Der Abbau der PBS unter Stickstoffmangel ist in Cyanobakterien ein ubiquitärer Mechanismus. Essenziell für den Abbau ist das Protein NblA. Das in Nostoc sp. PCC 7120 gut untersuchte ~7 kDa große Protein interagiert als Homodimer mit den PBS und dem Chaperon ClpC. Soweit bekannt kodieren alle Cyanobakterien ein essenzielles NblA-Protein. Der Modellorganismus Synechocystis sp. PCC 6803, dagegen kodiert mit NblA1 und NblA2 sogar zwei für den PBS-Abbau entscheidende Proteine. In dieser Arbeit konnte erstmalig durch in vitro und in vivo Interaktionsstudien mithilfe von pull down-Versuchen und FRET gezeigt werden, dass NblA1 und NblA2 als biologisch aktive Form ein Heterodimer bilden. In vitro-pulldown-Versuche zeigten für Synechocystis eine Interaktion des Heterodimers mit den PBS und ClpC. Durch die Ausbildung dieses ternären Komplexes markiert NblA1/NblA2 die PBS für den Abbau durch eine Clp-Protease mit ClpC als Chaperonpartner. In Photobionten gibt es eine Reihe von clp-Genen, so besitzen Cyanobakterien vier proteolytische clp Untereinheiten. Aus diesen bilden sich gemischte Heptamere aus je zwei Clp-Untereinheiten. Zwei lösliche, im Cytoplasma vorkommende Proteasen wurden bis jetzt zweifelsfrei identifiziert, eine dritte, an der Thylakoidmembran assoziierte Protease wird außerdem vermutet. Diese putative Protease, vermutlich aus dem Chaperon ClpC und den proteolytischen Untereinheiten ClpP1 und ClpR aufgebaut, wurde heterolog exprimiert. Mittels Koreinigung konnte ein funktioneller proteolytischer Kern gereinigt werden, der zusammen mit dem Chaperon ClpC eine aktive Clp-Protease bildet. Durch Größenausschlusschromatografie und Untersuchungen zur Proteaseaktivität konnte diese dann erstmalig charakterisiert werden. Des Weiteren zeigten in vitro-Degradationsversuche mit der aktiven Protease zweifelsfrei, dass das NblA1/NblA2-Heterodimer durch ClpC-ClpP1/ClpR abgebaut wird. Der Abbau von NblA1/NblA2 kann demnach auch ohne ein Substrat durch die Protease erfolgen. / The degradation of pycobilisomes under nitrogen deficiency, which is visible as a color change from blue green to yellow green, is an ubiquitary mechanism. Essential for the degradation is the small NblA protein. The well characterized NblA protein from Nostoc sp. PCC 7120 builds as biological active form a homodimer and interacts with the phycobilisomes and ClpC. However, the model organism Synechocystis sp. PCC 6803 possess two nblA genes, nblA1 and nblA2, which are both essential for phycobilisome degradation. In this work it could be shown by interaction studies and Förster resonance energy transfer that NblA1 and NblA2 builds as biological active form a heterodimer. Furthermore it could be shown that the NblA proteins form a ternary complex with ClpC (the HSP100 chaperone partner of Clp proteases) and phycobiliproteins in vitro. This complex is susceptible to ATP-dependent degradation by a Clp protease. Clp proteases of Cyanobacteria consist, besides the chaperones ClpC and ClpX of three different proteolytic subunits (ClpP1, 2, 3) and the ClpP variant ClpR which lacks the catalytic triad typical of Serine-type proteases. In Synechococcus 7942 two Clp proteases could be identified by gel filtration and immunoblot analyses, which provided evidence that each protease consists of a unique proteolytic core comprised of two separate Clp subunits, one core consisting of ClpP1 and ClpP2, and the other of ClpP3 and ClpR, in which subunits ClpP1/ClpP2 interact with ClpX and the ClpP3/ClpR protease with ClpC. In addition to these two soluble proteases, a third, membrane associated proteolytic complex is assumed, consisting of ClpP1 and ClpR. In Synechocystis 6803, homologs of the Clp machinery could be found by BLAST analyzes. This putative ClpP1/ClpR protease could be characterized in vitro by size-exclusion chromatography and degradation assays. Furthermore it could be shown a degradation of the NblA1/NblA2 heterodimer by the protease.

