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Many polymorphisms are linked to alternative reproductive strategies. In animals, this is particularly common in males. Ant queens are an important exception. The case of ant queen size dimorphisms has not been studied in sufficient detail, and thus this thesis aimed at elucidating causes and consequences of the different size of small (microgynous) and large (macrogynous)ant queens using the North American ant species Leptothorax rugatulus as a model system. Employing neutral genetic markers, no evidence for a taxonomically relevant separation of the gene pools of macrogynes and microgynes was found. Queens in polygynous colonies were highly related to each other, supporting the hypothesis that colonies with more than one queen commonly arise by secondary polygyny, i.e. by the adoption of daughter queens into their natal colonies. These results and conclusions are also true for the newly discovered queen size polymorphism in Leptothorax cf. andrei. Several lines of evidence favor the view that macrogynes predominantly found their colonies independently, while microgynes are specialized for dependent colony founding by readoption. Under natural conditions, mother and daughter size are highly correlated and this is also true for laboratory colonies. However, the size of developing queens is influenced by queens present in the colony. Comparing populations across the distribution range, it turns out that queen morphology (head width and ovariole number) is more differentiated among populations than worker morphology (coloration, multivariate size and shape), colony characteristics (queen and worker number per colony) or neutral genetic variation. Northern and southern populations differed consistently which indicates the possibility of two different species. The queen size dimorphism in L. rugatulus did neither influence the sex ratio produced by a colony, nor its ratio of workers to gynes. However, the sex ratio covaried strongly across populations with the average number of queens per colony in accordance with sex ratio theory. At the colony level, sex ratio could not be explained by current theory and a hypothesis at the colony-level was suggested. Furthermore, queen body size has no significant influence on the amount of reproductive skew among queens. Generally, the skew in L. rugatulus is low, and supports incomplete control models, rather than the classic skew models. In eight of fourteen mixed or microgynous colonies, the relative contributions of individual queens to workers, gynes and males were significantly different. This was mainly due to the fact that relative body size was negatively correlated with the ratio of gynes to workers produced. This supports the kin conflict over caste determination hypothesis which views microgyny as a selfish reproductive tactic.
Bei 63 Patienten mit DAT (entsprechend den NINCDS-ADRDA- und ICD 10-Kriterien) und 162 nicht-dementen psychiatrischen Patienten (insgesamt 143 Frauen und 82 Männern, also 225 Probanden) wurden die Gene für Apolipoprotein E (Apo E), Apolipoprotein CI (Apo CI), α1-Antichymtrypsin (ACT), Low-density Lipoprotein Rezeptor Exon 8 und 13 (8-LDL und 13-LDL) und die Lipoproteinlipase Intron 6 und 8 (PvuII-Lip und HindIII-Lip) nach PCR-Amplifikation, Enzymrestriktion und elektrophoretischer Auftrennung auf Restriktionsfragment-Längenpolymorphismen untersucht. Das Apo-E-Allel 4, mittlerweile als Risikofaktor für die DAT etabliert, und das Apo-CI-Allel A2 zeigten sich in der Indexgruppe signifikant erhöht. In Bezug auf den Polymorphismus im Exon 8 des LDL-Rezeptors (Alanin/Threonin) ergab sich ebenfalls der Trend einer Prädominanz des Thr-Allels in der Indexgruppe. Die Verteilung der Polymorphismen von ACT und Lipoproteinlipase war in beiden beobachteten Gruppen ähnlich. Aus den vorliegenden Daten geht hervor, dass der Polymorphismus des Apo E4 als Hauptrisikofaktor für die Entwicklung einer sporadischen DAT angesehen werden kann und auch Apo CI möglicherweise einen Suszeptibilitätsmarker darstellt, der in der Pathogenese der DAT durch die Verhinderung der Bindung von Apo E4 an das LDL-assoziierte Protein möglicherweise eine wichtige Rolle spielt. Darüber hinaus ergibt sich aus der vorliegenden Studie ein Hinweis auf eine mögliche Rolle des LDL-Rezeptorgens. Weiterführende Untersuchungen mit größeren Stichproben erscheinen jedoch dringend erforderlich. Insgesamt sprechen die Ergebnisse dafür, dass der Lipidstoffwechsel in der Pathogenese der sporadischen DAT von erheblicher Bedeutung ist.
