Refine
Has Fulltext
- yes (78)
Is part of the Bibliography
- yes (78)
Year of publication
- 2017 (78) (remove)
Document Type
- Journal article (61)
- Doctoral Thesis (17)
Keywords
- biology (8)
- Apis mellifera (4)
- Trypanosoma (4)
- ants (4)
- social systems (4)
- Drosophila (3)
- Drosophila melanogaster (3)
- animal sociality (3)
- fungi (3)
- symbiosis (3)
- Biology (2)
- Chlamydia trachomatis (2)
- DNA damage (2)
- DNA methylation (2)
- Latrophilin (2)
- Neisseria (2)
- Trypanosoma brucei (2)
- carbon dioxide (2)
- cell differentiation (2)
- chemotherapy (2)
- comparative genomics (2)
- fibroblasts (2)
- foraging (2)
- genetic variation (2)
- humidity (2)
- learning (2)
- lung cancer (2)
- memory (2)
- metabolism (2)
- methylation (2)
- mushroom bodies (2)
- nesting habits (2)
- pollen (2)
- 3D Ko-kulture (1)
- 3D cell culture (1)
- 3D-Zellkulturen (Krebstherapie) (1)
- 5-fluorouracil (1)
- Acyrthosiphon pisum (1)
- Adhesion-GPCR (1)
- Agrobacterium vitis (1)
- Angewandte Mikrobiologie (1)
- Angiotensin II (1)
- Angiotensin II Typ 1a-Rezeptor (1)
- Antimikrobieller Wirkstoff (1)
- Apoptosis (1)
- Aspergillus fumigatus (1)
- B cell receptors (1)
- B cells (1)
- BMP (1)
- BRAF inhibition (1)
- Bauchspeicheldrüsenkrebs (1)
- Bruchpilot (1)
- Burkina Faso (1)
- CHO cell culture (1)
- CHO-Zelle (1)
- Caenorhabditis elegans (1)
- Cell surface proteomics (1)
- Chlamydia (1)
- Circadian rhythms and sleep (1)
- CoA (1)
- Complexin (1)
- Computer software (1)
- DNA Barcoding (1)
- DNS-Schädigung (1)
- DREAM complex (1)
- Detektion (1)
- Diagnostik (1)
- Drugtargets (1)
- Dunce isoforms (1)
- EZH2 (1)
- Enzyme Regulation (1)
- Enzyme kinetics (1)
- Enzyme metabolism (1)
- Enzyme regulation (1)
- Enzymes (1)
- Epicardium-derived cells (1)
- Epigenetics (1)
- Exposure Risk (1)
- Fibroblasten (1)
- GPCR (1)
- Genetics (1)
- Genexpression <Molekulargenetik> (1)
- Geschlechtsbestimmung (1)
- Geschlechtsdifferenzierung (1)
- HECT Ligase (1)
- HUWE1 (1)
- Holobiont (1)
- Human atrial stromal cells (1)
- Immune Escape (1)
- Interaktionen (1)
- Japankärpfling (1)
- K-Ras (1)
- Landschaftsstruktur (1)
- Lungenkrebs (1)
- MAP-Kinase (1)
- MICA (1)
- MICB (1)
- MITE (1)
- MMB (1)
- Mcl-1 (1)
- Medaka (1)
- Medicine (1)
- Megalobrama amblycephala (1)
- Megaponera analis (1)
- Meiose (1)
- Meiosis (1)
- Melanom (1)
- Meliponini (1)
- Merkel cell carcinoma (1)
- Merkel-Zellkarzinom (1)
- Metabolic pathways (1)
- Mikrobiota (1)
- Mitose (1)
- Molecular Biophysics (1)
- Molekulare Hybridisierung (1)
- Monozytendifferenzierung (1)
- N-terminal domain (1)
- NAD (1)
- NADPH oxidase (1)
- NADPH-Oxidase (1)
- NFATc1 (1)
- Neisseria gonorrhoeae (1)
- Neisseria meningitidis (1)
- Neuromuscular junctions (1)
- Next-Generation Sequenzierung (1)
- Nicht-kleinzelliges Bronchialkarzinom (NSCLC) (1)
- Nährboden (1)
- Oilseed Rape (1)
- Oxidativer Stress (1)
- P14ARF (1)
- PDE4d (1)
- PER (1)
- Pipecolinsäurederivate (1)
- Pollen (1)
- Predictive toxicology (1)
- Produktivität (1)
- RNA in situ hybridization (1)
- RNA interference (1)
- Resource Use (1)
- Retinoesäure (1)
- Retinoic acid (1)
- Saccharomyces cerevisiae (1)
- Sammeldistanzen (1)
- Senescence (1)
- Septins (1)
- Sex determination (1)
- Stoffwechsel (1)
- Structural Biology (1)
- Synapse (1)
- Synapses (1)
- Synaptic vesicles (1)
- Systembiologie (1)
- Systembiologische Analysen (1)
- T cells (1)
- T-cadherin (1)
- TAMs (1)
- TP53 (1)
- Telomer (1)
- Toxicity (1)
- Transcriptional control (1)
- Tumor Immunology (1)
- Ubiquitin (1)
- Vaccinia virus (1)
- Vesicles (1)
- Weinrebe (1)
- Wilms tumour (1)
- Wurzelhalsgalle (1)
- X-Ray Chrystallography (1)
- Zea mays (1)
- Zebrafish (1)
- Zellkultur (1)
- Zytokinine (Pflanzenpathogene) (1)
- active zone (1)
- acute myeloid leukaemia (1)
- adhesion GPCR (1)
- agroecology (1)
- alcohol tolerance (1)
- alkaloids (1)
- alu elements (1)
- anaplasia (1)
- angiotensin II type 1a receptor (1)
- antibiotics (1)
- antimicrobials (1)
- bakterielle Flora (1)
- bees (1)
- behavior (1)
- behavioural ecology (1)
- biogenic amines (1)
- bioinformatics (1)
- biomarker (1)
- biomaterials (1)
- biophysics (1)
- blood (1)
- blood platelets (1)
- bone (1)
- brain (1)
- brain development (1)
- breast cancer (1)
- cadherin-13 (CDH13) (1)
- cancer (1)
- cancer treatment (1)
- cash crops (1)
- catabolism (1)
- cell binding (1)
- cell cycle (1)
- cell cycle and cell division (1)
- cell proliferation (1)
- cell-autonomous defense (1)
- cellular stress (1)
- central clocks (1)
- central complex (1)
- ceramide (1)
- ceramide analogs (1)
- cholera (1)
- chromatin remodeling (1)
- chronobiology (1)
- circadian clock (1)
- circadian mechanisms (1)
- clinical genetics (1)
- cloning (1)
- cognition (1)
- colorectal carcinoma (1)
- compound conditioning (1)
- confocal laser scanning microscopy (1)
- confocal-microscopy based automated quantification (1)
- cotton (1)
- crotonase (1)
- cryptic (1)
- cytokines (1)
- cytokinesis (1)
- cytotoxic T cells (1)
- dCIRL (1)
- damped circadian clock (1)
- decision-making (1)
- deformed wing virus (1)
- dehydrogenase (1)
- desert ants (1)
- deubiquitinase (1)
- developmental differentiation (1)
- differential olfactory conditioning (1)
- division of labor (1)
- dorsal raphe (1)
- dunce (1)
- eEF1A1 (1)
- eclosion (1)
- ecosystem services (1)
- endophyte (1)
- epigenetics (1)
- eukaryota (1)
- evolutionary response (1)
- fetal cord blood (1)
- fetal programming (1)
- floral resource distribution (1)
- fluorescence imaging (1)
