Shigella flexneri verursacht im Verlauf der Infektion eine massive Enzündungsreaktion sowie Schädigung des humanen Darmepithels. Neutrophile sind die ersten Zellen des angeborenen Immunsystems, welche den Infektionsherd infiltrieren. Diese Zellen greifen Mikroorganismen mittels Phagozytose, Neutrophiler extrazellulärer Fallen (Neutrophil Extracellular Traps, NETs) oder Degranulierung an. In dieser Arbeit haben wir untersucht, wie die Degranulierung von Neutrophilen die Virulenz von Shigellen beeinflußt und konnten zeigen, dass die Exposition von Shigellen mit Proteinen aus den Granula von Neutrophilen die Invasion in Epithelzellen stark erhöht. Während dieser Exposition binden kationische Proteine der Granula an die Oberfläche von Shigella und bewirken eine verstärkte Adhesion, welche dann schließlich zu “Hyperinvasion” führt. Dieser Effekt wird durch Änderungen der Oberflächenladung bewirkt, da eine Lipopolysaccharid (LPS) Mutante mit negativer Oberflächenladung eine zusätzliche erhöhte Hyperinvasion im Vergleich zu Wildtyp Shigellen zeigt. Zusätzlich zur Hyperinvasion bewirkt die Infektion von Epithelzellen mit Shigellen, die mit Granula Proteinen in Kontakt gekommenen sind, eine Verminderung der IL-8 Sekretion. Dieses Zytokin bewirkt eine starke Rekrutierung von Neutrophilen. Daher stellen wir die Hypothese auf, dass Shigella in der Lage ist, antimikrobielle Proteine des Wirtes zur Erhöhung seiner Virulenz durch Hyperinvasion zu verwenden sowie eine weitere Rekrutierung von Neutrophilen durch Inhibition der IL-8 Sekretion zu verhindern. Somit unterwandert Shigella das angeborenen Immunsystem und nutzt dessen Angriff zu seinem Vorteil. / Shigella flexneri is an enteric pathogen that causes massive inflammation and destruction of the human intestinal epithelium. Neutrophils are the first cells of the innate immune system recruited to the site of infection. These cells can attack microbes by phagocytosis, Neutrophil Extracellular Trap (NET) formation and degranulation. Here, we investigated how neutrophil degranulation affects virulence and show that exposure of Shigella to granular proteins enhances infection of epithelial cells. During this process, cationic granular proteins bind to the Shigella surface causing increased adhesion which ultimately leads to hyperinvasion. This effect is mediated by changes in the surface charge, since a lipopolysaccharide (LPS) mutant with a negative surface shows enhanced hyperinvasion compared to wild-type Shigella. In addition, infection with Shigella exposed to granular proteins leads to the inhibition of secretion of the neutrophil attracting cytokine IL-8. We propose that Shigella uses host defense molecules to enhance its virulence by increased infection of its host cells and reduced recruitment of neutrophils after hyperinvasion through inhibition of IL-8 secretion. With this Shigella subverts the innate immune system and uses its attack for its own benefit.

Diese Arbeit beschreibt die immunologischen Eigenschaften von Acanthochilonema viteae Tropomyosin, einem Muskel-assoziierten Protein. A. viteae ist ein zu den Filarien gehörender Parasit von Gerbilen, ähnlich dem humanpathogenen Filarie Onchocercha volvulus. Diese Arbeit hatte die funktionelle Charakterisierung von A. viteae Tropomyosin im Kontext der natürlichen Infektion und experimentellen Vakzinierung zum Ziel. Das allergene Potential des Tropomyosins und die Produktion von spezifischen IgE-Antikörpern wurden untersucht. Außerdem wurden Tropomyosin-spezifische monoklonale Antikörpern (mAk) entwicklet. Es konnte gezeigt werden, dass Tropomyosin als vielversprechender Kandidat zur Vakzinentwicklung gegen Filariosen angesehen werden kann, wobei berücksichtigt werden muss, dass deutliche Effekte nur unter Th1-Bedingungen auftreten. Die Vakzinierung mit Protein oder DNA reduzierte Adultwurmzahlen um 30 bzw. 45%. Während einer Infektion fungiert Tropomyosin als funktionelles Allergen und führt zur Produktion von hohen Mengen spezifischen IgEs. Ein Screening synthetischer Peptid-Bibliotheken zeigte gemeinsame 13 IgG- und 11 IgE-Epitope. Weiters konnte Kreuzreaktivität mit anderen Tropomyosinen und diesen gemeinsamen IgE-Epitopen nachgewiesen werden. Mit Hilfe von mAk konnte gezeigt werden, dass Tropomyosin auf der Oberfläche der Kutikula der Larvenstadien L3 und microfilariae des Parasiten vorkommt. Durch die Deglykosylierung des nativen Proteins wurde deutlich, dass einige Epitope von posttranslationellen Modifikationen gebildet werden. Weitere Immunisierungen mit Tropomyosin führten zu einem ähnlichen Profil der Zellaktivierung und Antikörperproduktion wie der Adjuvant Aluminiumhydroxid. Jedoch führte die Behandlung zur IL-10 Produktion und zur Zunahme von Gr1+/ CD11b+ Zellpopulationen, welche natürliche Surpressors darstellen. