Toxoplasma gondii ist ein weit verbreiteter, obligat-intrazellulärer, einzelliger Parasit, der die lebensbedrohliche Krankheit Toxoplasmose in Menschen und Tieren hervorrufen kann. Der schnell replizierende Parasit benötigt erhebliche Mengen an Phospholipiden zur Biogenese intra- und extrazellulärer Membranen. Phosphatidylethanolamin (PtdEtn) ist ein wichtiges und ubiquitäres Phospholipid in Pro- und Eukaryoten und das zweithäufigste Lipid in T. gondii. Dieses kann de novo über den CDP-Ethanolamin Stoffwechselweg oder durch Decarboxylierung von Phosphatidylserin synthetisiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Expression von zwei distinkten Phosphatidylserin Decarboxylasen (PSDs) in T. gondii nachgewiesen werden: TgPSD1pv ist partiell löslich und wird über Dichte Granula in die Parasitophore Vakuole sekretiert, während sich TgPSD1mt im Mitochondrium von Tachyzoiten befindet. TgPSD1mt ist in der Lage einen Ethanolamin-auxotrophen S. cerevisiae Stamm zu komplementieren. Ein Knock-down von TgPSD1mt in T. gondii verursacht eine verlangsamte Parasitenreplikation, welche zu einem verminderten in vitro Wachstum führt. Der PtdEtn-Gehalt in der Mutante bleibt unverändert, was auf eine stringente Homöostase des zellulären PtdEtn Reservoirs durch alternative Lipidbiogenesewege hindeutet. Tatsächlich verfügt T. gondii zusätzlich über einen aktiven CDP-Ethanolamin Stoffwechselweg im Endoplasmatischen Retikulum, welcher den Verlust von TgPSD1mt partiell kompensieren kann. Das zweite, sekretierte TgPSD1pv-Enzym hingegen scheint für das Parasitenwachstum in vitro entbehrlich zu sein. Infektionsversuche mit radioaktiv markierten Wirtszellen zeigten zudem eine Aufnahme von PtdEtn oder PtdEtn-Derivaten in intrazellulär replizierenden Tachyzoiten. Diese Ergebnisse demonstrieren eine außergewöhnliche Kompartmentalisierung und Plastizität der PtdEtn-Synthese in T. gondii. / Toxoplasma gondii is a remarkably successful and widespread obligate intracellular protozoan parasite, which can cause the potentially life threatening disease Toxoplasmosis in humans and animals. The fast proliferating parasite requires a significant amount of phospholipids for biogenesis of organelles and enclosing vacuolar membranes. Phosphatidylethanolamine (PtdEtn) is one of the most ubiquitous phospholipids and the second most abundant lipid in T. gondii. It can be produced de novo by the CDP-ethanolamine pathway or by decarboxylation of phosphatidylserine. This work revealed the expression of two distinct PtdSer decarboxylase (PSD) enzymes in T. gondii: One of which is Coccidia-specific and partially soluble and secreted into the parasitophorous vacuole via dense granules (TgPSD1pv), and a second enzyme that localizes in the mitochondrion (TgPSD1mt) of tachyzoites. The mitochondrial PSD can complement a S. cerevisiae mutant auxotrophic for ethanolamine. A conditional knockdown of the TgPSD1mt gene impairs the parasite growth in vitro. Surprisingly, the mutant displayed an unaltered total PtdEtn content, which suggests a stringent homeostasis of the cellular PtdEtn pool by alternative routes of lipid biogenesis. Consistently, the parasite encodes an active CDP-ethanolamine pathway in the endoplasmic reticulum. Metabolic labeling of the TgPSD1mt mutant displayed an increased utilization of ethanolamine into PtdEtn, indicating an upregulation of the de novo CDP-ethanolamine pathway. Likewise, exogenous ethanolamine partially restored the growth phenotype of the mutant. In contrast, the TgPSD1pv enzyme is dispensable for the parasite growth. Host cell pre-labeling with radioactive ethanolamine indicated a potential uptake of host-derived PtdEtn or PtdEtn-derivates by intracellular parasites. Taken together, these results demonstrate an exceptional compartmentalization and plasticity of the PtdEtn synthesis in T. gondii.

