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.

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.

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.

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.

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.

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.

In einem RT-PCR Ansatz aus neuronalen post mortem Gewebe des Menschen konnten EPB41 (Erythrozytäres Protein Bande 4.1) Spleißformen in verschiedenen Hirnregionen nachgewiesen werden. In einem weiteren RT-PCR Ansatz wurden höhermolekulare p4.1R-Spleißormen generiert, kloniert und zwei der erhaltenen Spleißformen (Klon 9 und Klon 13) charakterisiert. In einer In-situ-Hybridisierungsstudie an humanen Temporalkortex und Hippocampus konnten EPB41-Isoformen in fast allen Neuronen nachgewiesen werden. In immunhistochemischen Untersuchungen mit selbstgenerierten p4.1R spezifischen Antikörper wurden ebenfalls ausschließlich Neurone markiert. In proteinbiochemischen Untersuchungen konnte in verschiedenen humanen Hirnareale mit den p4.1R spezifischen Antikörpern eine 110 kDa und 120 kDa immunreaktive Bande nachgewiesen werden. In Experimenten an Primärkulturen von Rattenneuronen konnte eine Herunterregulation der p4.1R Proteine sowie der mRNA von p4.1R durch Verarmung des funktionellen Pools an G-Proteinen der Rho-Familie in der Zelle gezeigt werden. Die GTPasen der Rho-Familie regulieren unter anderem die Plastizität des Dendritenbaumes von Neuronen. / In a RT-PCR approach using human postmortem cerebral tissue from different brain regions several EPB41 (erythrocyte protein band 4.1) spliceforms could be generated. The amplificates were cloned and two of the highmolecular EPB41 spliceforms Klon 9 and Klon 13 were characterized. Klon 9 is a new spliceform, Klon13 is identical with EPB41 (accesion number AF156225). In an in situ hybridization study the EPB41 spliceforms were detected in almost all neurons of the temporal cortex and the hippocampus. Immunhistochemical localization of the p4.1R immunreactive proteins in human temporal cortex using p4.1R specific peptide antibodies, confirmed these results. The stning pattern of soma and dendrites of the neurones was punctuated. In Western Blot experiments a 110 kDa and 120 kDa p4.1R immunreactive proteinband was detected. A regulation of the protein 4.1R immunreactive proteins as well as the mRNA of protein 4.1 was found in experiments in which the functional pool of Rho GTPases in hippocampal primary neurones of the rat was manipulated.

