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Übertragbare spongiforme Enzephalopathien (TSE) wie Scrapie beim Schaf, die bovine spongiforme Enzephalopathie (BSE) beim Rind oder die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (CJD) beim Menschen sind fortschreitende neurodegenerative Erkrankungen, die nach langer Inkubationszeit zum Tod führen. Die protein only-Hypothese besagt, dass das infektiöse Agens „Prion“ teilweise oder vollständig aus dem zellulären Prion-Protein (PrPC) besteht und nach Infektion des Organismus die Konversion von PrPC in die pathogene Isoform (PrPSc) verursacht. Die der Krankheit zugrunde liegenden neuropathologischen Mechanismen und die physiologische Funktion von PrPC sind bisher unbekannt. Es wurden jedoch eine neuroprotektive Funktion oder eine mögliche Rolle im Zusammenhang mit der oxidativen Stress Homöostase postuliert. In dieser Arbeit wurden transgene Drosophila melanogaster-Linien als Modell zur Untersuchung der Funktion von PrPC etabliert. Unter Verwendung des Expressionssystems UAS/GAL4 exprimierten die Fliegen entweder wildtypisches PrP (wt-PrP) oder eine trunkierte, krankheits-assoziierte Mutante PrPΔ32-134 (tr-PrP), der die potentielle neuroprotektive Octarepeat-Domäne entfernt wurde. Wt-PrP transgene Fliegen zeigten nach Vergleich mit Kontrolllinien eine signifikante, um 20% erhöhte allgemeine Lebenserwartung. Obwohl die Expression von tr-PrP in Drosophila zu keinen nachweisbaren neuropathologischen Veränderungen führte, wurde die Lebensspanne um 8% reduziert. Ko-Expression von wt-PrP und tr-PrP konnte diesen Effekt nicht komplementieren, was eine chronische Toxizität der trunkierten Form nahelegt, die in diesem Zusammenhang der Neuroprotektion übergeordnet ist. Da Lebenserwartung und Stressresistenz eng miteinander korrelieren, wurden die Fliegen den reaktiven Sauerstoffspezies Wasserstoffperoxid, Sauerstoff und Paraquat ausgesetzt, um auf drei unabhängigen Wegen oxidativen Stress zu induzieren. In der Tat vermittelt wt-PrP eine signifikante Stressresistenz, wohingegen tr-PrP-exprimierende Tiere eine normale Anfälligkeit offenbarten, die jedoch teilweise durch Ko-Expression beider PrP-Formen komplementiert werden konnte. Hier erscheint die protektive Funktion von wt-PrP der Toxizität der Deletionsmutante übergeordnet zu sein. Diese Daten belegen eine wichtige Funktion des Prion-Proteins bezüglich der Abwehr von oxidativem Stress. Essentiell ist dabei die Kupfer-bindende Octarepeat-Domäne, durch die möglicherweise Fenton-ähnliche Reaktionen, die bei der Sauerstoff-Radikalsynthese eine wichtige Rolle spielen, inhibiert werden könnten. Konsistent damit ist die Beobachtung des Verlusts der erworbenen Stressresistenz nach Expression der Octarepeat-losen Mutante tr-PrP und die signifikante Reduktion der Lebenserwartung über einen bislang unaufgeklärten Mechanismus. Das Drosophila PrP-Modell bietet die Möglichkeit, die physiologische Funktion von PrP detailliert zu untersuchen. Außerdem ist die Identifizierung unbekannter PrP-Interaktionspartner ermöglicht, um Signaltransduktionswege des PrP und die zugrunde liegenden neurodegenerativen Mechanismen aufzuklären.
Besides caloric restriction, a diet rich in fruits and vegetables is believed to delay the ageing process thus providing a powerfull tool in preventive medicine. To investigate underlying interactions between food ingredients and genes simple models, such as the red flour beetle Tribolium castaneum, appear especially constructive. Here we show that 1 % of a grape seed extract containing 30 % of procyanidins, significantly increases the survival of T. castaneum at 42 °C when added to flour as a dietary source. The beneficial effects of grape seed extract could not be reproduced by supplementing flour with single catechins of which the oligomeric procyanidins consist. We identified previously stress resistance genes responsible for a survival extension by dietary ingredients and show here by the use of RNA-interference that a knockdown of transcripts encoding homologues of Nrf-2 or Jnk-1 block the effects of grape seed extract on survival. Interestingly, grape seed extract under knockdown of Foxo-1 caused a significant survival reduction, stressing the hormetic response as underlying the survival extension by the dietary interventions.
In conclusion, our studies provide evidence that a procyanidin-rich extract is able to extend the survival of the model organism T. castaneum. Catechin monomers, however, appear not to mediate the effects. The active ingredients, moreover, need the presence of stress resistance factors, and here especially of Foxo-1, in order to promote their preventive activities with regard to degenerations.
As matchmaker between mRNA and sRNA interactions, the RNA chaperone Hfq plays a key role in riboregulation of many bacteria. Often, the global influence of Hfq on the transcriptome is reflected by substantially altered proteomes and pleiotropic phenotypes in hfq mutants. Using quantitative proteomics and co-immunoprecipitation combined with RNA-sequencing (RIP-seq) of Hfq-bound RNAs, we demonstrate the pervasive role of Hfq in nutrient acquisition, metabolism and motility of the plant pathogen Agrobacterium tumefaciens. 136 of 2544 proteins identified by iTRAQ (isobaric tags for relative and absolute quantitation) were affected in the absence of Hfq. Most of them were associated with ABC transporters, general metabolism and motility. RIP-seq of chromosomally encoded Hfq 3xFlag revealed 1697 mRNAs and 209 non-coding RNAs (ncRNAs) associated with Hfq. 56 ncRNAs were previously undescribed. Interestingly, 55% of the Hfq-bound ncRNAs were encoded antisense (as) to a protein-coding sequence suggesting that A. tumefaciens Hfq plays an important role in asRNA-target interactions. The exclusive enrichment of 296 mRNAs and 31 ncRNAs under virulence conditions further indicates a role for post-transcriptional regulation in A. tumefaciens-mediated plant infection. On the basis of the iTRAQ and RIP-seq data, we assembled a comprehensive model of the Hfq core regulon in A. tumefaciens.