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass A. viteae Tropomyosin immunmodulierende Eigenschaften aufweist und als Komponente eines zu entwickelnden Vakzins in Frage kommt. / This study describes the immunological properties of Acanthocheilonema viteae muscle-associated protein tropomyosin. A. viteae is a filarial parasite of jirds that resembles the important human parasite Onchocerca volvulus. Focus of experiments is on unraveling the functional properties of tropomyosin in the context of an infection and experimental vaccination. Additionally, allergenic potential of tropomyosin was investigated and the ability to induce high levels of specific IgE. A part of the study was also aimed at the development of anti-tropomyosin monoclonal antibodies (mAb). This study revealed that tropomyosin is a promising antigen for vaccines against filarial nematodes, however, effective only in a Th1 biased environment. Vaccination with protein or DNA resulted in 30% - 45% protection that was not associated with specific IgG or IgE. During infection tropomyosin is an allergen and leads to the production of high levels of specific IgE. Screening of synthetic peptide libraries showed 13 IgG and 11 IgE co-located epitopes and revealed cross-reactivity with other tropomyosins and sharing of IgE epitopes. mAb were raised against A. viteae tropomyosin and showed that tropomyosin is abundant on the cuticle of L3 and microfilariae of the parasite. Deglycosylation of the native protein showed that some epitopes were formed by the posttranslational modifications. Additionally, immunization shows that tropomyosin induces a similar pattern of cell activation and antibody production as aluminium hydroxide adjuvant, but leads to the induction of IL-10 and the increase of population of GR1+/CD11b+ cells. These cells are regarded as natural suppressors. Taken together, results show that A. viteae tropomyosin has immunomodulating properties and can be considered as a component of an efficient vaccine.

Ziel der vorliegenden Dissertation war es, zum Verständnis der genetischen Grundlagen des akustischen Kommunikationssystems der Grille Gryllus bimaculatus beizutragen (s. auch 1.2). Dazu wurde die Expression eines Orthologs des no-on-transientA-Gens (nonA) mit Hilfe der RNA-Interferenz-Methode spezifisch herunterreguliert. Bei nonA handelt es sich um ein vielversprechendes Kandidatengen, da Punktmutationen in der codierenden Region des Gens die Eigenschaften des männlichen Balzgesangs bei Drosophila melanogaster beeinflussen. Zudem belegen Gentransfer-Experimente bei Drosophila, dass dieses Gen artspezifische Informationen des Balzgesangs enthält. Die Analyse der Gesangsdaten ergab, dass sich die Periodenlänge durch das Herunterregulieren von NONA nicht verändert. Außerdem konnte gezeigt werden, dass nonA-dsRNA-injizierte Tiere seltener 3-silbige Chirps produzieren, dafür aber mehr 4- und 5-silbige Chirps. Die Auswertung der tageszeitlichen Gesangsaktivität zeigte, dass alle Tiere signifikant am häufigsten im ersten Nachtquartal (nach Erlöschen der Beleuchtung) zirpten. Ein Effekt durch das Herunterregulieren von NONA konnte statistisch nicht belegt werden. Allerdings schien es einen Trend bei nonA-dsRNA-injizierten Tieren zu geben, gleichmäßiger über den Tag verteilt Gesangsaktivität zu zeigen. Transgene Drosophila melanogaster, deren arteigenes nonA durch das der Grille ersetzt bzw. ergänzt worden war, zeigten durchweg eine verbesserte Überlebensfähigkeit (Steigerungen zwischen 27 und 340%). Auch das positiv phototaktische Verhalten wurde durch das Grillen-NONA bei allen transformanten Fliegen verstärkt; allerdings fiel dieser Effekt eher marginal aus. Dennoch kann durchaus von einer zumindest teilweisen funktionellen Konservierung des nonA-Gens zwischen Gryllus bimaculatus und Drosophila melanogaster ausgegangen werden. / The present thesis aims to widen our understanding of the genetic background of the acoustic communication system of the cricket Gryllus bimaculatus (see also 1.2). Therefore the expression of an ortholog of the no-on-transientA (nonA) gene was specifically inhibited via RNA-interference. The nonA gene is one of the most interesting candidate genes in this context, as point mutations in the coding region of the gene affect the characteristics of the male’s calling song. Furthermore, gene transfer experiments in Drosophila showed that this gene obviously carries species-specific song information. The analysis of the calling song of nonA-RNAi-treated crickets, revealed that the duration of the syllable period was not influenced by the “knock-down” of the gene, but that the inhibition had a certain impact on the maximum number of syllables per chirp, as nonA-dsRNA-injected crickets produced significantly less 3-syllable chirps and significantly