Das ADAMTS16-Gen kodiert für eine Metalloproteinase, deren Funktion und Regulation bislang nicht beschrieben sind. Die ADAMTSs werden von Zellen verschiedener Organsysteme sezerniert und sind für den Abbau extrazellulärer Matrixbestandteile und die Prozessierung von Oberflächenrezeptoren, Signalmolekülen oder Wachstumsfaktoren verantwortlich. In der vorliegenden Arbeit wurden die gewebespezifische Lokalisation von Adamts16 und die möglichen Funktionen der Metalloproteinase im Urogenitalsystem untersucht. Weiterhin konnte die Regulation der Adamts16-Expression durch das Wilms-Tumor Protein beschrieben werden. In verschiedenen Zelllinien des Urogenitalsystems konnte eine Wt1-abhängige Adamts16-Expression festgestellt werden. Zudem erfolgte im Urogenitalsystem eine Koexpression von Adamts16 und Wt1 in embryonalen und adulten Podozyten, somatische Zellen der XX-Gonadenanlage und Granulosazellen und Epithelzellen des adulten Ovars. Im Testis war Adamts16 ohne signifikante Wt1-Koexpression in Spermatozyten und elongierten Spermatiden lokalisiert. Außerhalb des Urogenitalsystems waren Adamts16 und Wt1 im Epikard koexprimiert. Ein Wt1-Knockdown in Epikardzellen und embryonalen Nieren zeigte jeweils einen Rückgang des Adamts16-Expressionsniveaus. Ein Adamts16-Knockdown in embryonalen Nieren resultierte in verminderten Ureterverästelungen, was eine funktionelle Rolle von Adamts16 in der murinen Nierenentwicklung ex vivo andeutet. Der Wt1-Knockdown in Gonadenkulturen zeigte, dass Wt1 die Adamts16-Expression in XY-Gonaden hemmt, in XX-Gonaden hingegen aktiviert. Innerhalb des Adamts16-Gens konnten drei Wt1-Konsensusmotive identifiziert werden. Mit Hilfe von EMSAs und ChIPs konnte die Bindung der Wt1(-KTS)-Isoform an diese Konsensusmotive belegt werden. Ein Reportergenassay zeigte die Aktivierung des Adamts16-Promotors durch Wt1(-KTS) in Granulosazellen, wobei eine Verkürzung der Adamts16-Promotorsequenz zu einer Reduktion der Promotoraktivität führte. / The Adamts16 gene encodes for a metalloproteinase, whose function and regulation is hardly explored. ADAMTSs are secreted by different cells of various organs and are responsible for breaking down extracellular matrix compounds and processing signaling molecules, growth factors and surface receptors. In this work the tissue specific localization of Adamts16 and its possible function and regulation within the genito-urinary system were analyzed. Furthermore the regulation of Adamts16 through the wilms tumor transcription factor Wt1 is described. Different cell lines derived from the genito-urinary system showed a Wt1-dependent mRNA expression of Adamts16. In addition both proteins were co-expressed in embryonic and adult podocytes, somatic cells of the embryonic XX-gonad and granulosa and epithelial cells of the adult ovary. The testes showed a Wt1-independent Adamts16 expression in spermatocytes and elongated spermatids. Outside the genito-urinary system Adamts16 and Wt1 were co-expressed in the epicardium. Knockdown of Wt1 in both epicardial cells and embryonic kidney explants showed a decrease in the Adamts16 mRNA expression level. In turn the Knockdown of Adamts16 led to an inhibited branching morphogenesis in embryonic kidney explants. This indicates a functional role of Adamts16 in the ex vivo kidney development. Knockdown of Wt1 in cultured embryonic gonads revealed that Wt1 inhibits the expression of Adamts16 in XY-gonads but activates it in XX-gonads. Three Wt1 consensus motives were identified within the Adamts16 gene. Using EMSA and ChIP the binding of the Wt1(-KTS)-isoform to all three consensus motives was verified. The ability of Wt1 to activate the Adamts16 promoter was confirmed through reporter gene assays in granulosa cells.

Der Schlaganfall steht hinter den Herz- und Tumor-Erkrankungen an dritter Stelle aller Todesursachen. Der wichtigste Faktor für die Vermeidung dauerhafter Invalidität und die Wiederherstellung maximaler Lebensqualität ist die Verhinderung von sekundären Komplikationen. Dabei stellt die Infarktprogression eine der schwerwiegendsten Komplikationen dar. Im Rahmen dieser Arbeit konnte bei insgesamt 45 Patienten mit einem malignen Schlaganfall mittels serieller MRT-Aufnahmen bestimmt werden, ob eine Infarktprogression vorlag. Ein Schwerpunkt der Arbeit war es, die hämodynamische Antwort und die zeitliche und räumliche Ausbreitung von Spreading Depolarizationen (CSD) im Periinfarktgewebe von Patienten mit malignem Schlaganfall zu untersuchen. In dieser Studie konnte zum ersten Mal die zeitliche und räumliche Ausbreitung von CSDs und deren hämodynamische Kopplung am humanen Kortex gezeigt werden. In einer zweiten Substudie wurden mit Hilfe der zerebralen Mikrodialyse die Konzentrationen von Glutamat, Glukose, Laktat und Pyruvat im Periinfarktgewebe bestimmt. Damit sollte im Besonderen geklärt werden, ob es Unterschiede in den Konzentrationen bei Patienten mit Infarktprogression zu Patienten ohne Infarktprogression gibt. Zusammenfassend war ein bemerkenswerter Anteil von verzögerter Infarktprogression nach Dekompression bei Patienten mit malignem Schlaganfall assoziiert mit veränderten biochemischen Markern innerhalb der Periinfarktregion. Des Weiteren wurde untersucht, inwiefern CSDs mit einer veränderten Konzentration von Glutamat, Glukose, Laktat und Pyruvat einhergeht. Hierzu wurde eine Korrelation zwischen CSDs und den Mikrodialysekonzentrationen von Glutamat, Glukose, Laktat und Pyruvat erstellt. / Stroke is the third leading cause of death. The most important factor in preventing permanent disability and recovering quality of life is the prevention of secondary complications. Infarct progression is one of the most serious complications after stroke. In the present study we determined by volumetric analysis from serial magnetic resonance imaging in 45 patients with malignant hemispheric stroke whether an infarct progression was present or not. The next aim was to investigate the hemodynamic response pattern and spatiotemporal propagation of cortical spreading depolarization (CSD) in the peri-infarct region of malignant hemispheric stroke. For the first time, intraoperatively the spatiotemporal propagation of CSDs and their hemodynamic coupling in the human cerebral cortex was visualized. In a second study, the levels of glutamate, glucose, lactate and pyruvate in the peri-infarct region using cerebral microdialysis in patients with malignant stroke were investigated. In particular, it was necessary to clarify whether there are differences in the metabolic changes are associated with delayed infarct progression. In summary, we observed a notable proportion of delayed infarct progression after decompressive surgery in patients with malignant hemispheric stroke associated with a disarrangement of biochemical markers within the peri-infarct region. Furthermore I investigated how CSDs are associated with metabolic changes. For this, a correlation between CSD and the concentrations of glutamate, glucose, lactate and pyruvate was prepared.