Mit Hilfe von Assoziationsstudien wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit versucht, die Rolle verschiedener Kandidatengene (vesikulärer Monoamintransporter VMAT2, Dopamintransporter DAT, Brain Derived Neurotrophic Factor BDNF) bei Persönlichkeitsmerkmalen und psychiatrischen Erkrankungen näher zu beleuchten. C. Robert Cloninger postuliert in seiner biosozialen Persönlichkeitstheorie eine genetische Grundlage von Temperamentfaktoren, die im dopaminergen, serotoninergen und noradrenergen Transmittersystem zu finden sei. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde daher untersucht, ob Gene in Schlüsselpositionen monoaminerger Transmittersysteme - das Gen des vesikulären Monoamintransporters und des Dopamintransporters - die Ausprägung von Persönlichkeitsfaktoren beeinflussen. Außerdem wurde nach einer Assoziation von Genvarianten des vesikulären Monoamintransporters mit suizidalem Verhalten und der Panikstörung geforscht. Weiterhin flossen Ergebnisse zum Dopaminrezeptor D4 und zum Brain Derived Neurotrophic Factor ein. In dieser Arbeit konnte ein Zusammenwirken von Genvarianten des vesikulären Monoamintransporters und des Dopaminrezeptors D4 auf die Ausprägung der Persönlichkeitsdimension TPQ-Novelty Seeking (F2,244 = 3,851, p = 0,023) gezeigt werden. Auch ergab sich, dass die Gene des Dopamintransporters und des Brain Derived Neurotrophic Factors die Dimensionen TPQ-Harm Avoidance (F1,266 = 6,868, p = 0,009) und NEO-PI-R-Neurotizismus (F1,266 = 6,027, p = 0,015) modulieren. Letztgenannte Ergebnisse weisen deutlich darauf hin, dass mehrere Gene bei der Ausprägung von Persönlichkeitsdimensionen interagieren, die mit ängstlichem und depressivem Verhalten in Verbindung stehen. Da Persönlichkeitszüge die Entstehung von suizidalem Verhalten und die Entwicklung von Angsterkrankungen beeinflussen und weil diese Verhaltensabnormitäten entscheidend durch monoaminerge Prozesse modifiziert werden, wurde auch nach einer Assoziation von Varianten des vesikulären Monoamintransporters mit dem Suizid und der Panikstörung gesucht. In beiden Fällen fielen die Ergebnisse negativ aus. Eine mögliche Erklärung dafür ist, dass der vesikuläre Monoamintransporter ursächlich nicht in Zusammenhang mit suizidalem Verhalten und der Panikstörung steht. Möglicherweise spielt jedoch nur der hier untersuchte allelische Marker keine Rolle. Andere polymorphe Regionen dieses Gens könnten dagegen die Entwicklung solcher Verhaltensabnormitäten begünstigen. Auch können Einschränkungen, die durch das Studiendesign bedingt waren, für die hier beschriebenen Resultate verantwortlich sein. Die Bereitschaft zu suizidalem Verhalten wird - nach zahlreichen Studienergebnissen - ganz entscheidend von Prozessen im serotoninergen System geprägt. Bei der Ausbildung der Panikstörung wirken verschiedene monoaminerge Neurotransmitter, wie Noradrenalin, Dopamin und Serotonin zusammen. So scheint der vesikuläre Monoamintransporter, der zu all diesen Überträgerstoffen eine Affinität besitzt, nach wie vor in diesem Zusammenhang ein interessantes Kandidatengen. Zukünftig sind Untersuchungen in Form von familienbasierten Studien oder Zwillings-Adoptionsstudien nötig, um weiterführende Erkenntnisse zur genetischen Grundlage von suizidalem Verhalten und der Panikstörung zu gewinnen. TPQ: Tridimensional Personality Questionnaire; Cloninger, 1987 NEO-PI-R: NEO-Persönlichkeitsinventar, revidiert; Costa, McCrae, 1992