more 4- and 5-syllable chirps. Differences in the daytime calling activity between nonA-dsRNA-injected crickets and control groups could not be verified. The calling activity of all groups reached its peak in the first quarter of the night and significantly differed from the low calling activity during the remaining quarters of the day. Although the activity of all animals reached its peak during the first quarter of the night, there seems to be a trend that this rhythmical behaviour was less pronounced in nonA-dsRNA-injected crickets. Drosophila melanogaster mutants, which had been transformed with the nonA ortholog of Gryllus bimaculatus, increased their survival by 27% to 340%. In addition, the positive phototactic behaviour was slightly increased in all tested animals - this effect, however, remained marginal. Nevertheless, the nonA gene seems to be at least partly functionally conserved between Gryllus bimaculatus and Drosophila melanogaster.

Wüstenameisen (Cataglyphis fortis) orientieren sich mittels Wegintegration sowie, in visuell abwechslungsreichem Gelände, anhand von Landmarken. In der vorliegenden Arbeit wurden in Verhaltensexperimenten die Orientierungsmechanismen von C. fortis im Kontext dreidimensionaler Routen untersucht. 1. Wüstenameisen sind in der Lage, Steigungen und Gefälle eines dreidimensionalen Laufs mit den korrespondierenden Grunddistanzen in ihren Heimvektor zu integrieren. Hierdurch bleibt eine zweidimensionale Wegintegration selbst in hügeligem Gelände akkurat. 2. Entlang bekannter Routen werden Eigenschaften eines Aufstiegs wie Winkel und Länge gespeichert. Wenn Auf- und Abstiege nur auf dem Hinweg zu einer Futterquelle auftreten, werden sie trotzdem auch auf dem Rückweg akzeptiert. 3. Erfolgreiche Aufstiege führen zu einer neu erlernten, generellen Akzeptanz von Rampen, selbst wenn ihr Auftreten inkongruent mit dem aktuell erlernten Lauf ist. 4. Haben Wüstenameisen im Test die Wahl zwischen einem Auf- bzw. Abstieg und einem horizontalen Kanal, entscheiden sie sich häufiger für die Rampen und legen auf ihnen größere Distanzen zurück, wenn auch das vorherige Training geneigte Streckenabschnitte besaß. Dies gilt auch, wenn die Kombination eines Auf- und Abstiegs im Training einen horizontalen Vektor zur Folge hatte. Die Reihenfolge von Auf- und Abstiegen wird jedoch nicht gespeichert, ebenso wenig die Distanz einer Rampe von Nest und Futterstelle. 5. Erzwungene vertikale Ablenkungen im Lauf einer Ameise werden nicht kompensiert. Der Heimvektor besitzt demnach keine vertikale Komponente, sondern funktioniert auf Basis der Korrektur geneigter Wegstrecken zu ihren entsprechenden Grunddistanzen. Cataglyphis fortis verfügt demnach nicht über eine tatsächlich dreidimensionale Repräsentation ihrer Routen. Stattdessen ermöglicht ihr wahrscheinlich das Zusammenspiel einer Reihe einfacherer Navigationsmechanismen eine genaue Orientierung auch in hügeligem Terrain. / Desert ants (Cataglyphis fortis) orientate by means of path integration, and the use of landmarks, if available. In this thesis, behavioural experiments were conducted to elucidate C. fortis’ orientation mechanisms in the context of three-dimensional routes. 1 Along a three-dimensional route, desert ants are able to incorporate the ground distances of slopes into their home vector. Thus, two-dimensional path integration remains accurate also in hilly terrain. 2 Along familiar routes, ants store and recall a slope’s properties such as inclination and length. Even if ascents and descents only occur on the outbound trip, they are also accepted on the homebound run nevertheless. 3 Successful ascents result in a newly learnt, general acceptance of ramps, even if their occurrence is incongruent with a currently learnt route. 4 Given that desert ants can choose between a horizontal continuation of a channel and a ramp, they decide more often to walk on ramps if earlier training included sloped path segments, and continue to walk on them for greater distances. This is also the case if a combination of an ascent and descent results in a horizontal home vector during training. Neither their sequence nor the distance of a ramp from nest and feeder is stored and subsequently recalled. 5 Forced vertical detours in an ant’s run are not compensated for. The home vector consequently possesses no vertical component, and instead is functional due to the correction of sloped path segments to their respective ground distances. In summary, three-dimensional orientation in C. fortis is carried out by the combination of several mechanisms, namely (1) a global vector that corresponds to a plane projection of a route in the horizontal plane; (2) behavioural rules that are generally learnt; and (3) the storing and recollection of specific information along familiar routes.