- forager (1)
- foraging behaviour (1)
- foraging distances (1)
- functional complementarity (1)
- functional redundancy (1)
- fungal endophytes of grasses (1)
- fungal infection (1)
- fungal physiology (1)
- fungal structure (1)
- gambiense (1)
- gene expression (1)
- gene regulation (1)
- genetic loci (1)
- genome collection (1)
- genome integrity (1)
- genome sequencing (1)
- genomic libraries (1)
- genomic sequence (1)
- genomics research (1)
- gestational diabetes mellitus (1)
- glioblastoma multiforme (1)
- glycoprotein Ib (1)
- glycosylation (1)
- gonococcal (1)
- gonococcal infection (1)
- grass (1)
- gut microflora (1)
- habitat information (1)
- halbnatürliche Habitate (1)
- hangover (1)
- herbivorous diet (1)
- herpes virus (1)
- high throughput (1)
- high-throughput screening (1)
- histones (1)
- honey bees (1)
- honeybees (1)
- humanized mice (1)
- hyperexpression techniques (1)
- image analysis (1)
- imaging the immune system (1)
- immune cells (1)
- immune evasion (1)
- infectious diseases (1)
- infectious-disease diagnostics (1)
- infrared radiation (1)
- insect (1)
- insulin treatment (1)
- intermuscular bone (1)
- kinesin (1)
- landscape ecology (1)
- landscape structure (1)
- leaves (1)
- light pulses (1)
- lipids (1)
- look-back behavior (1)
- lymphocyte activation (1)
- mass spectrometry (1)
- mating success (1)
- mechanobiology (1)
- mechanosensing (1)
- mechanotransduction (1)
- media design (1)
- megakaryocytes (1)
- membrane receptor signaling (1)
- messenger RNA (1)
- metabotropic signalling (1)
- metagenomics (1)
- miRNA-Detektion (1)
- miRNS (1)
- microRNAs (1)
- microRNA–target interaction (1)
- microbiome (1)
- microswimmer (1)
- migration (1)
- mitochondria (1)
- mitotic gene expression (1)
- molecular diagnostics (1)
- molecular neuroscience (1)
- molting (1)
- monocyte (1)
- monocyte differentiation (1)
- morphometry (1)
- multiple myeloma (1)
- mushroom body (1)
- natural killer cells (1)
- neisseria meningitidis (1)
- nephroblastoma (1)
- nesting habit (1)
- networks (1)
- neuroanatomy (1)
- neurodevelopment (1)
- neuronal development (1)
- neuropeptide pathway (1)
- next-generation sequencing (1)
- none (1)
- nurse bee (1)
- nutrition (1)
- nutritional ecology (1)
- octopamine (1)
- optogenetics (1)
- orientation (1)
- osteocytes (1)
- oxaliplatin (1)
- oxidative stress (1)
- pancreatic cancer (1)
- parasitic cell cycles (1)
- parasitic diseases (1)
- pattern recognition receptors (1)
- perception (1)
- peripheral clocks (1)
- plant defense (1)
- plant-insect interactions (1)
- plant–insect interactions (1)
- point-of-care (1)
- pollination (1)
- pollinator decline (1)
- population structure (1)
- prefrontal cortex (1)
- proGenomes (1)
- proboscis extension reflex (1)
- product qualitymodulation (1)
- prokaryotic clade (1)
- prokaryotic subspecies (1)
- protein structure (1)
- proteomes (1)
- psychiatric disorders (1)
- radial glia (1)
- reactivating p53 and inducing tumor apoptosis (RITA) (1)
- recruitment (1)
- regulation (1)
- regulatory T cells (1)
- regulatory circuit downstream (1)
- relA (1)
- replication (1)
- reproductive asynchrony (1)
- rescue behavior (1)
- resin (1)
- retinal development (1)
- sacbrood virus (1)
- season (1)
- semi-natural habitat (1)
- sensory physiology (1)
- sept3 (1)
- sept5a (1)
- sept5b (1)
- septin (1)
- sequence assembly tools (1)
- serotonin (1)
- sesame (1)
- sex-specific mortality (1)
- sexual dimorphism in timing (1)
- signal transduction (1)
- signaling (1)
- sky-compass pathway (1)
- sleeping sickness (1)
- small interfering RNAs (1)
- social immunity (1)
- sphingolipids (1)
- spider (1)
- spidroin (1)
- stringent response (1)
- structural biology (1)
- substrate channeling (1)
- super-resolution microscopy (1)
- synaptic vesicle tethering (1)
- systems biology (1)
- taxonomic description (1)
- telomere-binding protein (1)
- tetracyclines (1)
- therapeutic strategy (1)
- throat (1)
- toxins (1)
- transcriptome (1)
- treatment (1)
- tsetse fly (1)
- tumour heterogeneity (1)
- vaccinia virus (1)
- vector navigation (1)
- video recording (1)
- virulenceregulatory evolution (1)
- visual orientation (1)
- whole genome (1)
- yellow fluorescent protein (1)
Institute
- Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften (78) (remove)
Sonstige beteiligte Institutionen
Das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) reguliert den Blutdruck sowie den Elektrolyt- und Wasserhaushalt. Das aktive Peptid, Angiotensin II (AngII), führt dabei zur Vasokonstriktion und in höheren Konzentrationen zu Bluthochdruck. Hypertensive Patienten haben ein erhöhtes Risiko an Krebs zu erkranken, vor allem an Nierenkrebs. Wir konnten bereits in vivo zeigen, dass AngII in der Lage ist, den Blutdruck zu steigern und dosisabhängig zu DNA-Schäden über den Angiotensin II Typ 1-Rezeptor (AT1R) führt. Ein stimuliertes RAAS kann ferner über die Aktivierung der NADPH-Oxidase, einer Hauptquelle der Generierung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) in der Zelle, zu oxidativem Stress führen. Zielsetzung dieser Arbeit war es zum einen, mit Hilfe von AT1a-Rezeptor-defizienten Mäusen in vivo zu prüfen, ob die Bildung von ROS, sowie die Bildung von DNA-Schäden in der Niere und im Herzen unabhängig von einem erhöhten Blutdruck auftreten. Zum anderen sollte, ebenfalls in vivo, untersucht werden, ob eine oder beide von zwei untersuchten Isoformen der NADPH-Oxidase (Nox) für die Auslösung oxidativen Stresses in der Niere verantwortlich ist.