Die antillanische Flora ist eine der artenreichsten der Erde. Trotz jahrhundertelanger floristischer Forschung zeigen jüngere Studien, daß der Archipel noch immer weiße Flecken beherbergt. Das trifft besonders auf die Familie der Orchideen zu, deren letzte Bearbeitung für Cuba mehr als ein halbes Jahrhundert zurückliegt. Die vorliegende Arbeit basiert auf der lang ausstehenden Revision der Orchideengattung Pleurothallis R. Br. für die Flora de Cuba. Mittels weiterer morphologischer, palynologischer, molekulargenetischer, phytogeographischer und ökologischer Untersuchungen auch eines Florenteils der anderen Großen Antillen wird die Genese der großantillanischen Pleurothallis-Flora rekonstruiert. Der Archipel umfaßt mehr als 70 Arten dieser Gattung, wobei die Zahlen auf den einzelnen Inseln sehr verschieden sind: Cuba besitzt 39, Jamaica 23, Hispaniola 40 und Puerto Rico 11 Spezies. Das Zentrum der Diversität liegt im montanen Dreieck Ost-Cuba - Jamaica - Hispaniola, einer Region, die 95 % der groß-antillanischen Arten beherbergt, wovon 75% endemisch auf einer der Inseln sind. Da die meisten Arten entweder endemisch oder pankaribisch verbreitet sind, bleiben die floristischen Bezüge zwischen den Inseln und zu den kontinentalen Nachbargebieten nur schwach ausgeprägt. Immerhin lassen sich einige Verbindungen unter den Inseln der Großen Antillen und besonders zu Mittelamerika erkennen. Diese Affinitäten steigen von Ost nach West. Molekulargenetische und (mikro-)morphologische Daten zeigen ein deutliches Muster der historischen Biogeographie. Danach lassen sich die antillanischen Arten hinsichtlich ihrer Genese in drei Gruppen einteilen. 25% der Arten sind pankaribisch verbreitet, wobei der Großteil der Inselpopulationen vom mittelamerikanischen Festland stammt. Ebenfalls aus dieser Region stammen weitere 25%, die jedoch auf den Inseln neue Arten gebildet haben. Die verbleibenden 50% der groß-antillanischen Sippen sind autochthon und das Ergebnis adaptiver Radiation auf den Inseln. Diese intensive Kladogenese beschränkt sich auf drei Verwandtschaftskreise innerhalb der Gattung Pleurothallis in den Untergattungen Antilla Luer und Specklinia Lindl. (2 Linien). Es stellte sich heraus, daß der überwiegende Anteil der Artbildungsprozesse allopatrischer Natur ist. Sympatrie konnte nur in einem einzigen Fall direkt belegt werden. Das Ergebnis der allopatrischen Speziation sind zwei Typen von Vikarianz, räumlich geographischer und geologischer. In Cuba sind überraschenderweise fast 80% der endemischen Arten an einen Gesteinstyp gebunden, überwiegend an Serpentin. West-Hispaniola, wo viele Schwesternarten cubanischer Sippen beheimatet sind, besteht fast ausschließlich aus Kalkstein. Geographische Vikarianz ist daher oft geologisch unterlegt, eine Bindung die für Epiphyten kaum vermutet wurde. Hinter der Geologie verbergen sich jedoch eher Bestäuberareale und weniger physiologische Anpassung als limitierender Faktor. Eine Verfrachtung in Vegetation auf anderem petrologischen Untergrund scheint damit der Hauptauslöser für Artbildungen gewesen zu sein. Ausgangspunkt waren höchstwahrscheinlich individuenarme Gründerpopulationen die den Bedingungen eines founder events ausgesetzt waren. Neben den reichen geologischen Verhältnissen im Dreieck Ost-Cuba - Jamaica - Hispaniola wird die intensive Artbildung durch weitere spezifisch lokale Bedingungen unterstützt. Karibische Wirbelstürme dürften entlang der Hauptrouten für eine häufige Verfrachtung von Samen oder Pflanzen von Mittelamerika auf die Großen Antillen sowie zwischen den Inseln selber verantwortlich sein. Ein zweiter günstiger Umstand für erfolgreiche Migration innerhalb des Dreiecks besteht in der räumlichen Nähe der Inselgebirge und deren optimalen klimatischen Bedingungen für die Besiedlung durch mikrophytische Epiphyten. Molekulargenetische Daten lieferten weiterhin wertvolle Informationen in Bezug auf die beiden aktuell diskutierten Systeme der Pleurothallidinae, einer streng morphologischen (Luer) und einer fast ausschließlich auf DNA-Sequenzen (Pridgeon & Chase) basierenden Klassifikation. DNA-Sequenzen der cubanischen Arten stützen das neue System von Pridgeon & Chase weitestgehend, zeigen aber Widersprüche bezüglich der Monophylie in einigen der neuen oder wieder errichteten Taxa. Angesicht dessen, daß die karibische Florenregion leider nicht nur durch ihre Biodiversität zu den zehn globalen hot spots zählt, sondern auch durch die großflächige Zerstörung von Primärvegetation, war es auch ein Anliegen der vorliegenden Arbeit, ein erstes detailliertes Bild von Genese und Verbreitung antillanischer