Der Transkriptionsfaktor CCAAT/Enhancer-Binding Protein alpha (C/EBPa) koordiniert Proliferationshemmung und Differenzierung von myeloiden VorlŠuferzellen und Adipozyten. C/EBPa ist ein transkriptioneller Aktivator von abstammungspezifischen Genen und blockiert den Zellzyklus durch Repression von proliferationsfšrdernden E2F Zielgenen. Die hier gezeigten Daten zeigen, dass auch umgekehrt E2F die transkriptionelle und differenzierungsfšrdernde AktivitŠt von C/EBPa entgegenwirkt. Somit besitzen E2F-C/EBPa eine zentrale Schalterfunktion zwischen Proliferation und Differenzierung. Der Repressionsmechanismus durch E2F ist in mehreren Aspekten neuartig: Zum erstenmal wurde gezeigt, dass E2F einen anderen Transkriptionsfaktor reprimieren kann. E2F reprimiert die transkriptionelle AktivitŠt von C/EBPa ohne Bindung an cis-regulatorischen Elemente, sondern durch direkte Protein-Protein Interaktionen, die die Bindung von C/EBPa an DNA verhindern. Diese Form der transkriptionellen Repression geschieht unabhŠngig von "Pocket-Proteinen''". Patienten mit Akuter Myeloiden LeukŠmie (AML) weisen hŠufig eine gestšrte DNA Bindung von C/EBPa auf, welche ursachlich fŸr granulozitŠren Funktionsstšrungen sein kšnnte. Daher wŠre es wichtig zu analysieren ob E2F die DNA Bindung von C/EBPa in AML Patienten beeintrŠchtigt und ob auf E2F gerichtete Therapien granulozitŠre Reifung wiederherstellen. C/EBPa blockiert Zellproliferation durch vielseitigen Mechanismen. Hier wurde gezeigt, dass C/EBPa mit UBF1, dem Co-Aktivator der RNA Polymerase I, an chromosomalen Foci positioniert wird. Eine €hnlichkeit zu anderen fokalen Strukturen suggeriert, dass C/EBPa die Transkription von Polymerase I regulierten rRNA Gene reprimieren und somit ribosomale Biogenese beeintrŠchtigen kšnnte. Die Assoziation zwischen C/EBPa und UBF1 wird durch die Histon-Methyltransferase SUV39H1 stimuliert. Demnach kšnnte die antiproliferative Funktion von C/EBPa nicht nur auf der Regulierung von RNA Pol II-abhŠngiger Transkription, sondern auch auf der Repression von RNA Pol I regulierter rRNA Synthese basieren. / The transcription factor CCAAT/Enhancer-Binding Protein alpha (C/EBPa) coordinates proliferation arrest and differentiation of myeloid progenitors and adipocytes. C/EBPa acts as a transcriptional activator of lineage specific genes and blocks the cell cycle by repressing transcription of E2F-regulated genes. Data presented here suggest that also inversely E2F interferes with the transcriptional activity of C/EBPa, counteracting C/EBPa-mediated differentiation processes. Thus, E2F-C/EBPa are part of a switch mechanism between proliferation and differentiation. The mechanism by which E2F suppresses C/EBPa-mediated transactivation is novel in several aspects. E2F acts as a co-repressor of another transcription factor, C/EBPa, without binding to cis-regulatory elements, but by direct protein-protein interactions that abolish the binding of C/EBPa to DNA. This mechanism of transcriptional repression occurs independent of pocket proteins. Disturbed DNA binding of C/EBPa is often observed in AML patients suggesting a causative role in granulocytic disorders. Thus, it would be of main interest to analyze whether E2F mediates disruption of C/EBPa''s DNA-binding in AML patients and whether therapies directed against E2F could restore granulocytic maturation. Despite the extensive knowledge of mechanisms involved in the inhibitory function of C/EBPa, it has not been addressed whether C/EBPa may impinge on cell proliferation by affecting the ribosomal biogenesis of a cell. This work demonstrates an association of C/EBPa to the RNA Pol I transcription factor UBF1, both proteins retained in large chromosomal foci. Similarities to other focal structures associated to UBF1, suggest that C/EBPa may repress transcription of Pol I-transcribed rRNA genes, and thus affect ribosomal biogenesis. The enrichment of C/EBPa at sites of UBF1 is induced by the histone methyltransferase SUV39H1. Thus, C/EBPa may not only control lineage commitment and cell proliferation by regulating genes transcribed by RNA Pol II, but also may act as a repressor of RNA Pol I mediated rRNA synthesis.