Die zentromerischen Regionen eukaryotischer Chromosomen sind notwendig für die Segregation der Schwesternchromatiden während der Zellteilung. In den Nukleosomen in diesen Regionen ist das kanonische Histon H3 durch die zentromerische Histon H3 Variante CENP-A ersetzt. Diese wird in Saccharomyces cerevisiae Cse4 genannt. Indem CENP-A die geordnete Assemblierung einzelner Untereinheiten des Kinetochors vermittelt, spezifiziert es die zentromerische Chromosomenregion und ist damit essentiell für die korrekte Segregation der Chromosomen während der Zellteilung. Kürzlich wurde gezeigt, dass Cse4 posttranslational modifiziert wird. Von Bedeutung für diese Arbeit sind die in der essentiellen Domäne des N-terminus liegenden Methylierung von Arginin 37 und die Acetylierung von Lysin 49, die durch phänotypische Suppression eine genetische Interaktion und eine antagonistische Funktion bei der epigenetischen Regulation in der korrekten Assemblierung der Kinetochoruntereinheiten zeigen. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die Acetylierung an Cse4K49 von der Histonacetyltransferase Gcn5 abhängt, und dass dieses Enzym Komponenten des SAGA-Komplexes, aber nicht des ADA-Komplexes benötigt. Außerdem konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die Acetylierung von K49 in der frühen S-Phase ansteigt und zum Ende der S-Phase abnimmt. Es konnte weiterhin eine biochemische Interaktion der N-terminalen Domäne von Cse4 mit der COMA-Untereinheit Ctf19, der zentralen Region des Kinetochors, nachgewiesen werden, möglicherweise mit einer Präferenz zu einer nicht acetylierten Form von Cse4K49. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass der Transkriptions-Co-Aktivator Komplex SAGA eine Funktion an der zentromerischen Region in S. cerevisiae aufweist. Des Weiteren ist die Acetylierung an Cse4K49 in die Rekrutierung der Kinetochoruntereinheit Ctf19 involviert, und gibt damit einen Hinweis auf einen epigenetischen Regulationsmechanismus während der Chromosomensegregation. / The centromeric regions of eukaryotic chromosomes are essential for proper chromosome segregation. The nucleosomal composition in these regions differs from that of canonical nucleosomes in that histone H3 is replaced by the H3 variant CENP-A, which is termed Cse4 in Saccharomyces cerevisiae. CENP-A is the most important epigenetic mark on centromeres and essential for accurate kinetochore establishment at centromeric sites, which in turn are necessary to connect the centromeric sites to the microtubules. Whereas the histone fold domain of Cse4 shares a sequence homology with canonical histone H3, the N-terminal domain is rather long as compared to canonical histone tails and the centromeric histone variants of higher eukaryotes. One part of this flexible, positively charged histone tail has been shown to represent an essential N-terminal domain (END). Lysine 49 was defined as an acetylation site in this region, but the modification remains to be characterized in detail. In this study, we found that the Cse4K49 acetylation is dependent on the histone acetyltransferase Gcn5, and that the enzyme in this context acts within the SAGA/SLIK complex, whereas an involvement of the smaller ADA complex was not observed. Furthermore, we addressed the cell-cycle dependence of the K49 acetylation and found an increase in early S-phase and a decrease in late S-phase, whereas the R37 methylation persisted throughout S-phase. Ctf19 was found to bind acetylated and unacetylated Cse4K49 with a preference for unacetylated Cse4. The findings presented here show that the transcriptional co-activator complex SAGA functions at centromeric regions in S. cerevisiae, and that the Cse4K49 acetylation has an influence on the recruitment of the kinetochore subunit Ctf19. This suggests an epigenetic regulatory mechanism involving a specific acetylation on the N-terminus of Cse4 in chromosome segregation.