Das Ubiquitin Proteasom System generiert die Mehrheit der antigenen Peptide, die zusammen mit MHC Klasse I Molekülen präsentiert werden, wobei durch Kooperation mit alternativen proteolytischen Systemen die Vielfalt der möglichen MHC I Liganden erhöht wird. In diesem Zusammenhang, insbesondere im Rahmen einer Immunantwort, ist die Rolle von Aminopeptidasen bislang nur ungenügend charakterisiert. In der vorliegenden Arbeit wurde der modulatorische Einfluss von zytosolischen und im ER lokalisierten Aminopeptidasen auf die Generierung des HCMV pp65495-503 Epitops durch Prozessierung von proteasomal generierten Peptidprodukten untersucht. Dafür wurde in pp65 exprimierenden Zellen die Expression einzelner Aminopeptidasen mittels siRNA inhibiert und der Effekt auf die Epitoppräsentation über die Aktivierung pp65495-503 spezifischer CTL bestimmt. Es zeigte sich, dass TPPII, LAP, AP-B und POP limitierend auf die Epitoppräsentation wirken. Damit wurden die Peptidasen AP-B und POP erstmalig in direkten Zusammenhang mit der MHC Klasse I Antigenprozessierung gebracht. Analysen weiterer zytosolischer Peptidasen wie TOP, BH und PSA zeigten keinen signifikanten Effekt auf die Epitoppräsentation, so dass diese Peptidasen an der zellulären Prozessierung des pp65 Antigens nicht beteiligt sind. Die Trimmaktivität von ERAPI und ERAPII im ER hingegen hatte einen bedeutenden Anteil an der pp65495-503 Epitopgenerierung. In Immunpräzipitationsexperimenten konnte zudem die Interaktion der ER Aminopeptidasen mit dem peptide-loading complex zum ersten Mal nachgewiesen werden. Die vorliegenden Daten geben Hinweise darauf, dass die Interaktion von ERAPI und ERAPII mit dem Komplex unabhängig von dessen vollständiger Assemblierung mit dem TAP Transporter stattfinden kann und vermutlich über Tapasin vermittelt wird. Da diese Assoziation durch IFNgamma induziert wird, könnte sie zu einer effizienteren Antigenprozessierung und -Präsentation, vor allem unter Infektionsbedingungen, beitragen. / The ubiquitin proteasome system is responsible for the generation of the majority of MHC class I presented antigenic peptides. By cooperation with alternative proteolytic systems the diversity of MHC class I ligands is increased. In this context, especially during immune response, the role of aminopeptidases is barely characterised. In this project the effect of cytosolic and ER-resident aminopeptidases on processing of proteasomal generated peptides was investigated with regard to HCMV pp65495-503 epitope generation. Therefore, expression level of single aminopeptidases was down regulated by siRNA in pp65 expressing cells and the effect of down regulation on epitope presentation was analysed by activation of pp65495-503 specific CTLs. It could be demonstrated that TPPII, LAP, AP-B and POP have negative effects on pp65 epitope presentation. With AP-B and POP two additional cytosolic aminopeptidases with a functional role in epitope processing were identified. Other aminopeptidases, that have been characterised as part of the antigen processing machinery, namely TOP, BH and PSA, did not affect pp65 epitope generation. In contrast, trimming by ERAPI and ERAPII in the ER resulted in an efficient epitope presentation. For the first time, experimental evidence was provided that the two ER-resident peptidases interact with the MHC class I peptide-loading complex (PLC). The obtained results indicate that this association takes place independently of the assembly of the entire complex including TAP and is probably mediated by tapasin. The observation that this complex formation is inducible by IFNgamma suggests that the association of ERAPI and ERAPII to the PLC accounts for a better antigen processing and presentation mainly at the site of infection.

Im Rahmen dieser Dissertation wurden Experimente zur Wechselwirkung von schnellen Atomen mit Oberflächen von Oxidkristallen, Metallkristallen und ultradünnen Oxidfilmen auf Metalloberflächen durchgeführt und modellhaft beschreiben. Die Experimente wurden im Regime der streifenden Streuung für Energien im keV-Bereich durchgeführt. Diese Streugeometrie bietet den Vorteil einer außerordentlich hohen Oberflächensensitivität und somit die Möglichkeit, die kristallographischen Eigenschaften der obersten Atomlage zu untersuchen. Darüber hinaus wurden Experimente zur Bestimmung des Energieverlustes der an den verschiedenen Oberflächen gestreuten Projektile und zur, durch diese Projektile induzierten, Elektronenemission durchgeführt. Die Anregungsenergie für die Elektronenemission und Exzitonen wurde an der Alumina/NiAl(110)- und der SiO2/Mo(112)- Oberfläche für die Streuung von He bestimmt. Durch die Bestimmung der Anzahl von emittierten Elektronen in Abhängigkeit des azimutalen Winkels konnten die Strukturen von obersten Lagen von Adsorbaten mit der Methode der Ionenstrahltriangulation bestimmt werden. / In the framework of the present dissertation the interactions of fast atoms with surfaces of bulk oxides, metals and thin films on metals were studied. The experiments were performed in the regime of grazing incidence of atoms with energies of some keV. The advantage of this scattering geometry is the high surface sensibility and thus the possibility to determine the crystallographic and electronic characteristics of the topmost surface layer. In addition to these experiments, the energy loss and the electron emission induced by scattered projectiles was investigated. The energy for electron emission and exciton excitation on Alumina/NiAl(110) and SiO2/Mo(112) are determined. By detection of the number of projectile induced emitted electrons as function of azimuthal angle for the rotation of the target surface, the geometrical structure of atoms forming the topmost layer of different adsorbate films on metal surfaces where determined via ion beam triangulation.

