von 257 Genen reguliert. Viele dieser Gene kodieren für Proteine zur Erkennung von Pathogenen oder kodieren für Effektoren des Immunsystems. Komponenten der Signalwege zeigten dagegen kaum Veränderungen in ihrer Expression auf. Außerdem zeigten Gene, die für Speicherproteine oder Proteine des Metabolismus kodieren, generell eine geringere Expression nach Stimulierung des Immunsystems auf. Dies lässt einen Ausgleich zwischen zwei energieintensiven Prozessen vermuten, um eine effektive Immunantwort zu ermöglichen. Darüber hinaus zeigt die Validierung der Expressionsdaten mittels qRT-PCR eine Abhängigkeit der Expression mehrerer Gene vom Entwicklungsstadium der Ameisen auf. Generell wurden die gleichen Tendenzen in der Regulation der Expression dieser Gene nach Immunstimulierung beobachtet. Allerdings wurde die Expression mehrerer immunrelevanter Gene in Larven weit stärker induziert als in Adulten. Wie es auch schon für andere Insekten gezeigt wurde, scheinen C. floridanus Larven und Arbeiterinnen auf individuelle Kombinationen externer und interner Immunfaktoren zurückzugreifen.
Die vorher beschriebenen Transkriptomdaten wurden durch die Charakterisierung des Hämolymph-Proteoms von C. floridanus nach Immunstimulation ergänzt, wodurch die Immunrelevanz vieler Faktoren auch auf Proteinebene bestätigt werden konnte. Beispielsweise wurden zahlreiche PRRs und extrazellulär aktive Proteasen des Toll-Signalwegs, aber auch Immuneffektoren wie AMPs, Lysozyme und TEPs in der Hämolymphe identifiziert. Zusätzlich führte die Immunstimulation in Larven und Adulten zur Anreicherung nicht-kanonischer Proteine mit möglicher Immunfunktion, beispielsweise Vitellogenine, NPC2-ähnliche Proteine und Hemocytin. Aus einer früheren Arbeit ist bekannt, dass septische Verwundungen zusätzlich die transkriptionelle Aktivierung von Genen der Stressantwort hervorrufen können. So wurden auch in der Hämolymphe Proteine entdeckt, die eine Rolle bei der Stabilisierung von Proteinen, und dem Schutz gegen oxidativen Stress und Insektizide spielen. Zur Identifizierung weiterer möglicher Peptideffektoren wurden Hämolymphpeptid-Proben von immunstimulierten Larven und Adulten analysiert. Der Fokus der Analyse lag dabei auf der Identifizierung von Peptiden, die auf dem sekretorischen Weg gebildet werden, wie es zuvor für Neuropeptide von C. floridanus beschrieben worden war. 567 differentiell regulierte Peptide, die von 39 Proteinen abstammen, wurden in Larvenhämolymphe identifiziert, wohingegen in der Hämolymphe von Adulttieren 342 derartige Peptide, die 13 Proteinen zugeordnet werden können, gefunden wurden. Die meisten dieser Peptide können Hymenoptaecin oder bisher noch nicht charakterisierte Proteinen zugeordnet werden. Jedoch wurde ein Peptid in larvaler Hämolymphe identifiziert, dessen Aminosäuresequenz vollständig mit der Sequenz eines vorhergesagten, von Vitellogenin stammenden Peptids übereinstimmt. Weil dieses Peptid keine Ähnlichkeiten zu anderen bereits charakterisierten antimikrobiellen Peptiden aufweist, stellt es einen geeigneten Kandidaten für weitere funktionelle Analysen dar.