Das Amyloid-beta Peptid (Ab) ist der Hauptbestandteil der extrazellulären Plaques bei der Alzheimerschen Krankheit. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Mechanismen der Wechselwirkungen des Ab mit der Plasmamembran und der nachfolgenden zellulären Aufnahme aufzuklären. Die Aggregation, die zelluläre Aufnahme und die Zytotoxizität von Ab42 wurden durch Verwendung von fluoreszenzmarkierten Ab42 in einem Neuroblastomzellkulturmodell untersucht. Sowohl bei Inkubation mit Monomeren als auch mit Aggregaten wurde in den Zellen Ab42 detektiert. Dabei binden Ab42 Monomere und kleine Aggregate zunächst an die Zellmembran. Allerdings erfolgt keine direkte Aufnahme von Monomeren in die Zelle. Erst nach Ausbildung von Aggregaten mit geordneter Sekundärstruktur wurde Ab42 in den endozytotischen Vesikel detektiert. Voraussetzung für den an der Membran ablaufenden Aggregationsprozess ist, dass die Monomere oberhalb einer kritischen Konzentration anwesend sind, um eine Bildung von beta-Faltblatt-Strukturen (bF) und entsprechenden Aggregaten zu ermöglichen. Ab42 Aggregate, die sich durch eine bF auszeichneten, benötigten keine kritische Schwellenkonzentration für die endozytotische Aufnahme. Eng mit der Aufnahme von Ab42 Aggregaten war die Veränderung des zellulären Metabolismus verbunden. Um die Wechselwirkung zwischen Ab und der Membrannäher zu charakterisieren, wurden Modellmembransystemen einschl. riesigen Membranvesikeln genutzt. Dabei wurde beobachtet, dass sowohl Ab42 als auch Ab40 Einstülpungen in der Membran induzieren können. Kleine Aggregate beider Isoformen, die noch keine bF aufweisen, interagierten bevorzugt mit der ungeordneten Lipidphase und induzierten dabei eine negative Membrankrümmung. Diese Beobachtungen legen den Schluss nahe, dass möglicherweise das Ab selbst den endozytotischen Prozess unterstützt oder diesen sogar einleiten könnte. Dies könnte auch auf eine mögliche physiologische Funktion von Ab Aggregaten, die nicht toxisch sind, hindeuten. / The accumulation of Amyloid beta peptide 1-42 (Ab42) in extracellular plaques is one of the pathological hallmarks of Alzheimer’s disease. Several studies have suggested that a cellular reuptake of Ab42 may be a crucial step in its cytotoxicity, but mechanisms of Ab-membrane interaction and subsequent cellular uptake are not yet understood. The first aim of the present study is to answer the question whether aggregate formation is a prerequisite or a consequence of Ab-membrane interaction and of Ab endocytosis. We visualized aggregate formation of fluorescently labeled Ab42 by Förster resonance energy transfer and tracked its internalization by human neuroblastoma cells. Both monomeric and aggregated Ab42 entered the cells, however, monomer uptake faced a concentration threshold and occurred only at concentrations and time scales that allowed beta-sheet-rich (bS) aggregates to form. By uncoupling membrane binding from internalization, we found that Ab42 monomers as well as small aggregate species bound rapidly to the plasma membrane and formed bS aggregates. These structures were subsequently taken up and accumulated in endocytic vesicles. This process correlated with inhibition of cellular metabolism activities. Our data therefore imply that the formation of bS aggregates at the cell membrane is a prerequisite for Ab42 uptake and cytotoxicity. The second aim of the study is to investigate the Ab-membrane interaction in vitro by using giant unilamellar vesicles and giant plasma membrane vesicles as model membrane systems. We found that both Ab isoforms, Ab42 and Ab40, interacted with the liquid disordered phase of model membranes. Early aggregation intermediates, which did not yet bind to the amyloiddophilic dye Thioflavin T, induced negative membrane curvature. The ability of Ab to induce membrane deformation suggests that Ab may facilitate its own endocytosis. It also hints at a possible physiological function of non-toxic Ab aggregate species.