Die Anaphylaxie, eine potentiell lebensbedrohliche Reaktion, kann durch Kofaktoren beeinflusst werden. ACE-Inhibitoren, ß-Blocker und Acetylsalicylsäure (ASS) werden häufig in der Therapie von Herz-Kreislauferkrankungen eingesetzt. In der vorliegenden Arbeit wurde überprüft, ob diese anaphylaktische Reaktionen begünstigen. Das Modell der passiv systemischen Anaphylaxie (PSA) wurde speziell angepasst, um die Behandlung einer Herz-Kreislauf-Therapie nachzubilden. Die orale Gabe von Metoprolol oder Ramipril verstärkte die Anaphylaxie geringfügig. Die Kombination der Medikamente steigerte die Anaphylaxie deutlich, was im Modell der passiv kutanen Anaphylaxie (PCA) bestätigt werden konnte. Gleichzeitig waren Mastzellmediatoren im Serum der Tiere erhöht. Die Inkubation muriner Mastzellen (MZ) mit den Medikamenten, steigerte die FcεRI-vermittelten Histaminfreisetzung in vitro. ASS-Vorbehandlung der Mäuse verstärkte die Ausprägung der PSA und der PCA, was mit einer Steigerung von MZ-Mediatoren im Serum assoziiert war. Die FcεRI-induzierte Histaminfreisetzung muriner MZ wurde hingegen nach ASS-Inkubation gehemmt, was auf einen indirekten Mechanismus hinweist. Die Reduktion der Prostaglandine (PG) durch ASS ist mit einer gesteigerten Leukotriensynthese verbunden. Der Leukotrienantagonist Montelukast konnte die, durch ASS verstärkte, PSA nicht mildern, was zeigt, dass dieser Effekt unabhängig von Leukotrienen ist. PGE2 kann die MZ-Degranulation über EP1-EP4-Rezeptoren modulieren. Tatsächlich schwächten EP3- und EP4-Rezeptoragonisten die durch ASS gesteigerte Anaphylaxie ab. PGE2 nimmt somit eine wichtige Rolle in der pro-anaphylaktischen Wirkung von ASS ein. Zusammenfassend wurde erstmals gezeigt, dass Metoprolol und Ramipril die Anaphylaxie über eine Steigerung der MZ-Reaktivität verstärken. ASS hingegen erhöht anaphylaktische Reaktionen über einen indirekt steigernden Effekt auf die MZ. PGE2 ist zumindest teilweise an der pro-anaphylaktischen Wirkung von ASS beteiligt. / Cofactors contribute to the severity of anaphylaxis, a potential life-threatening hypersensitivity reaction. ACE-inhibitors, ß-blockers and acetylsalicylic acid (asa) are frequently used drugs in cardiovascular therapy. Whether they affect systemic anaphylactic reactions has been addressed within this thesis. To this aim, the passive systemic anaphylaxis model (PSA) was employed here and specially designed to mimic a long term treatment in cardiovascular therapy. The data demonstrate that oral treatment of mice with ramipril or metoprolol alone slightly aggravated anaphylaxis. However, the combination clearly potentiated anaphylactic reactions, which was also confirmed in the passive cutaneous anaphylaxis model (PCA). In line with this, elevated amounts of mast cell (MC) mediators were detected in mice sera upon combined drug treatment. In vitro, FcεRI-mediated histamine release of murine MCs was likewise enhanced by the respective drugs. Pre-treatment of mice with asa aggravated the symptoms of PSA and PCA; simultaneously MC-mediators in sera were elevated. In contrast, FcεRI-mediated histamine release of MCs was reduced by asa in vitro, pointing to an indirect mechanism. Asa reduces prostaglandins (PGs) and increases leukotriene synthesis. The leukotriene antagonist montelukast failed to attenuate PSA, aggravated by asa, suggesting that the pro-anaphylactic effect of asa might be independent of leukotrienes. PGE2 can modulate MC degranulation via EP1-EP4 receptor. Indeed, EP3 and EP4 receptor agonists alleviated anaphylaxis enhanced by asa. Therefore PGE2 might play an important role in the pro-anaphylactic effect of asa. In conclusion, the data demonstrate for the first time that metoprolol and ramipril exacerbate anaphylactic symptoms by a direct increase in MC reactivity. In contrast, asa aggravates anaphylactic reactions by priming MCs through an indirect mechanism. PGE2 is at least partly involved in this process.