Die bakterielle Infektion von Oozyten ermöglicht die transovariale Übertragung von B. floridanus und ermöglicht damit die Etablierung einer stabilen Infektion in der nächsten Wirtsgeneration. Die vorliegende Arbeit beinhaltet die erste umfassende und detaillierte Beschreibung der Lokalisation bakterieller Endosymbionten in Ovarien von C. floridanus. Im apikalen Germarium, in welchem sich die Keimbahn-Stammzellen befinden, liegt noch keine bakterielle Infektion des Gewebes vor. In späteren Segmenten des Germariums jedoch können Blochmannien das erste Mal in kleinen somatischen Zellen der äußeren Schicht jeder Ovariole detektiert werden. Mit beginnender Zystozytendifferenzierung werden die Endosymbionten von Follikelzellen ausschließlich in die heranwachsenden Oozyten transportiert, wobei sehr wahrscheinlich Exozytose-Endozytose-Prozesse involviert sind. Nährzellen zeigen zu keinem Zeitpunkt während der Oogenese eine bakterielle Infektion auf. Da in einer früheren Studie vorgeschlagen wurde, dass eine signifikant reduzierte Anregung der Immunantwort im Mitteldarmgewebe zur Toleranz der Endosymbionten beitragen könnte, wurde auch die Expression ausgewählter Immungene in den Ovarien durch qRT-PCR untersucht. Die relativ geringe Expression von Genen des Toll- und des IMD-Signalwegs und die zusätzlich vergleichsweise starke Genexpression negativer Regulatoren des Immunsystems, wie PGRP-LB, PGRP-SC2 und tollip, sind Indikatoren einer reduzierten Immunantwort in den Ovarien von C. floridanus. Wie schon für den Mitteldarm der Tiere vorgeschlagen, könnte dies möglicherweise sowohl zur Toleranz von Blochmannia als auch zur vertikalen Übertragung der Endosymbionten beitragen.
Die vorliegende Doktorarbeit erweitert das Wissen über das Immunrepertoire von C. floridanus und es konnten vielversprechende Kandidaten für weitere funktionelle Analysen von möglichen Immunfaktoren identifiziert werden. Darüber hinaus konnten weitere Hinweise auf die Bedeutung von Immunfaktoren der Ameisen bei der Toleranz gegenüber den symbiontischen Bakterien gefunden und auf die Ovarien der Tiere ausgeweitet werden.
KW  - Camponotus floridanus
KW  - Oogenese
KW  - Symbiose
KW  - endosymbiosis
KW  - Blochmannia floridanus
KW  - ant oogenesis
KW  - immune genes
KW  - antimicrobial peptides
KW  - Endosymbiosen
KW  - Ameisenoogenese
KW  - Immungene
KW  - Antimikrobielle Peptide
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142534
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kern, Selina Melanie
T1  - Functional characterization of splicing-associated kinases in the blood stages of the malaria parasite Plasmodium falciparum
T1  - Funktionelle Charakterisierung von Splicing-assoziierten Kinasen in den Blutstadien des Malariaerregers Plasmodium falciparum
N2  - Besides HIV and tuberculosis, malaria still is one of the most devastating infectious diseases especially in developing countries, with Plasmodium falciparum being responsible for the frequently lethal form of malaria tropica. It is a major cause of mortality as well as morbidity, whereby pregnant women and children under the age of five years are most severely affected. Rapidly emerging drug resistances and the lack of an effective and safe vaccine hamper the combat against malaria by chemical and pharmacological regimens, and moreover the poor socio-economic and healthcare conditions in malaria-endemic countries are compromising the extermination of this deadly tropical disease to a large extent. Malaria research is still questing for druggable targets in the parasitic protozoan which pledge to be refractory against evolving resistance-mediating mutations and yet constitute affordable and compliant antimalarial chemotherapeutics. 
The parasite kinome consists of members that represent most eukaryotic protein kinase groups, but also contains several groups that can not be assigned to conservative ePK groups. Moreover, given the remarkable divergence of plasmodial kinases in respect to the human host kinome and the fact that several plasmodial kinases have been identified that are essential for the intraerythrocytic developmental cycle, these parasite enzymes represent auspicious targets for antimalarial regimens. Despite elaborate investigations on several other ePK groups, merely scant research has been conducted regarding the four identified members of the cyclin-dependent kinase-like kinase (CLK) family, PfCLK-1-4. In other eukaryotes, CLKs are involved in mRNA processing and splicing by means of phosphorylation of serine/arginine-rich (SR) proteins, which are crucial components of the splicing machinery in the alternative splicing pathway. All four PfCLKs are abundantly expressed in asexual parasites and gametocytes, and stage-specific expression profiles of PfCLK-1 and PfCLK-2 exhibited nucleus-associated localization and an association with phosphorylation activity. In the course of this study, PfCLK-3 and PfCLK-4 were functionally characterized by indirect immunofluorescence, Western blot analysis and kinase activity assays. These data confirm that the two kinases are primarily expressed in the nucleus of trophozoites and both kinases possess in vitro phosphorylation activity on physiological substrates. Likewise PfCLK-1 and PfCLK-2, reverse genetic studies exhibited the indispensability of both PfCLKs on the asexual life cycle of P. falciparum, rendering them as potential candidates for antiplasmodial strategies. Moreover, this study was conducted to identify putative SR proteins as substrates of all four PfCLKs. Previous alignments revealed a significant homology of the parasite CLKs to yeast SR protein kinase Sky1p. Kinase activity assays showed in vitro phosphorylation of the yeast Sky1p substrate and SR protein Npl3p by precipitated PfCLKs. In addition, four homologous plasmodial SR proteins were identified that are phosphorylated by PfCLKs in vitro: PfASF-1, PFSRSF12, PfSFRS4 and PfSR-1. All four parasite SR splicing factors are predominantly expressed in the nuclei of trophozoites. For PfCLK-1, a co-localization with the SR proteins was verified.