Die Verbindungen zwischen Genvariationen und Verhaltensmerkmalen bzw. psychiatrischen Störungen sind in den letzten Jahren in den Blickpunkt vieler Studien gelangt. Auf der Suche nach neuen Polymorphismen bieten sich dem Menschen verwandte Affenarten an. Zeigen sich bei diesen Primaten den Menschen orthologe Polymorphismen, könnten so neue Erkenntnisse über deren evolutionsgenetische Entwicklung und die Übertragbarkeit auf menschliche Gen-Merkmal-Assoziationen gewonnen werden. Vergleicht man die unterschiedliche Transkriptionsaktivität des Monoaminoxidase A Gens beim Menschen, beeinflussen Längenvariationen innerhalb der repetetiven Sequenz (VNTR) des MAOA Promotors vor allem aggressive und antisoziale Verhaltensmerkmale. Zudem erhöht sich das Risiko für psychiatrische Störungen. In dieser Arbeit wurde die Anwesenheit und Variabilität der repetetiven Sequenz des MAOA Promotors bei mehreren Arten von nichtmenschlichen Primaten ausgewertet. Bei einigen Affenarten konnten Längenvariationen innerhalb der repetetiven Sequenz (VNTR) gefunden werden. Die Sequenzanalyse dieser Kontrollregion zeigte das Vorkommen von VNTRs in Pan troglodytes, Pan paniscus, Gorilla gorilla, Pongo pygmaeus, Macaca mulatta und Theropithecus gelada. Die Mehrheit von Pan troglodytes und Pan paniscus hatten ein einfaches Repeat mit einer der menschlichen VNTR Sequenz identischen Sequenz. Die VNTR Sequenz von Macaca mulatta zeigte die häufigsten Längenvariationen mit Allel-frequenzen von 35%, 25% und 40% entsprechend den 5-, 6- und 7-Repeatvarianten. Das Ausmaß der Repeatvariationen des MAOA Promotors stützt die Annahme, dass ein Zusammenhang zwischen der Expression von MAOA und aggressiven und antisozialen Verhaltensmerkmalen bei Menschen und auch Rhesusaffen besteht. Neben dem MAOA Promotor wurden auch das Dopamin-Rezeptor-Gen D4 (DRD4), das Dopamin-Transporter-Gen (DAT) und der Promotor des Serotonin-Transporter-Gens (5-HTTLPR) untersucht. Ein Macaca mulatta (NIH Primate Center), der eine XL/L-Bande aufwies, zeigte bei der Sequenzanalyse des Promotors des Serotonin-Transporter-Gens (5-HTTLPR) eine 21 bp große Insertion kurz vor dem Int1- Primer. Sollten sich die Ergebnisse in weiteren Untersuchungen bestätigen, wäre dies ein erneuter Hinweis auf die mitbestimmende Rolle von MAOA und 5-HTTLPR und deren Allel-Variationen bei spezifischen menschlichen Charakterzügen.
Chronisch nierenkranke Menschen weisen im Vergleich zur gesunden Allgemeinbevölkerung eine stark erhöhte Prävalenz für kardiovaskuläre Erkrankungen auf. Die jährliche kardiovaskuläre Mortalität ist nach statistischer Korrektur des Mortalitätsrisikos für Alter, Geschlecht und Diabetes mellitus um 10 bis 20fach höher als in der gesunden Bevölkerung. Chronische Inflammationsprozesse spielen eine zentrale Rolle in der Atherogenese und stehen in enger Assoziation zum erhöhten kardiovaskulären Risiko sowie zur erhöhten kardiovaskulären Mortalität. Akutphaseproteinen - insbesondere dem C-reaktiven Protein - kommen als Marker chronischer Inflammationsprozesse in der Prädiktion kardiovaskulärer Ereignisse eine besondere Bedeutung zu. Bisherige Studien führen zum Ergebnis einer 35 – 40 %igen Heritabilität des CRP-Baselinespiegels und weisen Interleukin-6 als zentralen Regulator der CRP-Genexpression bzw. der Akutphase-Reaktion aus. Unter Berücksichtigung der genannten wissenschaftlichen Erkenntnisse resultierte die Aufgabenstellung dieser Arbeit in der Untersuchung des Interleukin-6 –174 G->C Poly-morphismus hinsichtlich seines vorstellbaren Einflusses auf die Akutphase-Reaktion in einem chronisch nierenkranken, nicht dialysepflichtigen Patientenkollektiv (n = 224). Die Genotypisierung erfolgte durch Heteroduplexanalyse. In der Zusammenschau lassen die erzielten Resultate aus der Sicht eines kodominanten bzw. dominant-rezessiven Modells den Schluss zu, dass der Interleukin-6 –174 G->C Polymorphismus keinen signifikanten Einfluss auf die Modulation der Akutphase-Reaktion sowie auf ein erhöhtes kardiovaskuläres Risiko nimmt. Ein signifikanter Zusammenhang konnte allerdings zwischen bestehender koronarer Herzkrankheit bzw. peripherer arterieller Verschlusskrankheit und erhöhten CRP-, Fibrinogen-, Kreatinin-, Harnstoff-Spiegeln bzw. erniedrigter Kreatininclearance nachgewiesen werden.