Die Knochenregeneration während der Frakturheilung beinhaltet das Zusammenspiel von Wachstumsfaktoren. In einigen Patienten kommt es zu einer verzögerten oder unvollständigen Heilung. Die Gründe hierfür sind bisher nicht komplett verstanden. Neutralisierende Autoantikörper (aAB) gegen Wachstumsfaktoren oder deren Rezeptoren könnten den Heilungsprozess verzögern und potentiell beeinträchtigen In dieser Arbeit wurden 265 Frakturpatienten analysiert. Autoantikörper gegen IGF1 Rezeptor, Insulin Rezeptor, BMP7, BMP2, IGF1 und (Pro)Insulin wurden in den Seren dieser Frakturpatienten gemessen. In Frakturpatienten wurden in 5% der Seren aAB gegen den IGF1R und in 6% gegen den IR gefunden. Das Auftreten von IGF1R- und IR-aAB wurde nicht induziert und war nicht mit dem Heilungsergebnis assoziiert. BMP7-aAB wurden in 1-2,5% gesunder Probanden und Frakturpatienten, die nicht mit rhBMP7 behandelt wurden, detektiert. Patienten, die mit rhBMP7 behandelt wurden, zeigten ein höheres Auftreten der BMP7-aAB Positivität mit 6% zum Zeitpunkt der Operation und 18% vier Wochen nach der Operation. BMP2-aAB wurden in 2% der gesunden Kontrollen und 6% der mit rhBMP7-behandelten Frakturpatienten entdeckt. Bei der Charakterisierung des biologischen Effekts der BMP7-aAB durch einen zell-basierten Reporter-Assay, zeigte sich ein neutralisierender Effekt in Proben mit hohem BMP7-aAB Titer. Als das wichtigste Kriterium für klinische Relevanz wurde die Konsolidierung untersucht. Das Vorhandensein von BMP-aAB wurde nicht signifikant mit der Konsolidierung in Zusammenhang gebracht. Zusammenfassend wurden neue diagnostische Assays zur Detektion von aAB gegen Wachstumsfaktoren und deren Rezeptoren generiert und angewandt um aAB in Seren von Frakturpatienten zu messen. Keiner der identifizierten aAB war negativ mit dem Heilungsprozess assoziiert. Bedenken bezüglich der Sicherheit von rhBMP7 Behandlungen sind berechtigt, da die Anwendung aAB gegen BMP7 induziert, die den BMP7-Signalweg blockieren. / Regeneration of bone during fracture healing includes concerted actions of growth factors. Some fractures show delayed healing or non-union due to as yet unknown reasons. Neutralizing autoantibodies (aAB) against growth factors or their receptors might influence and potentially impair the bone healing capacity. In this study, a cohort of 265 fracture patients with different treatment regimen and healing outcomes were analysed. Autoantibodies against IGF1 receptor, insulin receptor, BMP7, BMP2, IGF1 and (pro)insulin were measured in sera of these fracture patients. The prevalence of aAB against IGF1R and IR was 5% and 6% in fracture patients, respectively. The appearance of IGF1R- and IR-aAB was not induced by the surgical intervention and was unrelated to the healing outcome. BMP7-aAB were found in 1-2.5% of healthy subjects and in fracture patients that were not treated with rhBMP7. Patients that had received rhBMP7 treatment showed a higher incidence of BMP7-aAB positivity of 6% at surgery and 18% four weeks post surgery. BMP2-aAB were found in 2% of healthy controls and 6% of the fracture patients that were treated with rhBMP7. Characterizing the biological effect of BMP7-aAB in a cell-based reporter assay, a neutralizing effect was observed for samples with high titres. As the most relevant clinical outcome, the criterion consolidation was analysed defining whether the fracture gap was closed after six months or not. The presence of BMP-aAB was not significantly associated with the healing outcome. In summary, novel diagnostic assays for the detection and quantification of growth factor and receptor aAB were generated and used to determine aAB in sera from fracture patients. None of the identified aAB were negatively associated with the regeneration process or healing outcome. Ongoing concerns regarding the safety of rhBMP7 treatment are justified as the biological treatment induces aAB against BMP7 that block the BMP signal transduction.

Die muskelspezifischen RING-Finger Ubiquitin E3 Ligasen MuRF1, MuRF2 und MuRF3 werden mit verschiedenen zellulären Prozessen in Verbindung gebracht. MuRF1 und MuRF3 beteiligen sich am Abbau mehrerer Muskelstrukturproteine über das Ubiquitin Proteasom System (UPS) und spielen somit eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Skelett- und Herzmuskelstruktur und -funktion. MuRF1 wurde als Atrophie-Marker identifiziert, da seine Expression während der Muskelatrophie ansteigt, und MuRF2 und MuRF3 wirken bei der Stabilisierung von Mikrotubuli und Differenzierung von Myozyten mit. Dennoch sind bisher viele Aspekte der Funktion von MuRF-Proteinen ungeklärt. Die Domänenstruktur der MuRF-Proteine zeigt mehrere hochkonservierte Domänen, die sich an Protein-Protein Interaktionen beteiligen. Die Identifizierung und Charakterisierung ihres Interaktoms ermöglicht ein besseres Verständnis ihrer Funktionen. Aus diesem Grund wurden quantitative massenspektrometrische Analysen durchgeführt, um neue Interaktionspartner und Substrate für MuRF1, 2 und 3 zu identifizieren. Sorting nexin 5 (SNX5), eine Untereinheit des Retromers in Säugetieren, wurde als Interaktionspartner von MuRF3 identifiziert. SNX5, das eine wichtige Rolle in subzellulären Transport-Signalwegen spielt, interagierte über seine BAR-Domäne