Finally, a library of human and microbial CLK inhibitors and the antiseptic chlorhexidine (CHX) was screened to determine their inhibitory effect on different parasite life cycle stages and on the PfCLKs specifically. Five inhibitors out of 63 compounds from the investigated library were selected that show a moderate inhibition on asexual life cycle stages with IC50 values ranging between approximately 4 and 8 µM. Noteworthy, these inhibitors belong to the substance classes of aminopyrimidines or oxo-β-carbolines. Actually, the antibiotic compound CHX demonstrated an IC50 in the low nanomolar range. Stage-of-inhibition assays revealed that CHX severely affects the formation of schizonts. All of the selected CLKs inhibitors also affect gametocytogenesis as well as gametogenesis, as scrutinized in gametocyte toxicity assays and exflagellation assays, respectively. Kinase activity assays confirm a specific inhibition of CLK-mediated phosphorylation of all four kinases, when the CLK inhibitors are applied on immunoprecipitated PfCLKs. These findings on PfCLK-inhibiting compounds are initial attempts to determine putative antimalarial compounds targeting the PfCLKs. Moreover, these results provide an effective means to generate chemical kinase KOs in order to phenotypically study the role of the PfCLKs especially in splicing events and mRNA metabolism. This approach of functionally characterizing the CLKs in P. falciparum is of particular interest since the malarial spliceosome is still poorly understood and will gain further insight into the parasite splicing machinery.
N2  - Neben HIV und Tuberkulose stellt Malaria vor allem in Entwicklungsländern immer noch eine der verheerendsten Infektionskrankheiten dar, wobei Plasmodium falciparum für die oft tödlich verlaufende Form der Malaria tropica verantwortlich ist. Sie ist eine der Hauptgründe für Mortalität und Morbitität, von der vor allem schwangere Frauen und Kinder unter fünf Jahren am schlimmsten betroffen sind. Das Fehlen eines effektiven und ungefährlichen Impfstoffes und sich schnell ausbreitende Medikamentenresistenzen erschweren die Bekämpfung von Malaria mit Arzneimitteln. Darüber hinaus beeinträchtigen die schlechten sozioökonomischen Bedingungen und der mangelhafte Zustand des Gesundheitssystems in Malaria-endemischen Ländern die Elimination dieser tödlichen Tropenkrankheit in hohem Maße. Die Malariaforschung ist immer noch auf der Suche nach vielversprechenden Angriffspunkten im Parasiten, die widerstandsfähig gegenüber sich entwickelnden resistenz-vermittelnden Mutationen sind und dennoch erschwingliche und verträgliche Chemotherapeutika gegen Malaria darstellen. 