In mehreren klinischen und außerklinischen Populationen werden die allelischen Variationen der Monoaminoxidase-A mit aggressivem, ängstlichem und abhängigem Verhalten in Verbindung gebracht. In unserer Studie haben wir den Einfluss von Allelvariationen der Monoaminoxidase-A auf aggressivitätsassoziierte Persönlichkeitsmerkmale und die Erkrankungswahrscheinlichkeit für Probanden mit Persönlichkeitsstörungen untersucht. Die Hypothese ist, dass ein geschlechtsspezifischer Zusammenhang zwischen der Allelvariation mit konsekutiv geringerer Enzymaktivität und Cluster-B-Persönlichkeitsstörungen nach DSM-VI, antisozialen Persönlichkeitsstörungen, sowie den Persönlichkeitsmerkmalen „Suche nach neuen Erfahrungen“ (TPQ), Neurotizismus, Verträglichkeit und Gewissenhaftigkeit bestehen könnte (NEO-PI-R). Der Genotyp des MAOA-Polymorphismus MAO-LPR wurde an 566 Patienten mit Persönlichkeitsstörungen und an 281 Probanden einer gesunden Kontrollgruppe untersucht. Der MAOA-LPR-Genotyp zeigt eine signifikante Korrelation mit Cluster-B-Persönlichkeitsstörungen nach DSM-IV (chi2=7.77, p=0.005, df=1). Dabei sind 26% der Probanden mit einer Persönlichkeitsstörung aus dem B-Cluster homo- oder hemizygot für den MAOA-Genotyp, der zur Ausprägung einer Variante mit geringer Enzymaktivität führt. Im Vergleich weisen dagegen nur 16.4% der Probanden aus der Kontrollgruppe diesen Genotyp auf. Zusammenhänge zwischen Allelvariationen der MAOA-Aktivität und Persönlichkeitsmerkmalen, die mit impulsivem und aggressivem Verhalten in Verbindung gebracht werden, erweisen sich als unbeständig. Eine Korrelation mit Cluster-C-Persönlichkeitsstörungen kann nicht nachgewiesen werden. Unsere Ergebnisse zeigen einen Zusammenhang zwischen Hemi- und Homzygotität der MAOA-LPR-Variante mit konsekutiv geringer Enzymaktivität und Cluster-B-Persönlichkeitsstörungen. Für den Einfluss der mit geringerer MAOA-Aktivität einhergehenden Variationen des Genotyps auf Aggression, Impulsivität und gewalttätiges Verhalten beim Menschen gibt es Hinweise (Shih et al. 1999). Immer häufiger werden Beweise für ein Zusammenwirken von genetischen Determinanten und Umwelteinflüssen gefunden. Unsere Erkenntnisse unterstützen weiterhin die These, dass die genetische Determination der MAOA-Aktivität auch in bestimmtem Maße zur Ausprägung des Gleichgewichts zwischen hyper- (impulsiv-aggressiv) und hyporeaktivem (ängstlich-depressiv) Verhalten beiträgt.