Orchideen zu vermitteln. Diese Daten können direkt für die Gestaltung und das Management von karibischen Schutzgebieten eingesetzt werden, da Orchideen in der Naturschutzpolitik einen hohen Argumentationswert besitzen. / The Antillean Flora is one of the most diverse on our globe. However, despite floristic work for centuries recent studies show that there are still blank areas. This is especially the case in the family Orchidaceae, which, in the case of the Cuban Flora, has been reviewed more than half a century ago for the last time. The work presented here is based on the long pending revision of the genus Pleurothallis R. Br. for the Flora de Cuba. Adding further morphological, palynological, molecular, and ecological data this study is aimed at the reconstruction of the Greater Antillean Pleurothallis flora. The archipelago comprises more than 70 species of this genus, with a differing diversity on the particular islands; Cuba accommodates 39 taxa, Jamaica 23, Hispaniola 40 and Puerto Rico 11. The centre of diversity lies within the triangle E Cuba - Jamaica - W Hispaniola, a region that accommodates about 95% of the Greater Antillean species. 75% of the taxa are confined to just one island. Since most of the plants are either endemic or are of pan-Caribbean distribution floristic relationships among the islands and with regard to neighbouring continental areas remain rather indistinct. The strongest affinities are with Central America. Floristic relationships with that area increase from E towards W. Molecular and (micro-)morphological data show a clear pattern of historical phytogeography. Concerning their origin there are 3 groups of species. 25% of the Greater Antillean taxa are widespread in the Pan-Caribbean area, with the majority of the island populations having their origin presumably on the Central American continent. Another 25% are derived from Central American ancestors too, however, they have evolved into new species on the islands in the course of migration. The remaining 50% of the Greater Antillean taxa are autochthonous. They are the result of adaptive radiation on the archipelago. Intense cladogenesis is confined to 3 lineages within Pleurothallis. They belong to the subgenera Antilla Luer and Specklinia Lindl. (2 lineages). The majority of speciation events shows an allopatric pattern. Sympatry during speciation could be detected in a single case only. Allopatric speciation has resulted into 2 types of vicariance, spatial geographic and geological. Indeed, 80% of the Cuban endemics are associated with a single type of rock, serpentine in most cases. In contrast, W Hispanola where many sister taxa of Cuban pleurothallids live, is formed almost exclusively by limestone. In many cases, geographic vicariance is therefore geologically defined, a surprising association in epiphytic orchids. Geological vicariance, in turn, may have been brought about by pollinator distribution rather than by physiological adaptation to the geological environment. Migration to petrologically different localities seems to be the main trigger for speciation in Cuban Pleurothallis. This process was most probably started with a small number of individuals that met conditions of a founder event. Apart from the geologically rich background in the triangle E Cuba - Jamaica - Hispaniola there are other specific local conditions that are responsible for the rich diversity. Caribbean hurricanes provide a powerful means of transport along their main routes. They should be responsible for frequent migrations from the Central American mainland to the archipelago and between the islands. Moreover, the mountains within the triangle are in close spatial neighbourhood and meet favourable climatic conditions for the colonisation of small epiphytes. Molecular data from the Cuban species of Pleurothallis yielded valuable information for the current discussion concerning the morphological (Luer) and molecular classifications (Pridgeon & Chase) of the subtribe. These data support the new molecular based system to a great extent, however, they show new inconsistencies with respect to monophyly in some of the new or resurrected taxa. Considering that the Caribbean Flora belongs to the ten global hot spots, due to its diversity on the one and the loss of primal vegetation on the other side, it was a goal of the present thesis to impart a detailed picture of the genesis and distribution of Antillean orchids. Bearing in mind the political value of orchids in conservation these data can be used directly for the organisation and management of Caribbean nature reserves.