Zunächst wurden für den Versuch zur Überprüfung der Abhängigkeit AngII-induzierter DNA-Schäden vom Blutdruck männliche C57BL/6-Mäuse und AT1a-Knockout (KO)-Mäuse mit osmotischen Minipumpen ausgestattet, die AngII in einer Konzentrationen von 600 ng/kg min über einen Zeitraum von 28 Tagen abgaben. Zusätzlich wurde eine Gruppe von AngII-behandelten Wildtyp (WT)-Mäusen mit dem AT1-Rezeptor-Blocker Candesartan (Cand) behandelt. Während des Versuchszeitraumes fanden regelmäßige, nicht-invasive Blutdruckmessungen an den wachen Mäusen statt. In WT-Mäusen induzierte AngII Bluthochdruck, verursachte erhöhte Albumin-Level im Urin und führte zur Bildung von ROS in Niere und im Herzen. Außerdem traten in dieser Gruppe DNA-Schäden in Form von Einzel- und Doppelstrangbrüchen auf. All diese Reaktionen auf AngII konnten jedoch durch gleichzeitige Behandlung mit Cand verhindert werden. AT1a-KO-Mäuse hatten, verglichen mit WT-Kontrollmäusen, einen signifikant niedrigeren Blutdruck und normale Albumin-Level im Urin. In AT1a-KO-Mäusen, die mit AngII behandelt wurden, konnte kein Anstieg des systolischen Blutdrucks sowie kein Einfluss auf die Nierenfunktion gefunden werden. Jedoch führte AngII in dieser Gruppe zu einer Steigerung von ROS in der Niere und im Herzen. Zusätzlich wurden genomische Schäden, vor allem in Form von Doppelstrangbrüchen signifikant in dieser Gruppe induziert. Auch wenn AT1a-KO-Tiere, unabhängig von einer AngII-Infusion, keine eingeschränkte Nierenfunktion zeigten, so wiesen sie erhebliche histopathologische Schäden im Hinblick auf die Glomeruli und das Tubulussystem auf. Diese Art von Schäden deuten auf eine besondere Bedeutung des AT1aR im Hinblick auf die embryonale Entwicklung der Niere hin. Zusammenfassend beweisen die Ergebnisse dieses Experiments eindeutig, dass eine AngII-induzierte ROS-Produktion und die Induktion von DNA-Schäden unabhängig von einem erhöhten Blutdruck auftreten. Da in der AngII-behandelten AT1a-KO-Gruppe eine signifikant höhere Expression des AT1b-Rezeptors zu finden war und die Blockade von beiden Rezeptorsubtypen mit Cand zu einer Verhinderung der schädlichen Effekte durch AngII führte, scheint der AT1bR im Falle einer AT1aR-Defizienz für die Entstehung der Schäden zuständig zu sein.
Ziel des zweiten Experimentes war es, den Beitrag der Nox2 und Nox4 zum oxidativen DNA-Schaden in vivo zu untersuchen. Hierfür wurden männliche C57BL/6-Mäuse und Nox2- oder Nox4-defiziente Mäuse mit osmotischen Minipumpen ausgestattet, die AngII in einer Konzentration von 600 ng/kg min über einen Zeitraum von 28 Tagen abgaben. Im WT-Stamm und in beiden Nox-defizienten Stämmen induzierte AngII Bluthochdruck, verursachte erhöhte Albumin-Level im Urin und führte zur Bildung von ROS in der Niere. Außerdem waren in allen AngII-behandelten Gruppen genomische Schäden, vor allem in Form von Doppelstrangbrüchen, erhöht. Auch in Abwesenheit von AngII wiesen Nox2- und Nox4-defiziente Mäuse mehr Doppelstrangbrüche im Vergleich zu WT-Kontrollmäusen auf. Interessanterweise kompensieren allerdings weder Nox2 noch Nox4 das Fehlen der jeweils anderen Isoform auf RNA-Basis. Aufgrund dieser Ergebnisse schließen wir, dass bislang keine Isoform alleine für die Generierung von oxidativen DNA-Schäden in der Niere verantwortlich gemacht werden kann und dass eine Beteiligung einer weiteren Nox-Isoform sehr wahrscheinlich ist. Möglicherweise könnten aber auch andere ROS-generierende Enzyme, wie Xanthinoxidase oder Stickoxidsynthase involviert sein. Da genomische Schäden in Nieren von Nox2- und Nox4-defizienten Mäusen in Abwesenheit von AngII gegenüber den Schäden in WT-Kontrollmäusen erhöht waren, könnten die beiden Isoformen auch eine schützende Funktion im Bereich von Nierenkrankheiten übernehmen. Da dies aber bislang nur für Nox4 beschrieben ist, ist es wahrscheinlicher, dass das Fehlen von einer der beiden Isoformen eher einen Einfluss auf die Embryonalentwicklung hat. Um dies jedoch abschließend zu klären wäre es sinnvoll mit induzierbaren Knockout-Modellen zu arbeiten, bei denen mögliche entwicklungsbedingte Effekte minimiert werden können.
Der Einsatz von computergestützten Analysen hat sich zu einem festen Bestandteil der biowissenschaftlichen Forschung etabliert. Im Rahmen dieser vorliegenden Arbeit wurden systembiologische Untersuchungen auf verschiedene biologische Themengebiete und Organismen angewendet. In diesem Zusammenhang liefert die Arbeit einen innovativen und interdisziplinären methodischen Ansatz. Die grundlegende Frage lautet: Wie verstehe und beschreibe ich Signalwege und wie kann ich sie beeinflussen? Der Ansatz verknüpft verschiedene biologische Datensätze und Datenebenen miteinander, beginnend vom Genom und Interaktionskontext über semiquantitative Simulationen hin zu neuen Interventionen und Experimenten, welche therapeutisch und biotechnologisch genutzt werden können. Die Analysen können auf diese Weise
- zu einem besseren Verständnis experimenteller Daten und biologischer Fragestellungen beitragen und ermöglichen ein systematisches Verständnis der zugrunde liegenden Signalwege und Netzwerkeffekte (z.B. in Pflanzen).
- Darüber hinaus ermöglichen sie die Identifizierung wichtiger funktioneller Hubproteine und die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien für weitere experimentelle Testungen (z.B. Tumormodelle),
- stellen zudem einen hilfreichen Schritt auf dem Weg zur personalisierten Medizin (z.B. lncRNAs und Tumormodelle) und Medikamentenentwicklung (z.B. Datenbank DrumPID) dar.
(i) Als Grundlage wurde hierzu eine integrierte systembiologische Methode entwickelt, welche experimentelle Daten (z.B. Transkriptomdaten) hinsichtlich ihrer biologischen Funktionen untersucht und die Identifizierung relevanter funktioneller Cluster und Hubproteine ermöglicht. In einem ersten Teil wurden Analysen zum pflanzlichen Immunsystem durchgeführt. Mithilfe der entwickelten Methode wurden Genexpressionsdatensätze von A. thaliana, die mit dem Pathogen Pst DC3000 infiziert wurden, untersucht, um den Einfluss verschiedener Virulenzfaktoren auf das Interaktom der Wirtspflanze zu untersuchen und neue Modulatoren einer CK-vermittelten Immunabwehr zu finden. In diesem Zusammenhang konnte gezeigt werden, dass die von Pst DC3000 sekretierten Abwehrstoffe wichtige pflanzliche Hormonsignalwege für die Immunabwehr in A. thaliana beeinflussen. Die Ergebnisse zeigen zudem, dass sich der Einfluss auf das Netzwerkverhalten der Effektorproteine und COR-Phytotoxine von dem der PAMPs unterscheidet, sich jedoch auch eine Regulierung gemeinsamer Signalwege und eine Überlappung der beiden Phasen der Immunantwort (PTI und ETI) in A. thaliana finden lassen. Die komplexe Immunantwort auf eine Infektion spiegelt sich zudem in einer höheren Anzahl an funktionellen Clustern und Hubproteinen in Pst DC3000 gegenüber den beiden untersuchten Mutanten wider, wobei sich für Pst DC3000 insbesondere ein stark vernetztes immunrelevantes Cluster um den JA-Signalweg zeigt. Weiterhin wurden anhand der entwickelten Methode wichtige Hubproteine für die Immunabwehr identifiziert. Als bedeutende Vertreter sind AHK2 und AAR14 zu nennen, welche Teil des Zweikomponentensystems der Signalübertragung von CK sind und hierbei wichtige Modulatoren für eine CK-vermittelte Immunabwehr darstellen.