Das 20S Proteasom bildet den Protein degradierenden Teil des Ubiquitin-Proteasom-Systems (UPS) und ist damit an wichtigen zellulären Prozessen wie Genexpressionskontrolle, Zellzykluskontrolle, Apoptose, Peptidgenerierung zur MHC Klasse I Präsentation und Degradation fehlgefalteter Proteine beteiligt. Die einzelnen Schritte der Biogenese des 20S Proteasoms in Eukaryoten sind bisher nur in Ansätzen verstanden. In dieser Arbeit wird die Untereinheitenzusammensetzung von Biogeneseintermediaten und ihre subzelluläre Lokalisation und Organisation in humanen Zelllinien untersucht. Durch die Etablierung eines in vitro Systems konnten distinkte Assemblierungsintermediate humaner Proteasomen generiert werden und ein (-Ring als früheres Intermediat im in vitro System nachgewiesen werden. Aufschluss über den weiteren Vorgang der Assemblierung wurden durch in vivo Experimente mit radioaktiv markierten HeLa Zellextrakten gewonnen. So konnten vor allem neu synthetisierte und zuletzt eingebaute Untereinheiten identifiziert werden. Hierzu gehören die Untereinheiten ?1 und (7, die aufgrund ihrer in trans agierenden C-terminalen Verlängerungen einen Dimerisierungsprozess zweier Halbproteasom-Vorläuferkomplexe forcieren. Darüber hinaus kann die Untereinheit (1 aufgrund der gewonnen Erkenntnisse als die wahrscheinlich den (-Ring schließende Untereinheit im Vorläuferkomplex postuliert werden. Proteasomale Assemblierungsintermediate konnten außerdem durch immuncytochemische und biochemische Methoden am ER von humanen Zelllinien lokalisiert werden. Dabei scheint dem Assemblierungsfaktor POMP eine Schlüsselrolle zuzukommen, da dieser eine Assoziation der Vorläuferkomplexe mit dem ER erst ermöglicht. In dieser Arbeit sind weitere Schritte des komplexen Biogenese-Vorgangs konstitutiver 20S Proteasomen in humanen Zelllinien aufgeklärt worden und es konnte erstmals die subzelluläre Lokalisation für Assemblierungsintermediate in humanen Zellen beschrieben werden. / The 20S Proteasom represents the protein degrading part of the Ubiquitin- Proteasom- System and is therefore a participant in important cellular processes like gene expression, cell cycle control, apoptosis, peptide generation for MHC class I presentation and degradation of misfolded proteins. Only the beginnings of the individual steps of the 20S proteasome biogenesis in eucaryotes are so far understood. Tis work examines the subunit composition of assembly intermediates and their subcellular localisation and organisation in eucaryotic cells. Distinct assembly intermediates of human proteasomes have been generated by establishing an in vitro system. As an earlier intermediate in the in vitro system an (-ring could be identified. In vivo experiments using radioactive marked total lysates of HeLa cells shed light on the following sequence of assembly. Thus new synthesised and finally incorporated subunits could be indentified. Two of this subunits are (1 and (7 which could force the dimerisation process of two half-proteasome-precursor by their trans acting c-terminal extensions. Furthermore the (1 subunit has been identified as the (-ring completing subunit in the precursor complex. In addition it was possible to detect proteasomal assembly intermediates through immuncytochemical and biochemical methods on the ER of human cell lines. Thereby the assembly factor POMP plays a key role as it allows in the first place the precursor association with the ER. This work clarifies further steps of complex procedure of biogenesis of constitutive 20S proteasomes in human cell lines and allows the characterisation of the subcellular localisation of assembly intermediates in human cells for the first time.

Bei bhPIV3 handelt es sich um ein bovines Parainfluenzavirus Typ 3 (bPIV3), dessen Ober-flächenproteingene gegen jene des humanen Parainfluenzavirus Typ 3 (hPIV3) ausgetauscht wurden. Dieses ursprünglich als experimenteller Impfstoff gegen hPIV3 entwickelte Virus wurde darüber hinaus als Impfvektor zur Expression anderer viraler Antigene verwendet. Im Rahmen der hier vorgestellten Arbeit wurden die ersten bhPIV3-basierten Vektoren für nicht-virale Antigene hergestellt und in einem ersten Versuch evaluiert. Dazu wurden ein reverses Genetiksystem zur Herstellung rekombinanter bhPIV3 in einem neuen Labor aufgebaut und fünf neue rekombinante Viren erhalten, welche zusätzlich Antigene des Mycobacterium tuberculosis (M. tb.) exprimieren. Balb/c-Mäuse wurden intranasal mit den bhPIV3-Vektoren infiziert, so dass sowohl deren Replikation als auch der induzierte protektive Effekt gegenüber M. tb.-Neuinfektionen getestet werden konnte. In einem ersten Versuch zeigte sich, dass eine Immunisierung mit den rekombinanten Viren allein keine Schutzwirkung entfaltet. Als Boost-Impfung nach Gabe des Bacille Calmette Guérin (BCG) zeigten einige Vektoren jedoch einen signifikanten protektiven Effekt. In einem Folgeversuch konnten diese Beobachtungen jedoch bislang nicht bestätigt werden, so dass weitere Versuche durchzuführen sind, bevor eine endgültige Aussage bezüglich des hervorgerufenen Schutzeffektes getroffen werden kann. In einem weiteren Tierversuch wurde gezeigt, dass die Baumwollratte ein Tiermodell darstellt, in dem bhPIV3 erheblich schlechter repliziert als hPIV3. Trotz der eingeschränkten Replikation induzierte bhPIV3 neutralisierende Antikörpertiter gegen hPIV3, die mit durch hPIV3 induzierten Titern vergleichbar waren. Mit Hilfe eines neu generierten rekombinanten Virus, welches das grün fluoreszierende Protein EGFP exprimiert, konnte ein Weg aufgewiesen werden, die