The olfactory system of leafcutting ants: neuroanatomy and the correlation to social organization
(2009)
In leaf-cutting ants (genera Atta and Acromyrmex), the worker caste exhibits a pronounced size-polymorphism, and division of labor is largely dependent on worker size (alloethism). Behavioral studies have shown a rich diversity of olfactory-guided behaviors, and the olfactory system seems to be highly developed and very sensitive. To allow fine-tuned behavioral responses to different tasks, adaptations within the olfactory system of different sized workers are expected. In a recent study, two different phenotypes of the antennal lobe of Atta vollenweideri workers were found: MG- and RG-phenotype (with and without a macroglomerulus, MG). The existence of the macroglomerulus is correlated to the body size of workers, with small workers showing the RG-phenotype and large workers showing the MG-phenotype. In the MG, the information about the releaser component of the trail-pheromone is processed. In the first part of my PhD-project, I focus on quantifying behavioral differences between different sized workers in Atta vollenweideri. The study analyzes the trail following behavior; which can be generally performed by all workers. An artificial trail consisting of the releaser component of the trail-pheromone in decreasing concentration was used to test the trail-following performance of individual workers. The trail-following performance of the polymorphic workers is depended of the existence of the MG in the antennal lobe. Workers possessing the MG-phenotype were significantly better in following a decreasing trail then workers showing the RG-phenotype. In the second part I address the question if there are more structural differences, besides the MG, in the olfactory system of different sized workers. Therefore I analyze whether the glomerular numbers are related to worker size. The antennal lobes of small workers contain ~390 glomeruli (low-number; LN-phenotype), and in large workers I found a substantially higher number of ~440 glomeruli (high-number; HN-phenotype). All LN-phenotype workers and some of the small HN-phenotype workers do not possess an MG (LN-RG-phenotype and HN-RG-phenotype) at all, whereas the remaining majority of HN-phenotype workers do possess an MG (HN-MG-phenotype). Mass-stainings of antennal olfactory receptor neurons revealed that the sensory tracts divide the antennal lobe into six clusters of glomeruli (T1-T6). In the T4-cluster ~50 glomeruli are missing in the LN-phenotype workers. Selective staining of single sensilla and their associated receptor neurons showed that T4-glomeruli are innervated by receptor neurons from the main type of olfactory sensilla, the Sensilla trichodea curvata which are also projecting to glomeruli in all other clusters. The other type of olfactory sensilla, the Sensilla basiconica, exclusively innervates T6-glomeruli. Quantitative analyses revealed a correlation between the number of Sensilla basiconica and the volume of T6 glomeruli in different sized workers. The results of both behavioral and neuroanatomical studies in Atta vollenweideri suggest that developmental plasticity of antennal-lobe phenotypes promotes differences in olfactory-guided behavior which may underlie task specialization within ant colonies. The last part of my project focuses on the evolutionary origin of the macroglomerulus and the number of glomeruli in the antennal lobe. I compared the number, volumes and position of the glomeruli of the antennal lobe of 25 different species from all three major Attini groups (lower, higher and leaf-cutting Attini). The antennal lobes of all investigated Attini comprise a high number of glomeruli (257-630). The highest number was found in Apterostigma cf. mayri. This species is at a basal position within the Attini phylogeny, and a high number of glomeruli might have been advantageous in the evolution of the advanced olfactory systems of this Taxa. The macroglomerulus can be found in all investigated leaf-cutting Attini, but in none of the lower and higher Attini species. It is found only in large workers, and is located close to the entrance of the antennal nerve in all investigated species. The results indicate that the presence of a macroglomerulus in large workers of leaf-cutting Attini is a derived overexpression of a trait in the polymorphic leaf-cutting species. It presumably represents an olfactory adaptation to elaborate foraging and mass recruitment systems, and adds to the complexity of division of labor and social organization known for this group.