(ii) Im zweiten Teil der Arbeit schließen sich Untersuchungen an einem in vitro-Experiment einer 2D- und 3D-Zellkultur einer HSP90-Behandlung in einem Lungentumormodell an. In diesem Zusammenhang wurden mithilfe der entwickelten Methode Unterschiede zwischen den beiden Zellkultursystemen gefunden, die das unterschiedliche Behandlungsansprechen erklären, und für die beiden KRAS-mutierten Zelllinien A549 und H441 des 3D-Testsystems neue prognostische und therapeutische Kandidaten identifiziert. Hierbei haben die durchgeführten Analysen zwei funktionelle Cluster von Protein-Interaktionen um p53 und die STAT-Familie gefunden, welche eine Verbindung zu HSP90 haben und die entsprechenden Behandlungsunterschiede nach einer HSP90-Inhibierung zwischen den beiden Zellkultursystemen erklären können. Unter Berücksichtigung des zelllinien-spezifischen Mutationshintergrunds wurde eine prognostische Markersignatur und daraus abgeleitet HIF1A für die H441-Zelllinie und AMPK für die A549-Zelllinie als neue therapeutische Targets gefunden, wobei die anschließend durchgeführten in silico-Simulationen einen potentiellen therapeutischen Effekt aufzeigen konnten. Weiterhin wurden wichtige experimentelle Readout-Parameter in ein in silico-Lungentumormodell integriert, wobei unter Einbeziehung des Mutationshintergrunds für die verwendeten Zelllinien die HSP90-Behandlung des 3D-Testsystems computergestützt abgebildet werden konnte. Im weiteren Verlauf wurden im in silico-Lungentumormodell Resistenzmechanismen nach einer Gefitinib-Behandlung mit bekanntem Mutationsstatus für die Zelllinien HCC827 und A549 untersucht und daraus folgend neue Therapieansätze abgeleitet, die von potentieller klinischer Bedeutung sein können. Die durchgeführten in silico-Simulationen für HCC827 konnten hierbei zeigen, dass eine EGFR- und c-MET-Koaktivierung zu einer Gefitinib-Resistenz führen kann, wohingegen bei den A549 eine Komutation von KRAS und IGF-1R zu einem geringen Behandlungsansprechen beiträgt. Die Simulationen lassen zudem erkennen, dass eine direkte Inhibierung der an der Resistenzentwicklung beteiligten Rezeptoren c-MET und IGF-1R in beiden Fällen nicht die bestmögliche Therapiestrategie darstellt. In beiden Zelllinien konnte gezeigt werden, dass eine kombinierte Inhibierung von PI3K und MEK den bestmöglichen therapeutischen Effekt liefert, was demnach einen vielversprechenden Therapieansatz bei Gefitinib-resistenten Lungentumorpatienten darstellt. In einem weiteren Schritt wurde das therapeutische Potential der miRNA-21 im in silico-Modell für die HCC827-Zelllinie untersucht. Die durchgeführten Simulationen zeigen, dass eine miRNA-21-Überexpression zu einer Resistenzentwickung nach Gefitinib-Behandlung beitragen kann, wobei eine Inhibierung der miRNA-21 diesen Effekt umkehren kann. Die Ergebnisse lassen zudem erkennen, dass eine PTEN-Aktivierung als potentieller Marker einer erfolgreichen therapeutischen Inhibierung der miRNA-21 fungieren kann, wohingegen eine reduzierte miRNA-21-Expression als möglicher Marker für eine erfolgreiche Gefitinib-Behandlung dienen kann.
(iii) Im dritten Teil der Arbeit wurden systematisch RNA- und Protein-Interaktionen untersucht. Hierzu wurden integrierte systembiologische Analysen an neu identifizierten und funktionell bislang unbekannten lncRNAs durchgeführt. Die Analysen für die infolge einer Herzhypertrophie hochregulierte lncRNA Chast haben umfassend gezeigt, dass diese Proteine und Transkriptionsfaktoren regulieren und binden kann, welche die Signalübertragung und Genexpression regulieren, aber auch eine Verbindung zum kardiovaskulären System und stressinduzierter Herzhypertrophie besitzt. Anhand der Ergebnisse lässt sich schlussfolgern, dass Chast direkt und indirekt (a) Proteine binden und die Translation beeinflussen kann, zudem eine Chromatin-modifizierende Funktion besitzt und so die Transkription, z.B. für herz- und stress-assoziierte Gene, reguliert, und/oder (b) in einem negativen Feedbackloop seine eigene Transkription reguliert. Obwohl lncRNAs meist eine geringe Konservierung aufweisen, konnten die durchgeführten Analysen für Chast eine Sequenz-Struktur-Konservierung in Säugetieren aufzeigen. Weiterhin haben die Untersuchungen an zwei hypoxie-induzierten lncRNAs in Endothelzellen gezeigt, dass die lncRNA MIR503HG eine hohe Sequenz-Struktur-Konservierung in Säugetieren besitzt, wohingegen die LINC00323-003 eine geringe Konservierung aufzeigt. Dies untermauert die Tatsache, dass lncRNAs häufig eine geringe Konservierung aufweisen, was Untersuchungen in Modellorganismen hinsichtlich einer therapeutischen Nutzung schwierig machen.
Da sich zahlreiche Untersuchungen auf Interaktionen und Signalwege konzentriert haben, wurde abschließend eine Datenbank entwickelt, welche Analysen von Protein-Interaktionen und Signalwegen nachhaltig voranbringt. Die entwickelte DrumPID-Datenbank stellt insbesondere die Interaktion zwischen einem Medikament und seinem Target in den Fokus und ermöglicht Analysen einzelner Interaktionen und beteiligter Signalwege, bietet zusätzlich aber auch verschiedene Links zu anderen Datenbanken für individuelle weiterführende Analysen. DrumPID ermöglicht ein geeignetes Medikament u. a. für ein vorgegebenes Zielprotein zu finden und dessen Wirkmechanismus und Interaktionskontext zu untersuchen, was zu einem besseren experimentellen Verständnis beitragen kann. Zudem erlaubt DrumPID eine potentielle chemische Leitstruktur für ein Zielprotein zu entwickeln, was z.B. spezifisch ein parasitisches Protein inhibiert, ohne dabei einen toxischen Effekt im Menschen zu haben. Zahlreiche weitere Pharmakabeispiele belegen, dass DrumPID für den täglichen wissenschaftlichen Gebrauch auf dem Gebiet der Analyse von Protein-Pharmaka-Interaktionen und der Medikamentenentwicklung geeignet ist.