Bestimmung neutralisierender Antikörpertiter deutlich zu vereinfachen. / The initial objective of this project was to establish a reverse genetic system for generation of recombinant bovine/human parainfluenza virus type 3 (bhPIV3), a bovine PIV3 (bPIV3) in which the bhPIV3 glycoprotein genes are replaced by their counterparts of human PIV3 (hPIV3). In addition, methods needed to characterise virus infectivity, genetic integrity and relevant in vitro phenotypes were established. The reverse genetics system was used to add individual mycobacterium tuberculosis (M. tb.) open reading frames (ORFs) as supernumerary gene units to the bhPIV3 genome and to rescue bhPIV3 vectors that expressed M. tb. antigens. In addition, a similar vector expressing the enhanced green fluorescent protein (EGFP) was constructed. Following the in vitro characterization of the derived viral vectors, the M. tb. vectors were evaluated for their efficacy to protect against M. tb. aerosole challenge in the Balb/c mouse model for tuberculosis. Although, in a single experiment, vaccination with bhPIV3 vectors alone did not confer any protection against M. tb. challenge, a boost with selected bhPIV3 vectors after Bacille Calmette Guérin (BCG) priming was successful in conferring protective efficacy against M. tb. challenge. A repeat of this challenge study could not confirm the initial observation, and further experiments are needed to determine whether the observed protection can be reliably reproduced. Evaluation of the bhPIV3 vectors in the cotton rat model showed that this small animal model is suitable to evaluate the attenuation phenotype of bhPIV3 compared to human parainfluenza virus type 3 (hPIV3). Although replication of bhPIV3 was highly restricted compared to hPIV3, hPIV3 neutralizing antibody titers induced by bhPIV3 infection were similar to those induced by hPIV3 infection. Studies with bhPIV3 expressing EGFP led to a new fluorescence based assay to determine hPIV3 neutralizing antibody titers. This assay could save time and resources in hPIV3 serology.

Der pRB/E2F-Signalweg ist ein wichtiger Schlüsselpunkt für die Wachstumskontrolle in Säugerzellen und in vielen Tumoren sind Komponenten dieses Signalweges dereguliert. Durch die Nullmutation von E2F3 in Mausembryonalen Fibroblasten (MEFs) und Mäusen konnte gezeigt werden, dass E2F3 essentiell für das zelluläre Wachstum ist und in der Maus organspezifisch sowohl als Tumorsuppressor als auch Onkogen agieren kann. Jedoch sind dafür die zugrunde liegenden Mechanismen noch nicht genau geklärt. Möglicherweise tragen verschiedene Signalwege, die durch den Verlust von E2F3 dereguliert werden, zu den Defekten bei. In dieser Arbeit wurde TGFbeta1, ein wichtiger Wachstumsregulator, in den E2f3-/- MEFs untersucht und es konnte zum ersten Mal eine direkte Verbindung zwischen der E2F3-Expression und der TGFbeta1-Signalwirkung gezeigt werden. Durch den Verlust von E2F3 werden Tgfb1 und die TGFbeta1-regulierten Gene PAI-1, p21, Vimentin und Fibronectin in MEFs dereprimiert. Darüber hinaus werden MEFs und humane Lungenkarzinomzellen durch den Verlust von E2F3 gegenüber TGFbeta1 sensibilisiert und reagieren verstärkt auf TGFbeta1-induzierte Genexpression und Prozesse wie Wachstumsarrest und EMT. Somit wird E2F3 nicht nur durch TGFbeta1 reguliert, sondern kann auch auf TGFbeta1 und die TGFbeta1-Signalwirkung Einfluss nehmen, was für die Tumorprogression weit reichende Auswirkung haben kann. Um die tumorsuppressiven Eigenschaften von E2F3 besser zu verstehen, wurden im zweiten Teil dieser Arbeit murine medulläre Schilddrüsentumore mit unterschiedlichem metastatischen Potential miteinander verglichen und es konnten neue E2F-Zielgene identifiziert werden. Die Untersuchung von humanen Struma nodosa-Biopsien und metastatischen medullären Schilddrüsentumoren ergab, dass die in den Mäusen gefundenen Gene künftig auch als humane Metastasemarker Verwendung finden können. / The pRB/E2F-pathway plays a key role in growth control and it is deregulated in many tumors. Previously, by analysing E2f3 deficient mouse embryonic fibroblasts (MEFs) and mice it has been shown that E2F3, a key downstream target of pRB, is essential for cellular proliferation and can act either as an oncogene or tumorsuppressor in mice depending on the organ. However, the underlying mechanism is still unclear. We suggest that specific pathways which are deregulated due to the deletion of E2F3 contribute to these defects. TGFbeta1, which is one of the most potent growth regulators for mammalian cells was analysed in E2f3-/- MEFs. In this study, we could establish a direct link between E2F3 expression and TGFbeta1 signalling. Loss of E2F3 in MEFs leads to de-repression of Tgfb1 and TGFbeta1-regulated genes like PAI-1, p21, vimentin and fibronectin. Moreover, loss of E2F3 in MEFs or in human lung carcinoma cells results in an increased sensitivity to TGFbeta1-induced gene expression and processes like growth arrest and epithelial mesenchymal transition. These data suggest that not only TGFbeta1 can act on E2F3 but also E2F3 can affect TGFbeta1 and the outcome of TGFbeta1-induced signalling. In order to understand the tumor suppressive properties of E2F3, we compared gene expression profiles of murine medullary thyroid carcinomas (MTCs) of different metastatic potential and could identify novel E2F-target genes. Analysis of human struma nodosa biopsies and human metastatic medullary thyroid tumors showed that the genes identified in the mouse model can also be used as metastasis markers in human tumors.