mit MuRF3. SNX5 und MuRF3 co-lokalisierten und assoziierten mit vesikulären Strukturen des subzellulären Transport-Signalweges. SNX5 wurde außerdem als Substrat von MuRF2 identifiziert. MuRF2 band und ubiquitinierte SNX5 in vivo und vermittelte damit dessen Abbau über das UPS. MuRF3 stabilisierte SNX5 durch die Inhibierung dieses Abbaus. Somit konnten MuRF2 und MuRF3 mit einem in subzellulärem Transport aktiven Protein in Verbindung gebracht werden, das direkt mit Mikrotubuli assoziiert und funktionell von einem stabilen Mikrotubuli-Netzwerk abhängig ist. Dies legt eine mögliche regulatorische Rolle von MuRF2 und MuRF3 in Mikrotubuli-abhängigen subzellulären Transportwegen nahe. / Muscle specific RING-Finger ubiquitin E3 ligases MuRF1, MuRF2 and MuRF3 have been implicated in several cellular functions. MuRF1 and MuRF3 have been shown to bind and degrade muscle contractile and structural proteins via the ubiquitin proteasome system (UPS), thus playing an important role in the maintenance of skeletal and cardiac muscle structure and function. MuRF1 is considered an atrophy marker since its expression increases during muscle atrophy. MuRF2 and MuRF3 are involved in myocyte differentiation and both bind to and stabilize microtubules. Nevertheless, many aspects of the functions of the MuRF-family are unknown. The domain structure of the MuRF family implicates several highly conserved domains involved in protein-protein interaction. Accordingly, one way to better understand the role of MuRF proteins in myocyte function and protein homeostasis is to identify and characterize their interactome. Therefore, quantitative mass spectrometric analysis was used to identify novel interaction partners and target proteins of MuRF1, 2 and 3. Sorting nexin 5 (SNX5), a mammalian retromer subunit which plays an important role in subcellular trafficking pathways, was identified as a novel interaction partner of MuRF3, with which it interacted via its Bin/Amphiphysin/Rvs (BAR)-domain. SNX5 and MuRF3 co-localized and associated with early endosomes, connecting the microtubule-binding MuRF3 to structures of subcellular trafficking pathway. SNX5 was also identified as a substrate of MuRF2, which interacted with and ubiquitinated SNX5 in vivo, mediating its degradation in a UPS-dependent manner. This MuRF2-mediated degradation was inhibited by MuRF3, which stabilized SNX5. Thus, MuRF2 and MuRF3 were linked to a subcellular trafficking protein, SNX5, which is directly associated with microtubules and functionally dependent on a stable microtubule network, suggesting a possible regulatory role of MuRF2 and MuRF3 in microtubule-dependent subcellular trafficking pathways.

Das Eukaryotische-Initiations faktor-4E Bindungsprotein (4E-BP) ist ein Inhibitor der Translationsinitiation. Nicht-phosphoryliertes 4E-BP bindet an den eukaryotischen Initiationsfaktor 4E (eIF4E). Diese Bindung blockiert die Rekrutierung des Initiationskomplexes eIF4F an die Cap-Struktur des 5´Endes von eukaryotischen zellulären mRNAs, was die Initiation der Translation verhindert. Phosphorylierung von 4E-BP durch die mTOR Kinase führt zur Dissoziation des 4E-BP/eIF4E Komplexes und erhöht die Verfügbarkeit von eIF4E, dies wird mit Zellproliferation assoziiert. Die Aktivität von eIF4E wird nicht nur von 4E-BP, sondern auch durch Phosporylierung reguliert, welche wiederum durch die "MAP-Kinase-Interacting-Protein-Kinase" (MNK) reguliert wird. Drei Isoformen von 4E-BP sind bekannt: 4E-BP1, 4E-BP2 and 4E-BP3. 4E-BP1 und 4E-BP2 sind an oxidativem und adipogenetischen Stress beteiligt. Beide Proteine werden im h?matopoetischen System gleich exprimiert, wohingegen 4E-BP3 nicht detektiert wird. 4E-BP1 wird während der Erythroblasten-Proliferation phosphoryliert. Aus diesem Grund habe ich die Hämatopoese und die durch Phenylhydrazine (PHZ) induzierte Stress-Erythropoese in 4E-BP1 und 4E-BP2 Knock-Out Mäusen und 4E-BP1,2 Doppel-Knock-Out Mäusen analysiert. Ich konnte zeigen, dass die Hämatopoese in 4E-BPs defizienten Mäusen nicht beeinflusst wird. Allerdings zeigten 4E-BP1,2-/- und 4E-BP2-/- Mäuse eine verspätete Antwort auf Phenylhydrazin (PHZ) induzierten erythropoetischen Stress. Gleichzeitig war die mRNA Translation von GATA-1, ein essentieller erythropoetischer Transkriptionsfaktor in Erythroblasten runterreguliert. Die Signaltransduktionswege mTOR und MNK1 waren bei erythropoetischen Stress aktiviert. Diese Daten zeigen, dass 4E-BP2, aber nicht 4E-BP1, notwendig ist um auf erythropoetischen Stress zu reagieren und deuten an, dass die 4E-BP gesteuerte translations-regulierende Maschinerie eine Rolle in der Stress-Erythropoese spielt. / Translational regulation allows an organism to generate fast responses to environmental changes quickly. Eukaryotic initiation factor 4E binding protein (4E-BP) is an inhibitor of translation initiation. Unphosphorylated 4E-BP binds to eukaryotic initiation factor 4E (eIF4E) blocking recruitment of the initiation complex eIF4F to the cap structure at the 5´ terminus of eukaryotic cellular mRNAs. Thus initiation of translation is blocked. Phosphorylation of 4E-BP by the mTOR kinase causes disassociation of the 4E-BP/eIF4E complex and increases the availability of eIF4E. EIF4E activity is not only regulated by 4E-BP, but also phosphorylation which is regulated by MAP kinase - interacting protein kinase (MNK). Three isoforms of 4E-BP are known, termed 4E-BP1, 4E-BP2 and 4E-BP3. 