Die beschriebenen Ergebnisse der Promotionsarbeit wurden in fünf Originalarbeiten, zwei Übersichtsartikeln und einem Buchteil, u. a. in Science Translational Medicine, veröffentlicht, sechs dieser Publikationen erfolgten im Rahmen von Erstautorschaften.
TP53 mutations have been associated with anaplasia in Wilms tumour, which conveys a high risk for relapse and fatal outcome. Nevertheless, TP53 alterations have been reported in no more than 60% of anaplastic tumours, and recent data have suggested their presence in tumours that do not fulfil the criteria for anaplasia, questioning the clinical utility of TP53 analysis. Therefore, we characterized the TP53 status in 84 fatal cases of Wilms tumour, irrespective of histological subtype. We identified TP53 alterations in at least 90% of fatal cases of anaplastic Wilms tumour, and even more when diffuse anaplasia was present, indicating a very strong if not absolute coupling between anaplasia and deregulation of p53 function. Unfortunately, TP53 mutations do not provide additional predictive value in anaplastic tumours since the same mutation rate was found in a cohort of non-fatal anaplastic tumours. When classified according to tumour stage, patients with stage I diffuse anaplastic tumours still had a high chance of survival (87%), but this rate dropped to 26% for stages II–IV. Thus, volume of anaplasia or possible spread may turn out to be critical parameters. Importantly, among non-anaplastic fatal tumours, 26% had TP53 alterations, indicating that TP53 screening may identify additional cases at risk. Several of these non-anaplastic tumours fulfilled some criteria for anaplasia, for example nuclear unrest, suggesting that such partial phenotypes should be under special scrutiny to enhance detection of high-risk tumours via TP53 screening. A major drawback is that these alterations are secondary changes that occur only later in tumour development, leading to striking intratumour heterogeneity that requires multiple biopsies and analysis guided by histological criteria. In conclusion, we found a very close correlation between histological signs of anaplasia and TP53 alterations. The latter may precede development of anaplasia and thereby provide diagnostic value pointing towards aggressive disease.
Automatic image reconstruction is critical to cope with steadily increasing data from advanced microscopy. We describe here the Fiji macro 3D ART VeSElecT which we developed to study synaptic vesicles in electron tomograms. We apply this tool to quantify vesicle properties (i) in embryonic Danio rerio 4 and 8 days past fertilization (dpf) and (ii) to compare Caenorhabditis elegans N2 neuromuscular junctions (NMJ) wild-type and its septin mutant (unc-59(e261)). We demonstrate development-specific and mutant-specific changes in synaptic vesicle pools in both models. We confirm the functionality of our macro by applying our 3D ART VeSElecT on zebrafish NMJ showing smaller vesicles in 8 dpf embryos then 4 dpf, which was validated by manual reconstruction of the vesicle pool. Furthermore, we analyze the impact of C. elegans septin mutant unc-59(e261) on vesicle pool formation and vesicle size. Automated vesicle registration and characterization was implemented in Fiji as two macros (registration and measurement). This flexible arrangement allows in particular reducing false positives by an optional manual revision step. Preprocessing and contrast enhancement work on image-stacks of 1nm/pixel in x and y direction. Semi-automated cell selection was integrated. 3D ART VeSElecT removes interfering components, detects vesicles by 3D segmentation and calculates vesicle volume and diameter (spherical approximation, inner/outer diameter). Results are collected in color using the RoiManager plugin including the possibility of manual removal of non-matching confounder vesicles. Detailed evaluation considered performance (detected vesicles) and specificity (true vesicles) as well as precision and recall. We furthermore show gain in segmentation and morphological filtering compared to learning based methods and a large time gain compared to manual segmentation. 3D ART VeSElecT shows small error rates and its speed gain can be up to 68 times faster in comparison to manual annotation. Both automatic and semi-automatic modes are explained including a tutorial.
The blunt snout bream Megalobrama amblycephala is the economically most important cyprinid fish species. As an herbivore, it can be grown by eco-friendly and resource-conserving aquaculture. However, the large number of intermuscular bones in the trunk musculature is adverse to fish meat processing and consumption. As a first towards optimizing this aquatic livestock, we present a 1.116-Gb draft genome of M. amblycephala, with 779.54 Mb anchored on 24 linkage groups. Integrating spatiotemporal transcriptome analyses, we show that intermuscular bone is formed in the more basal teleosts by intramembranous ossification and may be involved in muscle contractibility and coordinating cellular events. Comparative analysis revealed that olfactory receptor genes, especially of the beta type, underwent an extensive expansion in herbivorous cyprinids, whereas the gene for the umami receptor T1R1 was specifically lost in M. amblycephala. The composition of gut microflora, which contributes to the herbivorous adaptation of M. amblycephala, was found to be similar to that of other herbivores. As a valuable resource for the improvement of M. amblycephala livestock, the draft genome sequence offers new insights into the development of intermuscular bone and herbivorous adaptation.
Multiple myeloma (MM) represents a haematological cancer characterized by the pathological hyper proliferation of antibody-producing B-lymphocytes. Patients typically suffer from kidney malfunction and skeletal disorders. In the context of MM, the transforming growth factor β (TGFβ) member Activin A was recently identified as a promoter of both accompanying symptoms. Because studies have shown that bone morphogenetic protein (BMP)-2-mediated activities are counteracted by Activin A, we analysed whether BMP2, which also binds to the Activin A receptors ActRII and ActRIIB but activates the alternative SMAD-1/5/8 pathway, can be used to antagonize Activin A activities, such as in the context of MM. Therefore three BMP2 derivatives were generated with modified binding activities for the type II (ActRIIB) and/or type I receptor (BMPRIA) showing either increased or decreased BMP2 activity. In the context of MM these BMP2 muteins show two functionalities since they act as a) an anti-proliferative/apoptotic agent against neoplastic B-cells, b) as a bone-formation promoting growth factor. The molecular basis of both activities was shown in two different cellular models to clearly rely on the properties of the investigated BMP2 muteins to compete for the binding of Activin A to the Activin type II receptors. The experimental outcome suggests new therapeutic strategies using BMP2 variants in the treatment of MM-related pathologies.
Cytotoxic T lymphocytes are effector CD8\(^{+}\) T cells that eradicate infected and malignant cells. Here we show that the transcription factor NFATc1 controls the cytotoxicity of mouse cytotoxic T lymphocytes. Activation of Nfatc1\(^{-/-}\) cytotoxic T lymphocytes showed a defective cytoskeleton organization and recruitment of cytosolic organelles to immunological synapses. These cells have reduced cytotoxicity against tumor cells, and mice with NFATc1-deficient T cells are defective in controlling Listeria infection. Transcriptome analysis shows diminished RNA levels of numerous genes in Nfatc1\(^{-/-}\) CD8\(^{+}\) T cells, including Tbx21, Gzmb and genes encoding cytokines and chemokines, and genes controlling glycolysis. Nfatc1\(^{-/-}\), but not Nfatc2\(^{-/-}\) CD8\(^{+}\) T cells have an impaired metabolic switch to glycolysis, which can be restored by IL-2. Genome-wide ChIP-seq shows that NFATc1 binds many genes that control cytotoxic T lymphocyte activity. Together these data indicate that NFATc1 is an important regulator of cytotoxic T lymphocyte effector functions.