Alternatives Spleißen ist von großer Bedeutung für die Steuerung der Genexpression und Proteindiversität. Die Cdc2-like Kinasen (Clk) und DNA Topoisomerase I (DNA topo I) steuern alternatives Spleißen über die Phosphorylierung von Serine/Arginin-reichen (SR) Proteinen. Tissue Factor (TF) und die endotheliale Stickstoffmonoxidsynthase (eNOS) beeinflussen maßgeblich die Endothelfunktion. Alternatives Spleißen führt zur Bildung von Isoformen von TF („full length“ (fl)TF, alternativ gespleißter humaner (asH)TF) und eNOS (eNOS, eNOS 13A, B und C). Wie das alternative Spleißen von TF und eNOS gesteuert wird und welchen Einfluss dies auf die Endothelfunktion hat ist unbekannt und wurde in dieser Arbeit untersucht. Die TNF-a-Stimulation der HUVEC erhöhte die Expression beider TF-Isoformen. Die Clk-Inhibition reduzierte die mRNA-Expression von flTF und asHTF. Die DNA topo I-Inhibition erhöhte die asHTF-Expression und verringerte flTF. Die Inhibition der DNA topo I reduzierte ebenfalls die Expression des flTF-Proteins aber nicht von asHTF, verbunden mit einer reduzierten TF-Aktivität. Die Clk-Inhibition reduzierte das flTF-Protein und die TF-Aktivität nur leicht aber asHTF vollständig. Die Inhibition der Kinasen beeinflusste das SR Protein-Phosphorylierungsmuster. Die Inhibition von SF2/ASF und SRp75 mittels siRNAs veränderte die Expression und die Aktivität von TF in HUVEC. Die TNF-a-Stimulation von HUVEC induzierte ferner die mRNA-Expression von eNOS 13A, B und C, nicht aber von eNOS. Dies führte zu einer Reduktion der eNOS-Aktivität. Die Inhibition der DNA topo I, nicht aber der Clks hob diese Effekte auf. Diese Daten zeigen, dass die DNA topo I sowie die Clks an der Regulation der endothelialen TF-Expression und Aktivität beteiligt sind, während die eNOS-Isoformexpression und Aktivität nur durch die DNA topo I beeinflusst wurde.Diese Ergebnisse eröffnen neue Einblicke in die Regulation des alternativen Spleißens von TF und eNOS sowie dessen Einfluss auf die Endothelfunktion. / Alternative splicing is an important mechanism to control gene expression and protein diversity. The Cdc2-like kinases (Clk) and DNA topoisomerase I (DNA topo I) control alternative splicing by regulating the phosphorylation state of serine/arginine-rich (SR) proteins. Tissue Factor (TF) and the endothelial nitric oxide synthase (eNOS) are crucial for the endothelial function. Alternative splicing lead to the formation of different isoforms of TF („full length“ (fl)TF, alternatively spliced human (asH)TF) and eNOS (eNOS, eNOS 13A, B and C). How alternative splicing of TF and eNOS is regulated as well as the impact on endothelial function is still unknown and was investigated in this study. The stimulation of HUVEC with TNF-a induced the expression of both TF isoforms. The inhibition of Clks reduced the mRNA expression of flTF and asHTF. DNA topo I inhibition increased asHTF and reduced flTF mRNA expression. Inhibition of DNA topo I also reduced flTF but not asHTF on protein level in stimulated cells leading to a reduced TF activity. Clk-inhibition slightly reduced flTF protein and TF activity, whereas asHTF was completely blocked. The inhibition of both kinases altered the phosphorylation pattern of SR proteins. The siRNA-mediated inhibition of SF2/ASF and SRp75 modified the TF isoform expression and TF activity in TNF-a-induced HUVEC. Moreover, stimulation of HUVEC with TNF-a induced the mRNA expression of eNOS 13A, B and C, but not of eNOS. This led to a reduction of eNOS activity. The inhibition of DNA topo I but not of Clks abolished these TNF-a-mediated effects in HUVEC. These data indicate DNA topo I and the Clks to be involved in the regulation of endothelial TF expression and activity, whereas, eNOS isoform expression and activity was influenced by DNA topo I, but not Clks in TNF-a-stimulated HUVEC. In conclusion, this study reveals new insights into the regulation of alternative splicing of TF and eNOS and the impact of these processes on endothelial function.