Das Kinom des Parasiten besteht aus Vertretern der meisten eukaryotischen Proteinkinase-Gruppen und enthält zudem einige Gruppen, die keiner der konventionellen Gruppen zuordenbar sind. Darüber hinaus stellen Kinasen vielversprechende Angriffspunkte für Malariamedikamente dar, da das Parasitenkinom bemerkenswerte Divergenzen gegenüber dem Wirtskinom aufweist und zudem einige Parasitenkinasen identifiziert wurden, die unerlässlich für den Replikationszyklus von asexuellen Parasiten sind. Trotz umfangreicher Untersuchungen anderer Kinasegruppen des Parasiten wurden die vier identifizierten Vertreter der Zyklin-abhängige-Kinase-ähnlichen Kinasen (cyclin-dependent kinase-like kinases, CLKs) bisher kaum untersucht. In anderen Eukaryoten sind CLKs an der mRNA-Prozessierung und am Spleißen durch die Phosphorylierung von Serin/Arginin-reichen (SR-) Proteinen beteiligt, welche wiederum Komponenten der Spleißmaschinerie sind. Alle vier PfCLKs sind abundant exprimiert in asexuellen Parasiten sowie Gametozyten, und stadien-spezifische Expressionsprofile von PfCLK-1 und PfCLK-2 zeigten eine Kern-assoziierte Expression sowie Phosphorylierungsaktivität in in vitro-Aktivitätsstudien. Im Verlauf dieser Studie wurden PfCLK-3 und PfCLK-4 mittels indirekter Immunfluoreszenzstudien, Western Blot-Analysen und Kinaseaktivitätsassays funktionell charakterisiert. Die Ergebnisse bestätigen, dass beide Kinasen vorrangig im Nukleus von P. falciparum-Trophozoiten lokalisiert sind und Phosphorylierungsaktivität gegenüber physiologischen Substraten in vitro aufweisen. Ähnlich wie für PfCLK-1 und PfCLK-2 konnte in Reverse-Genetik-Studien gezeigt werden, dass sowohl PfCLK-3 als auch PfCLK-4 essentiell für den asexuellen Replikationszyklus von P. falciparum sind. Dieser Umstand macht beide Kinasen zu potenziellen Angriffspunkten für antiplasmodiale Bekämpfungsstrategien. Des Weiteren wurde diese Studie ausgeführt, um mögliche Interaktionspartner aller vier PfCLKs zu identifizieren. Vorangegangene Sequenzabgleiche brachten eine bemerkenswerte Homologie der Parasiten-CLKs zur SR-Proteinkinase Sky1p der Bäckerhefe zu Tage. Kinaseaktivitätsassays zeigten Phosphorylierung des Sky1p-Substrates und SR-Proteins Npl3p durch präzipitierte PfCLKs in vitro. Außerdem wurden vier homologe plasmodiale SR-Proteine bzw. mutmaßliche Spleißfaktoren identifiziert, die ebenso von den PfCLKs in vitro phosphoryliert werden: PfASF-1, PFSRSF12, PfSFRS4 und PfSR-1. Alle vier Parasiten-Spleißfaktoren sind vorwiegend in Kernen von Trophozoiten exprimiert. Für PfCLK-1 konnte eine Ko-Lokalisation mit den SR-Proteinen nachgewiesen werden. 
Abschließend wurden eine Sammlung humaner und mikrobieller CLK-Inhibitoren sowie das Antiseptikum Chlorhexidin (CHX) auf ihren hemmenden Effekt auf verschiedene Lebenszyklusstadien von P. falciparum und gezielt auf die PfCLKs überprüft. Es wurden fünf Inhibitoren aus einer Sammlung von 63 Substanzen auserwählt, die eine moderate Hemmung auf asexuelle Lebenszyklusstadien aufwiesen, mit IC50-Werten zwischen ungefähr 4 und 8 µM. Das Antibiotikum CHX zeigte sogar einen IC50-Wert im niedrigen nanomolaren Bereich. Nachfolgende Stage-of-Inhibition-Assays deckten auf, dass CHX die Entwicklung von Schizonten enorm beeinträchtigt. Wie in Gametozyten-Toxizitätsassays und Exflagellationsassays ermittelt wurde, hemmen alle ausgewählten CLK-Inhibitoren ferner sowohl die Gametozytogenese als auch die Gametogenese. Kinaseaktivitätsassays bestätigen eine spezifische Hemmung der CLK-vermittelten Phosphorylierung aller vier Kinasen, wenn die CLK-Inhibitoren auf immunopräzipitierte PfCLKs angewendet wurden. Diese Erkenntnisse über PfCLK-hemmende Substanzen sind erste Ansätze, um mögliche Wirkstoffe gegen Malaria zu finden, die die PfCLKs als Angriffspunkte haben. Zudem stellen diese Resultate ein wirksames Mittel zur Verfügung, um chemische Kinase-Knockout-Parasiten zu generieren. Diese können dann verwendet werden, um die Rolle der PfCLKs vor allen in Bezug auf Spleißvorgänge und mRNA-Metabolismus phänotypisch zu untersuchen. Der Ansatz, die CLKs des Parasiten funktionell zu charakterisieren, ist von besonderem Interesse, da das Spleißosom des Malariaparasiten immer noch nicht ausreichend erforscht ist. Dadurch können weitere Erkenntnisse über die Spleißmaschinerie des Parasiten gewonnen werden.
KW  - Plasmodium falciparum
KW  - Malaria tropica
KW  - Posttranskriptionelle Regulation
KW  - Kinasen
KW  - Splicing
KW  - SR proteins
KW  - Molekularbiologie
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-115219
ER  -