Population genomics of prokaryotes has been studied in depth in only a small number of primarily pathogenic bacteria, as genome sequences of isolates of diverse origin are lacking for most species. Here, we conducted a large‐scale survey of population structure in prevalent human gut microbial species, sampled from their natural environment, with a culture‐independent metagenomic approach. We examined the variation landscape of 71 species in 2,144 human fecal metagenomes and found that in 44 of these, accounting for 72% of the total assigned microbial abundance, single‐nucleotide variation clearly indicates the existence of sub‐populations (here termed subspecies). A single subspecies (per species) usually dominates within each host, as expected from ecological theory. At the global scale, geographic distributions of subspecies differ between phyla, with Firmicutes subspecies being significantly more geographically restricted. To investigate the functional significance of the delineated subspecies, we identified genes that consistently distinguish them in a manner that is independent of reference genomes. We further associated these subspecies‐specific genes with properties of the microbial community and the host. For example, two of the three Eubacterium rectale subspecies consistently harbor an accessory pro‐inflammatory flagellum operon that is associated with lower gut community diversity, higher host BMI, and higher blood fasting insulin levels. Using an additional 676 human oral samples, we further demonstrate the existence of niche specialized subspecies in the different parts of the oral cavity. Taken together, we provide evidence for subspecies in the majority of abundant gut prokaryotes, leading to a better functional and ecological understanding of the human gut microbiome in conjunction with its host.
proGenomes: a resource for consistent functional and taxonomic annotations of prokaryotic genomes
(2017)
The availability of microbial genomes has opened many new avenues of research within microbiology. This has been driven primarily by comparative genomics approaches, which rely on accurate and consistent characterization of genomic sequences. It is nevertheless difficult to obtain consistent taxonomic and integrated functional annotations for defined prokaryotic clades. Thus, we developed proGenomes, a resource that provides user-friendly access to currently 25 038 high-quality genomes whose sequences and consistent annotations can be retrieved individually or by taxonomic clade. These genomes are assigned to 5306 consistent and accurate taxonomic species clusters based on previously established methodology. proGenomes also contains functional information for almost 80 million protein-coding genes, including a comprehensive set of general annotations and more focused annotations for carbohydrate-active enzymes and antibiotic resistance genes. Additionally, broad habitat information is provided for many genomes. All genomes and associated information can be downloaded by user-selected clade or multiple habitat-specific sets of representative genomes. We expect that the availability of high-quality genomes with comprehensive functional annotations will promote advances in clinical microbial genomics, functional evolution and other subfields of microbiology. proGenomes is available at http://progenomes.embl.de.
Intracellular pathogenic microorganisms and toxins exploit host cell mechanisms to enter, exert their deleterious effects as well as hijack host nutrition for their development. A potential approach to treat multiple pathogen infections and that should not induce drug resistance is the use of small molecules that target host components. We identifed the compound 1-adamantyl (5-bromo-2-methoxybenzyl) amine (ABMA) from a cell-based high throughput screening for its capacity to protect human cells and mice against ricin toxin without toxicity. This compound efciently protects cells against various toxins and pathogens including viruses, intracellular bacteria and parasite. ABMA provokes Rab7-positive late endosomal compartment accumulation in mammalian cells without affecting other organelles (early endosomes, lysosomes, the Golgi apparatus, the endoplasmic reticulum or the nucleus). As the mechanism of action of ABMA is restricted to host-endosomal compartments, it reduces cell infection by pathogens that depend on this pathway to invade cells. ABMA may represent a novel class of broad-spectrum compounds with therapeutic potential against diverse severe infectious diseases.
Multifunctional enzyme, type-1 (MFE1) is a monomeric enzyme with a 2E-enoyl-CoA hydratase and a 3S-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase (HAD) active site. Enzyme kinetic data of rat peroxisomal MFE1 show that the catalytic efficiencies for converting the short-chain substrate 2E-butenoyl-CoA into acetoacetyl-CoA are much lower when compared with those of the homologous monofunctional enzymes. The mode of binding of acetoacetyl-CoA (to the hydratase active site) and the very similar mode of binding of NAD\(^+\) and NADH (to the HAD part) are described and compared with those of their monofunctional counterparts. Structural comparisons suggest that the conformational flexibility of the HAD and hydratase parts of MFE1 are correlated. The possible importance of the conformational flexibility of MFE1 for its biocatalytic properties is discussed.
Epicardium-derived cells (EPDC) and atrial stromal cells (ASC) display cardio-regenerative potential, but the molecular details are still unexplored. Signals which induce activation, migration and differentiation of these cells are largely unknown. Here we have isolated rat ventricular EPDC and rat/human ASC and performed genetic and proteomic profiling. EPDC and ASC expressed epicardial/mesenchymal markers (WT-1, Tbx18, CD73,CD90, CD44, CD105), cardiac markers (Gata4, Tbx5, troponin T) and also contained phosphocreatine. We used cell surface biotinylation to isolate plasma membrane proteins of rEPDC and hASC, Nano-liquid chromatography with subsequent mass spectrometry and bioinformatics analysis identified 396 rat and 239 human plasma membrane proteins with 149 overlapping proteins. Functional GO-term analysis revealed several significantly enriched categories related to extracellular matrix (ECM), cell migration/differentiation, immunology or angiogenesis. We identified receptors for ephrin and growth factors (IGF, PDGF, EGF, anthrax toxin) known to be involved in cardiac repair and regeneration. Functional category enrichment identified clusters around integrins, PI3K/Akt-signaling and various cardiomyopathies. Our study indicates that EPDC and ASC have a similar molecular phenotype related to cardiac healing/regeneration. The cell surface proteome repository will help to further unravel the molecular details of their cardio-regenerative potential and their role in cardiac diseases.
Background: During early prenatal stages of brain development, serotonin (5-HT)-specific neurons migrate through somal translocation to form the raphe nuclei and subsequently begin to project to their target regions. The rostral cluster of cells, comprising the median and dorsal raphe (DR), innervates anterior regions of the brain, including the prefrontal cortex. Differential analysis of the mouse 5-HT system transcriptome identified enrichment of cell adhesion molecules in 5-HT neurons of the DR. One of these molecules, cadherin-13 (Cdh13) has been shown to play a role in cell migration, axon pathfinding, and synaptogenesis. This study aimed to investigate the contribution of Cdh13 to the development of the murine brain 5-HT system.
Methods: For detection of Cdh13 and components of the 5-HT system at different embryonic developmental stages of the mouse brain, we employed immunofluorescence protocols and imaging techniques, including epifluorescence, confocal and structured illumination microscopy. The consequence of CDH13 loss-of-function mutations on brain 5-HT system development was explored in a mouse model of Cdh13 deficiency.