Toxoplasma gondii weist eine weltweite Verbreitung auf und kann fast alle Wirbeltiere, vor allem Vögel und Menschen infizieren. Felide sind Endwirte von T. gondii, welche das infektiöse und umweltresistente Oozysten-Stadium ausscheiden können. T. gondii kann auch ohne sexuelle Vermehrung unterschiedlichste Zwischenwirte und Zwischenwirtspezies infizieren. Obwohl eine sexuelle Phase ein Teil des Lebenszyklus ist, werden rekombinierte Genotypen nur selten beobachtet. Dies ist ein Grund dafür, warum T. gondii eine klonale Populationsstruktur erkennen lässt. Während in Nordamerika und Europa drei klonale Genotypen (Typ I, II und III) dominieren, werden in Südamerika und Asien, neben den drei bekannten auch atypische und andere Genotypen beobachtet. Auch innerhalb der atypischen Genotypen lässt sich eine klonale Populationsstruktur erkennen. Die Linien I, II und III weisen Unterschiede in ihrer Virulenz für Mäuse auf. Typ-I-Stämme sind hochvirulent. Die Infektion mit nur einem Organismus führt bereits zum Tod. Klonale Typ-II- und Typ-III-Stämme sind avirulent für Mäuse. Nur Infektionen mit mehr als 103 Organismen führen zum Tod. In dieser Studie zeige ich, dass die Mehrzahl isolierter T. gondii-Oozysten dem Typ II zuzuordnen ist. Es wurde keine Typ-I-, dafür aber eine Typ-III-Infektion und vereinzelte Hinweise auf Mischinfektionen und nicht-kanonische T. gondii Genotypen beobachtet. Erstmalig kann gezeigt werden, dass aus einer Rekombination zwischen den Typen II und III genetisch unterschiedliche T. gondii in einer natürlich infizierten Katze entstanden sind. Die identifizierten nicht-kanonischen T. gondii Klone weisen unterschiedliche, meist hohe Virulenz im Mausmodell auf. Eine geringe Anzahl von T. gondii-DNA Proben von humanen Toxoplasmose-Fällen deutet auf eine Infektion mit T. gondii des Typs II hin. Ich zeige mit dieser Studie, dass sexuelle Rekombination von T. gondii in Deutschland möglich ist, und diese zur Entstehung von hochvirulenten T. gondii führen kann. / Toxoplasma gondii is a protozoan parasite that can infect almost all warm-blooded animals, including birds and humans. The definitive host is the cat which excretes the highly infectious and environmental resistant oocyst stage. Equally important for the spread of T. gondii is the transmission of T. gondii by ingestion of contaminated food (prey) between host species. Sexual recombination is a rare event observed in T. gondii. This is one of the reasons why a clonal population structure of T. gondii is observed. In Europe and North America the majority of genotypes (types) of T. gondii are members of only three clonal types, designated type I, type II and type III. In South America and Asia, T. gondii is shown to have an increased genetic diversity with a high prevalence of atypical genotypes. However, even within those atypical genotypes, a clonal population structure can be observed. More importantly, mouse virulence of types I, II and III differ markedly. While infection with T. gondii type I is always lethal in mice, infections with 104–106 parasites of type II or type III are needed to have the same effect in mice. This study shows that the majority of cats in Germany excrete T. gondii oocysts of type II. We have not observed any type I T. gondii, but show that type III and, importantly, mixed type infection as well as non-canonical T. gondii are present in Germany. For the first time we demonstrate that a sexual cross between T. gondii type II and type III in a single, naturally infected cat occurred in Germany resulting in excretion of many genetically different non-canonical T. gondii. Most of the identified non-canonical T. gondii show a high virulence in mice. The RFLP-typing analysis of a limited number of T. gondii-DNA isolated from human samples revealed only alleles of T. gondii type II. I show that genetic recombination of different T. gondii types in Germany can lead to a higher genetic diversity and generation of highly mouse-virulent T. gondii.