HRAS belongs to the RAS genes superfamily. RAS genes are important players in several human tumors and the single-nucleotide polymorphism rs12628 has been shown to contribute to the risk of bladder, colon, gastrointestinal, oral, and thyroid carcinoma. We hypothesized that this SNP may affect the risk of cutaneous melanoma as well. HRAS gene contains a polymorphic region (rs112587690), a repeated hexanucleotide -GGGCCT- located in intron 1. Three alleles of this region, P1, P2, and P3, have been identified that contain two, three, and four repeats of the hexanucleotide, respectively. We investigated the clinical impact of these polymorphisms in a case–control study. A total of 141 melanoma patients and 118 healthy donors from the North America Caucasian population were screened for rs12628 and rs112587690 polymorphisms. Genotypes were assessed by capillary sequencing or fragment analysis, respectively, and rs12628 CC and rs112587690 P1P1 genotypes significantly associated with increased melanoma risk (OR = 3.83, p = 0.003; OR = 11.3, p = 0.033, respectively), while rs112587690 P1P3 frequency resulted significantly higher in the control group (OR = 0.5, p = 0.017). These results suggest that rs12628 C homozygosis may be considered a potential risk factor for melanoma development in the North American population possibly through the linkage to rs112587690.
Das Nebennierenrindenkarzinom (NNR-Ca) gehört mit einer Inzidenz von 1-2/1000000 zu den seltenen malignen Neubildungen. Neben Sarkomen, Hirntumoren, Brustkrebs und Leukämie gehört das NNR-Ca zu den Kerntumoren, durch die das selten vorkommende autosomal dominante Tumor-Prädispositions Syndrom, das Li Fraumeni Syndrom (LFS) gekennzeichnet ist. Das LFS wird mit Keimbahnmutationen im Tumorsuppressor Gen TP53 in Verbindung gebracht. Die vorliegende Arbeit untersucht TP53 Keimbahnmutationen und -polymorphismen und ihre Auswirkung auf klinische Faktoren bei einem großen Kollektiv von erwachsenen NNR-Ca Patienten.
Es wurde DNS aus Blut und teilweise aus Tumorgewebe von Patienten aus dem Deutschen Nebennierenrindenkarzinom Register extrahiert und die Exons 2 bis 11 von TP53 sequenziert. Darüber hinaus wurde der Nachweis der Mutationen und eines Loss of Heterozgosity von TP53 im Tumorgewebe und die immunhistochemische Färbung von p53 vorgenommen. Die anschließende Auswertung der Daten erfolgte unter Einbeziehung des klinischen Verlaufs der Krankheit bei den Patienten.
In dieser Arbeit konnten vier NNR-Ca Patienten (3,9 %) mit mindestens einer Keimbahnmutation im TP53 identifiziert werden, bei den unter 40-jährigen entspricht dies einem Anteil von 13,0 %. Unter der Altersgrenze von 40 Jahren sollte daher ein TP53 Mutationsscreening erwogen werden.
Die Auswertung der Polymorphismen zeigte, dass diese einen Einfluss auf die Entstehung und den klinischen Verlauf des NNR-Cas zu haben scheinen, jedoch weitere Studien nötig sind.
Neuro-immune alterations in the peripheral and central nervous system play a role in the pathophysiology of chronic pain, and non-coding RNAs – and microRNAs (miRNAs) in particular – regulate both immune and neuronal processes. Specifically, miRNAs control macromolecular complexes in neurons, glia and immune cells and regulate signals used for neuro-immune communication in the pain pathway. Therefore, miRNAs may be hypothesized as critically important master switches modulating chronic pain. In particular, understanding the concerted function of miRNA in the regulation of nociception and endogenous analgesia and defining the importance of miRNAs in the circuitries and cognitive, emotional and behavioral components involved in pain is expected to shed new light on the enigmatic pathophysiology of neuropathic pain, migraine and complex regional pain syndrome. Specific miRNAs may evolve as new druggable molecular targets for pain prevention and relief. Furthermore, predisposing miRNA expression patterns and inter-individual variations and polymorphisms in miRNAs and/or their binding sites may serve as biomarkers for pain and help to predict individual risks for certain types of pain and responsiveness to analgesic drugs. miRNA-based diagnostics are expected to develop into hands-on tools that allow better patient stratification, improved mechanism-based treatment, and targeted prevention strategies for high risk individuals.