Die Untersuchungsschwerpunkte der vorliegenden Promotion, die von 1996-1999 im Rahmen des BMBF-Projektes "Auenregeneration nach Deichrückverlegung" im Biosphärenreservat Flusslandschaft Elbe - Brandenburg durchgeführt wurde, waren: - Lage und räumliche Verteilung der Vegetationstypen des Auengrünlandes in einem geplanten Rückdeichungsgebiet bei Lenzen (Elbe-km 476-484) im jetzigen Deichvor- und Deichhinterland - Erforschung der kausalen Zusammenhänge zwischen der jetzigen Vegetationszonierung im überflutungsgeprägten Deichvorland und den abiotischen und biotischen Standortsfaktoren vor Ort - aus den zwei erstgenannten Untersuchungen ableitend die Erstellung einer verbindlichen Prognose zur Zonierung der Grünlandvegetation nach der Deichrückverlegung (Übertragung der standortsbezogenen Untersuchungsergebnisse auf das Rückdeichungsgebiet im Geografischen Informationssystem GIS) - Auswirkung verschiedener Weide- und/oder Mahd-Nutzungsformen auf die jetzige Grünlandvegetation und Prognose der landwirtschaftlichen und naturschutzfachlichen Nutzungsmöglichkeiten nach einer Rückdeichung - Landschaftpflegerische Möglichkeiten zur Wiederansiedlung gefährdeter Stromtal-Arten nach einer Deichrückverlegung Anhand multivariater Verfahren (Kanonische Korrespondenzanalyse CCA, Hauptkomponentenanalyse DCA) konnte festgestellt werden, daß die mittlere jährliche Überflutungsdauer sich dazu eignet, die rezente Vegetationszonierung im Auengrünland zu beschreiben und zukünftige Vegetationsverteilung im Rückdeichungsgebiet zu prognostizieren. Die Überprüfung der Prognosergebnisse an Hand des rezenten, bereits überflutungsgeprägten Vordeichgrünlandes ergibt hohe bis sehr hohe Übereinstimmungen zwischen vorhergesagter und Ist-Vegetation bei wechselfrischen bis wechselfeuchten Grünlandbeständen der Typen Leucanthemo-Rumicetum thyrsiflori und Elytrigia repens-Alopecurus pratensis-Gesellschaft. Bei den wechselfeuchten bis wechselfrischen Flutrasen (Alopecuretum geniculati) und Rohrglanzgras-Röhrichten (Phalaridetum arundinaceae) weichen die Prognoseergebnisse in Flächenausdehnung und Kongruenz weiter von der rezenzten Vegetationsverteilung ab. Ursächlich sind hierfür vor allem das Mikrorelief des Deichvorlandes und seine Auswirkungen auf den Wasserzu- und abfluss während und nach Hochwässern verantwortlich. In der Diskussion werden die standortbezogenen Untersuchungesergebnisse mit ökologischen Modellen zur Sukzession und Überflutungstoleranz in Beziehung gesetzt. Das verwendete Prognosemodell wird anhand aktueller Literatur bewertet. Vor dem Hintergrund der weitreichenden hydrologischen Eingriffe in die Flussaue wird deutlich, dass nur solche Grünlandarten und -gesellschaften wieder angesiedelt werden können, die dynamische Grundwasserverhältnisse tolerieren. Eine Wiederbesiedlung kann mit Hilfe verschiedener Techniken aus nahegelegenen Restpopulationen im rezenten Deichvorland gelingen. / The investigations described in this study have been carried out between 1996 and 1999 as a part of the research project "Auenregeneration durch Deichrückverlegung" promoted by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) in the "Mankind and the Biosphere" (MAB) reserve "Flusslandschaft Elbe - Brandenburg". The main objectives of the study were - to map the spatial distribution of different types of riparian grassland within a prospective re-inundation area near the town of Lenzen on the river Elbe (river kilometer 476-484) comprising the current grassland in front of the river dike and in its hinterland, - to quantify the influence of non-biotic and biotic site factors on temporarily inundated areas by thorough investigation of the present/current vegetation zonation of the dike's foreland, - to integrate the results of vegetation mapping and environmental research using a Geographical Information System (GIS) in order to predict the future vegetation zonation after the re-flooding of the proposed area, - to predict the impact of different types of land use on characteristic riparian grassland communities (extensive types of land use with hay harvest(ing) and grazing vs. hay harvest(ing) twice a year) with respect to nature preservation aspects and economic aspects of agricultural land use, and - to propose measures suitable to recover characteristic and endangered plant species and communities of riparian grassland after the setting back of the dike. By means of multivariate statistics (Canonical Correspondence Analysis CCA, Detrended Correspondence Analysis DCA) the mean annual duration of the inundation period was identified as a parameter suitable to describe the current grassland zonation and to predict the future zonation of the prospective re-inundation area. The results of the prediction were evaluated by comparing the predicted areas with the mapped areas of the present grassland types: The spatial distribution of the rarely flooded Leucanthemo-Rumicetum thyrsiflori and Elytrigia repens-Alopecurus