Results: Our data show that in murine embryonic brain Cdh13 is strongly expressed on 5-HT specific neurons of the DR and in radial glial cells (RGCs), which are critically involved in regulation of neuronal migration. We observed that 5-HT neurons are intertwined with these RGCs, suggesting that these neurons undergo RGC-guided migration. Cdh13 is present at points of intersection between these two cell types. Compared to wildtype controls, Cdh13-deficient mice display increased cell densities in the DR at embryonic stages E13.5, E17.5, and adulthood, and higher serotonergic innervation of the prefrontal cortex at E17.5.
Conclusion: Our findings provide evidence for a role of CDH13 in the development of the serotonergic system in early embryonic stages. Specifically, we indicate that Cdh13 deficiency affects the cell density of the developing DR and the posterior innervation of the prefrontal cortex (PFC), and therefore might be involved in the migration, axonal outgrowth and terminal target finding of DR 5-HT neurons. Dysregulation of CDH13 expression may thus contribute to alterations in this system of neurotransmission, impacting cognitive function, which is frequently impaired in neurodevelopmental disorders including attention-deficit/hyperactivity and autism spectrum disorders.
Background:
Commensal bacteria like Neisseria meningitidis sometimes cause serious disease. However, genomic comparison of hyperinvasive and apathogenic lineages did not reveal unambiguous hints towards indispensable virulence factors. Here, in a systems biological approach we compared gene expression of the invasive strain MC58 and the carriage strain α522 under different ex vivo conditions mimicking commensal and virulence compartments to assess the strain-specific impact of gene regulation on meningococcal virulence.
Results:
Despite indistinguishable ex vivo phenotypes, both strains differed in the expression of over 500 genes under infection mimicking conditions. These differences comprised in particular metabolic and information processing genes as well as genes known to be involved in host-damage such as the nitrite reductase and numerous LOS biosynthesis genes. A model based analysis of the transcriptomic differences in human blood suggested ensuing metabolic flux differences in energy, glutamine and cysteine metabolic pathways along with differences in the activation of the stringent response in both strains. In support of the computational findings, experimental analyses revealed differences in cysteine and glutamine auxotrophy in both strains as well as a strain and condition dependent essentiality of the (p)ppGpp synthetase gene relA and of a short non-coding AT-rich repeat element in its promoter region.
Conclusions:
Our data suggest that meningococcal virulence is linked to transcriptional buffering of cryptic genetic variation in metabolic genes including global stress responses. They further highlight the role of regulatory elements for bacterial virulence and the limitations of model strain approaches when studying such genetically diverse species as N. meningitidis.
Some members of the physiological human microbiome occasionally cause life-threatening disease even in immunocompetent individuals. A prime example of such a commensal pathogen is Neisseria meningitidis, which normally resides in the human nasopharynx but is also a leading cause of sepsis and epidemic meningitis. Using N. meningitidis as model organism, we tested the hypothesis that virulence of commensal pathogens is a consequence of within host evolution and selection of invasive variants due to mutations at contingency genes, a mechanism called phase variation. In line with the hypothesis that phase variation evolved as an adaptation to colonize diverse hosts, computational comparisons of all 27 to date completely sequenced and annotated meningococcal genomes retrieved from public databases showed that contingency genes are indeed enriched for genes involved in host interactions. To assess within-host genetic changes in meningococci, we further used ultra-deep whole-genome sequencing of throat-blood strain pairs isolated from four patients suffering from invasive meningococcal disease. We detected up to three mutations per strain pair, affecting predominantly contingency genes involved in type IV pilus biogenesis. However, there was not a single (set) of mutation(s) that could invariably be found in all four pairs of strains. Phenotypic assays further showed that these genetic changes were generally not associated with increased serum resistance, higher fitness in human blood ex vivo or differences in the interaction with human epithelial and endothelial cells in vitro. In conclusion, we hypothesize that virulence of meningococci results from accidental emergence of invasive variants during carriage and without within host evolution of invasive phenotypes during disease progression in vivo.
Am Rebstock werden in der Natur von Agrobacterium vitis, dem Auslöser Wurzelhalsgallenerkrankung, charakteristische Wurzelhalsgallentumore induziert. Virulente Vertreter der Gattung der Agrobacteria schleusen bakterielle DNA in das pflanzliche Genom ein, wodurch die Pflanze Tumore produziert. Die Wurzelhalsgallenerkrankung wird seit einem Jahrhundert als ein Beispiel der Pflanzen-Pathogen-Interaktion untersucht. Die Rolle der bakteriellen Flora im Zusammenhang mit der Wurzelhalsgallenerkrankung beim Rebstock wurde bisher kaum betrachtet. Um dieser Frage nachzugehen, habe ich die endophytische mikrobielle Zusammensetzung von Rebstöcken mit und ohne Wurzelhalsgalle analysiert. Es werden Proben von drei Zeitpunkten einer Wachstumsperiode (Frühling, Sommer und Herbst) und von den Organen der Rebstöcke (Wurzeln, Pfropfstelle und einjährige Triebe) sowie dem Boden in einer Weinanlage bei Himmelstadt in Unterfranken genommen. Die Bakterienflora dieser Umweltproben wird mit kultivierungsabhängigen (Isolierung von Bakterien) und kultivierungsunabhängigen (Hochdurchsatzsequenzierungen) Methoden untersucht. Zudem werden i) die Virulenz der verschiedenen Agrobacterium-Isolate in Tumorassays bestimmt, ii) synthetische Bakteriengemeinschaften von in vitro kultivierten Weinpflänzchen mit Wurzelhalsgallen analysiert, iii) die Genome von einem virulenten und einem nicht-virulenten Agrobacteria-Isolat aus der Wurzelhalsgalle verglichen, iv) erste Interaktionsstudien auf festen Nährmedien durchgeführt und v) virulente Agrobacteria mittels bildgebender Fluoreszenz-Lebenszeit-Mikroskopie (FLIM) in Wurzelhalsgallen lokalisiert.
Die Rebstöcke dieser Studie haben eine organspezifische Bakterienflora, die innerhalb einer Wachstumsperiode variiert. Nur die Bakterienflora der Pfropfstelle (mit oder ohne Wurzelhalsgalle) aber nicht die des Bodens, der Wurzeln, und der einjährigen Triebe unterscheidet sich strukturell zwischen gesunden und erkrankten Rebstöcken. Mikroskopisch konnten virulente Agrobacteria punktuell in Interzellularen, sklerenchymatischen Geweben und assoziiert mit Leitgefäßen nachgewiesen werden. Dadurch ist ausreichend Lebensraum vorhanden, der zusätzlich von tumorspezifischen Bakterien besiedelt werden kann. Im Gegensatz zur gesunden Pfropfstelle ist in der Wurzelhalsgalle eine saisonal stabile Kernmikroflora, bestehend aus Vertreter von A. vitis, Pseudomonas, Enterobacteriaceae, Agrobacterium tumefaciens, Gammaproteobacteria und Burkholderiales, vorhanden. Diese Bakterien werden überwiegend aus dem Boden rekrutiert und profitieren von der Nährstoffsituation in der Wurzelhalsgalle. Wurzelhalsgallen enthalten Opine, die nur von der transformierten Pflanzenzelle produziert werden. Interessanterweise hat in dieser Arbeit ein Agrobacterium-Isolat Gene, die zum Opinkatabolismus beitragen und ein Pseudomonas-Isolat kann Opine als einzige Kohlenstoffquelle nutzen. Trotzdem sind beide Isolate weder virulent noch verdrängen sie die virulenten A. vitis, die ebenso Opine nutzen, aus der Wurzelhalsgalle. In synthetischen Bakteriengemeinschaften an in vitro kultivierten Weinpflänzchen konnte gezeigt werden, dass diese und weitere tumorspezifischen Bakterien, neben A. vitis, nicht essentiell zur Entstehung der Wurzelhalsgalle nötig sind aber unterschiedliche Funktionen in der Wurzelhalsgalle übernehmen. Ein Serratia-Isolat hemmt das Wachstum von A. vitis auf festen Nährmedium, andere fördern oder hemmen das Wachstum der Wurzelhalsgalle. Nach Studien in der Literatur erhöhen weitere Bakterien die Resistenz des Rebstocks gegenüber biotischem und abiotischem Stress.