4E-BP1 and 4E-BP2 are involved in oxidative and adipogenetic stresses in vivo. They are equally expressed in hematopoietic system, whereas 4E-BP3 is not detected. 4E-BP1 is phosphorylated during erythroblast proliferation. Erythroid differentiation is blocked by overexpresssion of eIF4E in tissue culture. These studies implied that 4E-BPs might play role in response to erythropoietic stress. I examined hematopoiesis and phenylhydrazine (PHZ) induced stress erythropoiesis in 4E-BP1 and 4E-BP2 individual knock out mice and 4E-BP1,2 compound knock out mice. I found that the hematopoiesis of 4E-BPs deficient mice were unaffected. However, 4E-BP1,2-/- and 4E-BP2-/- mice showed delayed response to phenylhydrazine (PHZ) induced erythropoietic stress. Simultaneously, the mRNA translation of GATA-1, which is the essential erythroid transcription factor, was downregulated in their erythroblasts. The signaling pathways through the mTOR and MNK1 were activated in erythropoietic stress. These data showed that 4E-BP2 but not 4E-BP1 was required for the response to erythropoietic stress and suggested that 4E-BP related translation regulatory machinery played a role in stress erythropoiesis.

In dieser Arbeit wurden zwei serologische Teste zur Unterscheidung inzidenter und prävalenter Proben etabliert und validiert, welche auf der Reifung des Immunsystems in der frühen HIV-Infektion basieren. Im BED-ELISA werden anhand von anti-HIV-gp41-spezifischen IgG-Antikörperspiegeln die Proben klassifiziert. Die Aviditäts-Methode (AI) unterscheidet die Bindungsfähigkeit der Antikörper an spezifische Antigene. Das Probenpanel wurde in einem weiteren Inzidenztest, dem IDE-V3-ELISA (Kooperation F. Barin), gemessen welcher den Anstieg der Antikörperreaktivität gegen zwei verschiedene immundominante Epitope nutzt. Wirtsspezifische Marker und virale Eigenschaften wurden untersucht, um Merkmale zu identifizieren, welche die Sensitivität und Spezifität der Teste verbessern könnten. Mit dem BED-ELISA wurde eine Pilotstudie unter Berliner HIV-Patienten durchgeführt. Zur Vereinfachung des Probentransports in Studien wurde der Einfluss einer Filtertrocknung der Plasmaproben auf die Infektiosität von HIV, Stabilität der HIV-RNA und die Antikörperreaktivität im BED-ELISA untersucht. In den Testen wurden inzidente Plasmaproben mit folgenden Sensitivitäten und Spezifitäten richtig klassifiziert: 80% und 86% (BED-ELISA); 74% und 82% (AI); 73% und 84% (IDE-V3). Von allen untersuchten wirtsspezifischen Faktoren korrelierte nur der Gehalt an Antikörpern der IgG3-Subklasse mit der Fehlklassifikation der Proben. Für die Pilotstudie wurden zwischen Feb. 2005 und Nov. 2007 von 132 erstmalig HIV-1 positiv diagnostizierten Patienten Proben genommen und im BED-ELISA analysiert (51% Anteil inzidente Infektionen). Die Antikörperreaktivitäten blieben nach der Filtertrocknung erhalten, so das auf der Grundlage der Ergebnisse eine deutschlandweite Inzidenzstudie mit Filter-getrockneten Plasmaproben geplant wurde, die seit Januar 2008 im Auftrag des BMG zur Verbesserung der Datenlage zur HIV-Inzidenz in Deutschland durchgeführt wird. / In this PhD thesis two methods that can differentiate between incident and prevalent infections were established and validated. Both tests are based on the maturation of the immune system during early HIV-infection. The BED-ELISA uses anti-HIV-gp41 specific IgG-antibody levels for differentiation. The avidity method (AI) is based on the binding-capacity of the antibodies to specific antigens in the presence of a chaotropic agent. The sample panel was also evaluated using an additional incidence ELISA, the IDE-V3-ELISA (cooperation with F. Barin). This test is also based on the antibody''s reactivity to two different immune dominant epitopes, allowing incident and prevalent infections to be differentiated. Host specific factors and viral determinants were analysed to provide information that could lead to improvements in the sensitivity and specificity of the incidence tests. With the BED-ELISA a pilot study with HIV-infected patients in Berlin was carried out. The inactivation of HIV-1 after filter-drying of samples, the stability of viral RNA and reactivity of antibodies in the BED-ELISA were analysed to simplify the transport of samples in future studies. Incident plasma samples were identified correctly with following sensitivities and specificity’s: 80% and 86% (BED-ELISA); 74% and 82% (AI); 73% and 84% (IDE-V3). Of all host factors analysed, only the titre of IgG3-antibodies correlated with the incorrect classification of samples. In the pilot study samples from 132 newly diagnosed HIV-positive patients were obtained between February 2005 and November 2007 and analysed in the BED-ELISA (51% proportion of incident infections). It could be shown that filter-drying of plasma samples rendered HIV non-infectious but did not influence antibody reactivity. Based on these results, a German HIV incidence study using filter-dried plasma samples, designed to improve knowledge of HIV-incidence in Germany, was sponsored by the BMG and has been ongoing since January 2008.