pratensis grassland communities were highly congruent and matched well while the predicted and the mapped areas differed widely in more frequently flooded grassland types such as Alopecuretum geniculati and Phalaridetum arundinaceae These differences, however, were due to the microtopography of the dike's foreland (e. g. enbankments) governing the access and reflux of flooding water during inundation periods (site factor "isolation"). Furthermore the results of the evironmental studies were compared with current models of vegetation dynamics and inundation tolerance. The thus developed prediction model was evaluated. Taking the profound alterations in the hydrological characteristics of the flood plain into account it became evident that only those grassland species and communities that are able to tolerate highly dynamic ground water movements can be rehabilitated. Their restitution can be achieved by different techniques making use of left-over plant populations that can be found in the nearby grasslands of the dike's foreland.

Naturstoffe sind eine der wichtigsten Quellen für die Entwicklung neuer Pharmazeutika. Eine Vielzahl von bioaktiven Substanzen mit potentieller Anti-Krebs, Anti-HIV oder antimikrobieller Wirkung wurde aus der Gruppe der Cyanobakterien isoliert. Die meisten dieser Metabolite sind Peptide oder besitzen peptid-ähnliche Strukturen und werden nicht-ribosomal von großen, modular aufgebauten Enzymkomplexen gebildet. Vor kurzem konnte anhand der Patellamide gezeigt werden, dass zyklische Peptide auch ribosomal hergestellt werden können. Microcystis aeruginosa NIES298 produziert eine Reihe von Sekundärmetaboliten, unter anderem die nicht-ribosomalen Peptide Microcystin und Aeruginosin. Zwei weiteren von diesem Stamm produzierten Peptiden, Microcyclamid und Microviridin B, konnten bislang noch keine Gene zugeordnet werden. In dieser Studie wurden ribosomale Biosynthesewege für beide Peptidfamilien identifiziert. Die zur Biosynthese des cytotoxischen Hexapeptids Microcyclamid notwendigen Enzyme zeigen eine hohe Ähnlichkeit zu den Patellamid-Enzymen und weisen auf ähnliche Biosynthesemechanismen hin. Ein völlig neuer Syntheseweg, in dem bis dahin unbekannte ATP-grasp-Ligasen eine Rolle spielen, konnte für den trizyklischen Proteaseinhibitor Microviridin gefunden werden. Die erfolgreiche heterologe Expression dieses Peptids in E. coli bietet die Möglichkeit Bibliotheken von Microviridin-Varianten mit neuen oder verbesserten Bioaktivitäten zu konstruieren. Die systematische Suche nach ähnlichen Biosynthesegenen in Microcystis Laborstämmen und Gewässerproben zeigte eine weite Verbreitung und eine große Diversität der untersuchten Peptidklassen in Cyanobakterien, und stellt die Frage nach der natürlichen Funktion dieser Metabolite. Um erste Hinweise zu erhalten, wurden Trankriptions- und Expressionsstudien der Biosynthesegene durchgeführt. Schließlich konnten, mit Hilfe des so genannten „genome-mining“, neue Varianten der untersuchten Peptidklassen gefunden und aufgeklärt werden. / Microbial natural products represent a major source for the development of new therapeutic agents. A diverse array of compounds is produced by cyanobacteria, a heterogenous group of aerobic photoautotrophs. A variety of bioactive metabolites with potential anti-cancer, anti-microbial and anti-HIV activities have been isolated. Most of the compounds are peptides or possess peptidic structures and are usually made by large nonribosomal assembly lines. However, a ribosomal origin has recently been demonstrated for the biosynthesis of patellamides, cytotoxic cyclic peptides produced by cyanobacterial symbionts of ascidians. Microcystis aeruginosa NIES298 produces various peptides including microcystin, aeruginosin, microviridin and microcyclamide. For the latter two classes of peptides ribosomal biosynthesis pathways could be identified in the course of this study. The cytotoxic hexapeptide microcyclamide is formed through the activity of a set of enzymes closely related to those involved in patellamide biosynthesis. The multicyclic microviridin family of protease inhibitors are synthesised from a precursor peptide by a unique pathway involving uncharted ATP-grasp type ligases as well as an N-acetyltransferase and a specialised transporter peptidase. The successful expression of microviridin B in E. coli provides a promising base for engineering novel variants. Screening of Microcystis laboratory strains and field samples revealed a wide-spread occurrence and a great natural variety for both peptide classes, raising the question of the ecological role of such small cyclic peptides. Attempting to obtain some first hints to answer that question, transcription and expression studies of biosynthetic genes were performed. Finally, this work showed that such scanning approaches could lead to the discovery of novel peptide variants and demonstrated new examples of succesful genome mining.