Zusammengefasst identifizierten und isolierte ich in dieser Studie unter 150 unterschiedlichen Bakterien in der Wurzelhalsgalle jene Bakterien, die neben A. vitis von der neuen ökologischen Nische profitieren und somit wahrscheinlich Opportunisten mit unterschiedlichen Funktionen sind. In Folge von multiplen Interaktionen in der Wurzelhalsgalle entsteht ein ökologisches Gleichgewicht zwischen den opportunistischen Bakterien, der Wurzelhalsgalle und dem Rebstock, das den Fortbestand des Rebstocks mit Wurzelhalsgalle ermöglicht.
\(Ambra1\) is linked to autophagy and neurodevelopment. Heterozygous \(Ambra1\) deficiency induces autism-like behavior in a sexually dimorphic manner. Extraordinarily, autistic features are seen in female mice only, combined with stronger Ambra1 protein reduction in brain compared to males. However, significance of \(AMBRA1\) for autistic phenotypes in humans and, apart from behavior, for other autism-typical features, namely early brain enlargement or increased seizure propensity, has remained unexplored. Here we show in two independent human samples that a single normal \(AMBRA1\) genotype, the intronic SNP rs3802890-AA, is associated with autistic features in women, who also display lower \(AMBRA1\) mRNA expression in peripheral blood mononuclear cells relative to female GG carriers. Located within a non-coding RNA, likely relevant for mRNA and protein interaction, rs3802890 (A versus G allele) may affect its stability through modification of folding, as predicted by \(in\) \(silico\) analysis. Searching for further autism-relevant characteristics in \(Ambra1^{+/−}\) mice, we observe reduced interest of female but not male mutants regarding pheromone signals of the respective other gender in the social intellicage set-up. Moreover, altered pentylentetrazol-induced seizure propensity, an \(in\) \(vivo\) readout of neuronal excitation–inhibition dysbalance, becomes obvious exclusively in female mutants. Magnetic resonance imaging reveals mild prepubertal brain enlargement in both genders, uncoupling enhanced brain dimensions from the primarily female expression of all other autistic phenotypes investigated here. These data support a role of \(AMBRA1/Ambra1\) partial loss-of-function genotypes for female autistic traits. Moreover, they suggest \(Ambra1\) heterozygous mice as a novel multifaceted and construct-valid genetic mouse model for female autism.
Timing seasonal events, like reproduction or diapause, is crucial for the survival of many species. Global change causes phenologies worldwide to shift, which requires a mechanistic explanation of seasonal time measurement. Day length (photoperiod) is a reliable indicator of winter arrival, but it remains unclear how exactly species measure day length. A reference for time of day could be provided by a circadian clock, by an hourglass clock, or, as some newer models suggest, by a damped circadian clock. However, damping of clock outputs has so far been rarely observed. To study putative clock outputs of Acyrthosiphon pisum aphids, we raised individual nymphs on coloured artificial diet, and measured rhythms in metabolic activity in light-dark illumination cycles of 16:08 hours (LD) and constant conditions (DD). In addition, we kept individuals in a novel monitoring setup and measured locomotor activity. We found that A. pisum is day-active in LD, potentially with a bimodal distribution. In constant darkness rhythmicity of locomotor behaviour persisted in some individuals, but patterns were mostly complex with several predominant periods. Metabolic activity, on the other hand, damped quickly. A damped circadian clock, potentially driven by multiple oscillator populations, is the most likely explanation of our results.
Plants initially accepted by foraging leaf-cutting ants are later avoided if they prove unsuitable for their symbiotic fungus. Plant avoidance is mediated by the waste produced in the fungus garden soon after the incorporation of the unsuitable leaves, as foragers can learn plant odors and cues from the damaged fungus that are both present in the recently produced waste particles. We asked whether avoidance learning of plants unsuitable for the symbiotic fungus can take place entirely at the colony dump. In order to investigate whether cues available in the waste chamber induce plant avoidance in naïve subcolonies, we exchanged the waste produced by subcolonies fed either fungicide-treated privet leaves or untreated leaves and measured the acceptance of untreated privet leaves before and after the exchange of waste. Second, we evaluated whether foragers could perceive the avoidance cues directly at the dump by quantifying the visits of labeled foragers to the waste chamber. Finally, we asked whether foragers learn to specifically avoid untreated leaves of a plant after a confinement over 3 hours in the dump of subcolonies that were previously fed fungicide-treated leaves of that species. After the exchange of the waste chambers, workers from subcolonies that had access to waste from fungicide-treated privet leaves learned to avoid that plant. One-third of the labeled foragers visited the dump. Furthermore, naïve foragers learned to avoid a specific, previously unsuitable plant if exposed solely to cues of the dump during confinement. We suggest that cues at the dump enable foragers to predict the unsuitable effects of plants even if they had never been experienced in the fungus garden.
In early spring, red wood ants Formica polyctena are often observed clustering on the nest surface in large numbers basking in the sun. It has been hypothesized that sun-basking behaviour may contribute to nest heating because of both heat carriage into the nest by sunbasking workers, and catabolic heat production from the mobilization of the workers’ lipid reserves. We investigated sun-basking behaviour in laboratory colonies of F. polyctena exposed to an artificial heat source. Observations on identified individuals revealed that not all ants bask in the sun. Sun-basking and non-sun-basking workers did not differ in body size nor in respiration rates. The number of sun-basking ants and the number of their visits to the hot spot depended on the temperature of both the air and the hot spot. To investigate whether sun basking leads to a physiological activation linked with increased lipolysis, we measured respiration rates of individual workers as a function of temperature, and compared respiration rates of sun-basking workers before and two days after they were allowed to expose themselves to a heat source over 10 days, at self-determined intervals. As expected for ectothermic animals, respiration rates increased with increasing temperatures in the range 5 to 35˚C. However, the respiration rates of sun-basking workers measured two days after a long-term exposure to the heat source were similar to those before sun basking, providing no evidence for a sustained increase of the basal metabolic rates after prolonged sun basking. Based on our measurements, we argue that self-heating of the nest mound in early spring has therefore to rely on alternative heat sources, and speculate that physical transport of heat in the ant bodies may have a significant effect.