Diese Dissertation analysiert zum ersten Mal STARD13, ein Protein mit einer RhoGAP-Domäne, und dessen Rolle als essentiellen Regulator der Pankreasarchitektur im Mausembryo. Es wird gezeigt, dass Stard13 anfangs im pankreatischen Endoderm exprimiert wird und später in den “Epithelspitzen” angereichert ist. Konditionelle Ablation von Stard13 im Mauspankreas beeinflusst die normale Epithelmorphogenese und die Organisation der “Epithelspitzen”. Das beeinträchtigt die Proliferation der Pankreasvorläuferzellen und führt zu Organhypoplasie. Dabei reguliert STARD13 örtlich und zeitlich Rho-Signale, die für die Morphogenese essentiell sind. Desweiteren werden die Mechanismen, die für die Entwicklung des Pankreasepithels in ein funktionierendes Organ notwendig sind, neu beleuchtet. Es wird zum Beispiel eine funktionelle Verbindung zwischen Rho-vermittelter Kontrolle der Epithelumgestaltung und der Determinierung der Organgröße hergestellt. Dabei spielt die reziproke Interaktion von actin-MAL-SRF and MAPK Signalen eine wichtige Rolle. / The development of functional organ architecture relies on coordinated morphogenesis and growth. In the developing pancreas, the branching epithelium is organized in discrete domains that delineate one specific domain of progenitor cells at the tip of the branches. Very little is known about branching morphogenesis in the pancreas and how it is coordinated with proliferation. This thesis presents the first analysis of the RhoGAP-domain-containing protein STARD13 and its role as an essential regulator of pancreas tissue architecture in the mammalian embryo. It is shown that Stard13 is expressed in the pancreatic endoderm and enriched at the distal tip of the branching epithelium. Conditional ablation of Stard13 expression in the mouse pancreas disrupts epithelial morphogenesis and tip domain organization, resulting in hampered proliferation of pancreatic progenitors and subsequent organ hypoplasia. Stard13 acts by regulating Rho signaling spatially and temporally during pancreas development. This thesis provides new insights into the mechanisms that shape pancreatic epithelium to create a mature organ and establishes a functional link between Rho-mediated control of epithelial remodeling and organ size determination, involving reciprocal interaction of actin-MAL-SRF and MAPK signaling.

Ziel dieser Arbeit war es, den zentralen Kohlenstoffwechsel mit besonderem Fokus auf Regulation zu untersuchen, insbesondere durch die Auftrennung von zwei Regulationsebenen: metabolische Regulation, assoziiert mit direkten Wech- selwirkungen zwischen Metaboliten und Enzymen, sowie hierarchische Regulation, assoziiert mit Änderungen in Enzymmengenänderungen durch die Regulation von de novo Enzymproduktion. Unsere Untersuchungen basieren größtenteils auf drei Datensätzen aus glukoselimitierten Chemostatkulturen von S. cerevisiae. Im Kap. 2 wurden Extrazelluläre Bedingungen im Makroskopischen unter- sucht. Das wichtigsten Ergebnis dieser the- oretischen Analyse ist die Charakterisierung des Selektionsdruckes in einem Chemostatkultur. Im Kap. 4 wurde eine Analyse auf Systemebene des zentralen Kohlenstoffwech- sels durchgeführt. Unter Verwendung der Metaboliten- und der Flußdaten wurde ein kinetisches Modell konstruiert, welches wesentliche Teile des zentralen Kohlen- stoffwechsels umfaßt. Die meisten kinetischen Ausdrücke und Parameterwerte wurden aus einem bestehenden kinetischen Modells (Teusink-Modell) übernom- men. / In this work, we aimed to elucidate central carbon metabolism focusing on the aspect of regulation, especially by separating two regulatory levels: metabolic regulation, associated with direct interactions of metabolites and enzymes, and hierarchic regulation, associated with enzyme level change via regulation of de novo enzyme production. Our investigations were largely based on the analysis of three datasets from glucose limited continuous cultures of S. cerevisiae. Extracellular conditions on the macroscopic scale were investigated in Chapter 2. This was inspired by the perceived lack of clarity regarding an important aspect: concentration of glucose, the limiting nutrient and main carbon source in these cultures. The main outcome of this theoretical analysis was characterisation of the selection pressure in a chemostat culture, as selecting for cells which produce the growth rate, defined by the pre-set dilution rate, with lower external concentration of the limiting nutrient. Flux regulation on the scale of individual enzymes was investigated for selected reactions in Chapter 3. This analysis was based on the attempt to reproduce flux changes through these reactions, using enzyme kinetic expressions with inputs from the three aforementioned datasets. The notion of hierarchic and metabolic regulation was introduced and modified. System-level analysis of central carbon metabolism was undertaken in Chap- ter 4. Using the information on metabolite levels and flux, a kinetic model representing significant parts of central carbon metabolism was constructed. To get feasible flux distributions, constrained metabolic flux balance analysis was performed, using a stoichiometric network, constructed to be consistent with the model’s stoichiometry. Fitting the model resulted in two sets of parameters corresponding to steady states reproducing, the nominal data values of the anaerobic and the fully aerobic conditions.