Endozytose erfordert hohe Membrankrümmung und führt zu Flächenänderungen der Membranhälften. Dies kann durch eine Oberflächendifferenz zwischen den Schichten initiiert werden, die durch geänderte Lipidzusammensetzungen hervorgerufen werden kann. Daher wurde die Hypothese aufgestellt, dass Lipid-Transporter zu Beginn der Endozytose für veränderte Flächenverhältnisse verantwortlich sind. Um den Einfluss veränderter Flächen auf Endozytose zu untersuchen, wurden die Oberflächenverhältnisse der Membran durch Zugabe von Phospholipiden verändert und anschließend Endozytose gemessen. Abhängig von der Sorte wurden die Lipide nur in die äußere Schicht eingebaut oder auch auf die innere Seite transportiert, wodurch die entsprechende Seite vergrößert wurde. Die Zugabe verschiedener Aminophospholipide, die auf die innere Membranseite transportiert werden, führte zu gesteigerter „bulk flow“ Endocytose in K562-Zellen. Darüber hinaus deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Clathrin-vermittelte Endozytose von Hep2-Zellen ebenfalls stimuliert wurde. Umgekehrt hatte die Zugabe von Lipiden, die auf der äußeren Hälfte bleiben, reduzierte „bulk flow“- oder Clathrin-vermittelte Endozytose in verschiedenen Zelllinien zur Folge. Bemerkenswert ist, dass auch Clathrin-vermittelte Endozytose durch die Lipidzugabe beeinflusst wurde, obwohl gerade in diesem Weg viele Proteine involviert sind, die Krümmung induzieren können. Dies passt zu einem neuen Modell wie Lipidtransporter in Endozytose involviert sind. Durch den Transport von Lipiden und die zusätzliche Interaktion mit Endozytoseproteinen, könnten diese Transporter zwei Mechanismen zur Erzeugung von Krümmung miteinander verbinden: Membrankrümmung induziert durch eine Flächenasymmetrie zwischen den Membranhälften und durch Wechselwirkung mit Proteinen. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten darauf hin, dass die für Endozytose notwendige Krümmung durch die durch Lipidtransport induzierte Flächenasymmetrie der Membranschichten unterstützt wird. / Endocytic engulfment requires high local membrane curvature and causes significant area changes of the membrane leaflets. This can be initiated by differences between the surface areas of the two monolayers related to leaflet specific modulation of lipid composition. Thus, it was proposed that lipid translocators, pumping phospholipids from the outer to the inner leaflet, account for monolayer area asymmetry as an early step in endocytosis. To elucidate the influence of this asymmetry on endocytosis, surface area relation was altered by adding exogenous phospholipids to living cells and changes in endocytic activity were quantified. Depending on the lipid species, exogenous lipids were only incorporated into the outer layer or subsequently translocated across the plasma membrane thereby increasing either the outer or inner surface area. Addition of different analogues of aminophospholipids, which are translocated to the inner leaflet, led to an enhancement of bulk flow endocytosis in K562 cells. Moreover, our data indicate that clathrin-mediated endocytosis of Hep2 cells was stimulated as well. Inversely, addition of phospholipids, which remain on the outer layer, reduced bulk flow or clathrin-mediated endocytosis in various cell lines. Notably, also clathrin-mediated endocytosis was influenced by the addition of lipids, although many proteins noted for their ability to induce membrane curvature are known to be implicated in this pathway. This corroborates a recent model how aminophospholipid translocases are implicated in endocytosis. Upon translocating lipids and additionally interacting with endocytic accessory proteins, lipid translocators could integrate two processes to generate curvature: membrane bending based on monolayer area asymmetry and protein-related mechanisms. Collectively, findings in the present study suggest that curvature generation in endocytosis is supported by the induction of monolayer area asymmetry mediated by the translocation of lipids.