Infektionen lösen eine Immunantwort aus, welche u.a. durch Induktion von Interferonen (IFN) für die Expression von antibakteriell oder antiviral wirkenden Proteinen sorgt. Eines der am stärksten induzierten Gene nach Typ I IFN Stimulation ist das Interferon stimulated gene 15 (ISG15). ISG15 gehört zu den Ubiquitin-ähnlichen Proteinen und wird über eine Enzymkaskade kovalent an zu modifizierende Proteine konjugiert. Sowohl freiem ISG15, als auch ISG15-Konjugaten wurden antivirale Funktionen nachgewiesen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Regulation von ISG15, der ISGylierung und der an der ISGylierung beteiligten Enzyme vergleichend nach Typ I und Typ II IFN Stimulation untersucht. In HeLa Zellen zeigte sich, dass ISG15 und ISG15-Konjugate sowohl nach Typ I, als auch nach Typ II IFN Stimulation gebildet werden. Die Unterschiede in der Menge der ISGylierten Proteine konnten in Zusammenhang mit der unterschiedlich starken Expression der an der ISGylierung beteiligten Enzyme gebracht werden. Durch Inhibition der Expression der einzelnen Enzyme wurde weiterhin nachgewiesen, dass nach Typ I und Typ II IFN Stimulation das gleiche E2-Enzym (UBE2L6), aber unterschiedliche E3-Ligasen an der ISGylierung beteiligt sind. Während die ISGylierung nach Typ I IFN Stimulation größtenteils von der E3-Ligase Herc5 abhängt, zeigte sich, dass nach Typ II IFN Stimulation weitere noch nicht identifizierte ISG15 E3-Ligasen an dem Prozess beteiligt sind. Microarry- und siRNA-Analysen führten zur Identifizierung der potentiellen ISG15 E3-Ligasen UBE3A und ARIH1. Dabei zeigte sich, dass UBE3A nach Typ I und ARIH1 nach Typ II IFN Stimulation einen Einfluss auf die ISGylierung von Proteinen haben. Diese Ergebnisse machen deutlich, dass in HeLa Zellen Typ I und Typ II Interferone die ISGylierung induzieren, wobei sich die Enzymkaskade zwischen den Interferonen auf Ebene der E3-Ligasen unterscheidet. Diese Ergebnisse geben neue Einblicke in die Regulation der IFN vermittelten ISGylierung. / Infections initiate the induction of an immune response that lead to induction of interferons followed by expression of antibacterial and antiviral proteins. One of the most upregulated genes after type I interferon (IFN) stimulation is the Interferon stimulated gene 15 (ISG15). ISG15 belongs to the family of ubiquitin-like modifiers and is covalently attached to target proteins via an enzyme cascade. It was shown that free ISG15 as well as ISG15-conjugates exhibit antiviral functions. In this thesis the regulation of ISG15, ISGylation and the involvement of enzymes after type I and type II IFN treatment were analysed. It could be demonstrated that ISG15 and ISG15-conjugates are generated after type I as well as type II IFN treatment in HeLa cells. Differences in the amount of ISGylated proteins were shown to correlate with the expression of proteins of the enzyme cascade. Inhibition of these enzymes demonstrated that the E2-enzyme UBE2L6 is involved in the ISGylation process after both types of IFN stimulation, whereas different E3-ligases are implicated in ISGylation of proteins after type I and type II IFN stimulation. It could be shown that the E3-ligase Herc5 is involved in type I IFN mediated ISGylation, whereas other not yet identified ISG15 E3-ligases are involved in type II IFN mediated ISGylation. Microarry- and siRNA-assays led to the identification of the putative ISG15 E3-ligases UBE3A and ARIH1, whereas UBE3A had an influence on type I IFN mediated ISGylation and ARIH1 affected the type II IFN mediated ISGylation. In this thesis it could be demonstrated that both types of interferons are able to induce ISGylation in HeLa cells, but different E3 ligases are involved in conjugation of ISG15 to its target proteins after type I and type II IFN induction. These observations give new insights into the regulation of IFN mediated ISGylation.