Da limnische Gastropoden eng an ihre isolierten aquatischen Habitate gebunden sind, bewahren sie Verbreitungsmuster über lange Perioden und stellen geeignete Modelle zur Rekonstruktion geographisch und klimatisch bedingter Veränderungen des Lebensraumes dar. Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Rekonstruktion der Besiedlungsgeschichte des australischen Kontinents durch eine Familie Süßwassergastropoden (Thiaridae) unter Verwendung molekularer Marker (mitochondrialer und im Kerngenom basierter Genfragmente inklusive der AFLP-Technik). Viele der heute in Australien vorkommenden biotischen Elemente wurden als junge Einwanderer aus dem indo-malayischen Archipel eingestuft. Es werden jedoch immer mehr Fälle bekannt, die von diesem Standardszenario abweichen. Um zu testen, ob es sich bei Thiariden tatsächlich um Einwanderer aus dem Norden handelt, oder ob ihr Ursprung auf dem australischen Kontinent liegt, wurden die evolutionären Verwandtschaftsverhältnisse innerhalb der Familie, sowie ihre Position im phylogenetischen Stammbaum der Superfamilie Cerithioidea analysiert. Mit der Aufdeckung der stammesgeschichtlichen Beziehungen zu nicht-australischen Verwandten, durch Altersbestimmung der phylogenetischen Verzweigungen mittels „molekularer Uhr“ sowie der detaillierten Analyse der aktuellen Vorkommnisse und möglichen historischen Areale, konnte ein asiatischer Ursprung der Thiariden widerlegt werden. Ein Abriss hinsichtlich Dispersion und/oder Vikarianz ist hier vor dem Hintergrund der Rekonstruktion plattentektonischer Ereignisse dargestellt. Demnach hat die Besiedlung Asiens ihren Ausgang ursprünglich im australischen Raum genommen und der Kontinent wurde nicht wie bislang angenommen von Asien aus besiedelt. Mit der Aufdeckung eines gondwanischen Ursprungs repräsentieren Thiariden ein vielversprechendes Modellsystem in der Speziationsforschung, welches Einblicke in die Dynamik der Mechanismen der Artbildung unter dem Einfluss von klimatischen Veränderungen ermöglicht. / Due to their limited potential of dispersal and habitat fidelity, limnic gastropods tend to preserve distribution patterns over long periods of time and are suitable organisms in biogeographical research. In this thesis intensive investigations into the phylogeography of Australian freshwater snails are provided, presenting the first molecular study of the Thiaridae (Caenogastropoda: Cerithioidea) based on DNA sequence markers and amplified fragment length polymorphisms. The aim of this study is to determine the historical events that may have influenced their presence on the Australian continent. In general, the origin of Australian freshwater faunal elements and the directionality and timing of colonizations are still controversial. Conventionally, many biotic elements found in Australia today are considered to be recent invaders from the Indo-Malay archipelago but more and more cases have become known that deviate from this standard scenario. In order to test whether the thiarids represent recent invaders or if they originated on the Australian continent, the evolutionary relationships within the family as well as its phylogenetic position in the superfamily Cerithioidea is analysed. A molecular clock approach is applied so that the dispersal events can be related to historical tectonical changes. By comparison of the molecular phylogenies, as well as the distributional data, the fossil record and divergence date estimates in conjunction with the excellent record of Earth history the long-held view that the thiarid fauna is an appendage to the southeast Asian biota can be rejected. Instead, an Australian continental, i.e. East-Gondwanian origin is found to be the most parsimonious explanation of the present distribution. With their now assumed long history on the continent, thiarids represent an important model system in speciation research which provides details of the dynamics of the underlying mechanisms of speciation under the influence of climate change.