Das 26S Proteasom ist ein großer Proteinase-Komplex, der aus 32 unterschiedlichen Untereinheiten aufgebaut ist. Das 26S Proteasom ist involviert in die ATP-abhängige De-gradation von ubiquitinierten Proteinen, die eine Vielfalt an zellulären Prozessen wie Signaltransduktion, Stressantwort, transkriptionelle Regulation, Chromosomen-Segregation, DNA-Reparatur, Zellzyklus-Steuerung und die Prozessierung von Peptiden für die MHC I Antigen Präsentation regulieren. Die Prozessierung von Peptiden wird ver-stärkt durch eine Interferon ? stimulierbare Variante des Proteasoms übernommen, dem so genannten Immunoproteasom. Die Biogenese dieses großen Komplexes ist ein komplizierter Mechanismus, welcher Expression und Assemblierung der proteasomalen Untereinheiten beinhaltet. In Eukaryonten sind für die Assemblierung und Maturierungsprozesse Helferproteine notwendig. In Mammalia übernimmt diese Funktion das Proteasom maturation Protein POMP. POMP ist wahrscheinlich auch bei der Biogenese des Immunoproteasoms von Bedeutung, da die mRNA von POMP durch Interferon ? induziert wird. Um die Regulation dieser Induktion zu untersuchen wurde der Promotor von POMP für die erste Fragestel-lung dieser Arbeit charakterisiert und seine Induzierbarkeit durch Interferon ? untersucht. Es konnte nachgewiesen werden, dass die erhöhte mRNA-Menge durch Interferon ?-Stimulation nicht auf eine Promotor-Induktion, sondern auf post-transkriptionelle Ereig-nisse zurückzuführen ist. In der zweiten Fragestellung dieser Arbeit sollte die Genregulation des Proteasoms unter Stressbedingungen untersucht werden. Der Stress wurde durch Inhibition der proteolyti-schen Aktivität des Proteasoms ausgelöst. Wie seit längerem bekannt ist, werden in Bakterien und Hefe die ATP-abhängigen Pro-teasekomplexe über ein kompliziertes regulatorisches Netzwerk gesteuert. Über die transkriptionelle Regulation des Mammalia Proteasoms war bisher wenig bekannt. Im Rahmen der hier vorliegenden Dissertation konnte gezeigt werden, dass die Reduktion der proteolytischen Aktivität des Proteasoms durch Behandlung von Mammalia-Zellen mit Proteasom-Inhibitoren durch eine gesteigerte Genexpression der proteasomalen Unter-einheiten kompensiert wird. Alle proteasomalen Untereinheiten werden konzertiert hoch-reguliert. Exemplarisch an der proteasomalen Untereinheit Rpt1(S7) und an dem Matu-rierungsfaktor POMP konnte eine posttranskriptionelle Regulation unter Proteasom-Inhibitor Einfluss ausgeschlossen werden. Die vom Inhibitor induzierte Genaktivierung resultiert in einer de novo Protein-Synthese und führt daher zu einer gesteigerten de no-vo Biogenese des Proteasoms. Dieses Phänomen ist begleitet durch eine vermehrte Ex-pression vom POMP. Damit konnte erstmals gezeigt werden, dass die Menge an Protea-som in Mammalia auf transkriptioneller Ebene reguliert wird und dass vermutlich ein au-toregulatorischer feedback-Mechanismus eine verminderte proteolytische Aktivität kom-pensieren kann. Diese Daten werden durch Ergebnisse der CAT-Reportergen-Assays des ?1(?)-Promotors gestützt. Exemplarisch konnte gezeigt werden, dass die Aktivität dieses Promotors in Anwesenheit von Proteasom-Inhibitoren ansteigt. Die induzierbare Promotorregion konnte bis auf 130 bp eingegrenzt werden. Innerhalb dieser Promotorse-quenz konnte die Bindung eines Transkriptionsfaktors (Nrf2) durch EMSA-Technik nach-gewiesen werden. / The 26 S proteasome is a high molecular mass proteinase complex that is built by of least 32 different protein subunits. The 26S proteasome is involved in the ATP-dependent degradation of ubiquitinated proteins that regulate a variety of cellular proc-esses including signal transduction, stress response, transcriptional control, chromosome segregation, DNA repair, cell cycle progression and processing of antigenic Peptides for the MHC I pathway. Biogenesis of this large complex is a complicated process compris-ing expression, assembly and maturation of all subunits. This crucial step is supported by POMP (proteasome maturation protein). POMP mRNA is induced by Interferon gamma (IFN ?). We investigated this phenomenon via Reportergen assays with the Promoter re-gion of POMP. POMP mRNA seems not to be regulated on a trancriptional level, but on posttranscriptional events. ATP-dependent protease complexes in bacteria and yeast are systems that undergo a highly sophisticated network of gene expression regulation. However, regulation of mammalian proteasome gene expression has been neglected so far as a possible control mechanism for the amount of proteasomes in the cell. We showed that treatment of cells with proteasome inhibitors and the concomitant impairment of proteasomal enzyme activ-ity induce a transient and concerted up-regulation of all mammalian 26S proteasome subunit mRNAs. Proteasome inhibition in combination with inhibition of transcription re-vealed that the observed up-regulation is mediated by coordinated transcriptional activa-tion of the proteasome genes and not by post-transcriptional events. Our experiments also demonstrate that inhibitor-induced proteasome gene activation results in enhanced de novo protein synthesis of all subunits and in increased de novo formation of the pro-teasome. This phenomenon is accompanied by enhanced expression of the proteasome maturation factor POMP. Thus, our experiments present first evidence that the amount of proteasomes in mammalia is regulated at the transcriptional level and that an auto regu-latory feedback mechanism exists that allows the compensation of reduced proteasome activity. These data are also supported by CAT reportergene assays with the protea-somal subunit ?1(?)-promoter. Exemplary we show the increase of CAT activities in re-sponse to proteasome inhibition. We can restrict the region of the promoter to 130 bp and identify Nrf2 as a possible candidate for a transcription factor via EMSA.