Die von Tumorzellen exzessiv exprimierte Laktat-Dehydrogenase 5 (LDH-A) ist das Schlüssel-Enzym für den katalytischen Stoffwechsel um Pyruvat in Laktat unter Gewinnung von Energie umzuwandeln. Bei LDH handelt es sich um einen wichtigen prognostischen Marker für die Einstufung der Aggressivität und die Behandlung von Tumoren. Ziel dieser Arbeit war es, das Wissen um die Funktion des Genproduktes von LDH-A (LDH-V) in Bezug auf die Proliferation von Tumorzellen, die Expression Angiogenese-Gene, maligne Konversion von Tumoren und die Metastasierung zu vertiefen. Zusätzlich sollte die Rolle von LDH auf die Genexpression HIF-regulierter Proteine, die das Überleben von Tumorzellen und vor allem der Glykolyse fördern, untersucht werden. Hierfür wurden LDH-A knockdown-Klone von dem murinen B16F10 Melanom und Lewis Lung Karzinom sowie dem humanem HT29 Kolonkarzinom generiert und in vitro und in vivo in den drei verschiedenen Tumormodellen untersucht. Der knockdown von LDH-A führte in vitro zu einer Hemmung der Proliferation in Lewis Lung und B16F10, während bei HT29 Tumorzellen kein solcher Effekt beobachtet werden konnte. Interessanterweise ließen sich nicht bei allen drei Zelllinien die durch limitierte LDH Aktivität ausgelösten Effekte auf die in vitro Proliferation auf das Tumorwachstum in vivo übertragen: Das Wachstum der Lewis Lung als auch der HT29 Tumoren in vivo war durch die Reduktion von LDH-A drastisch vermindert, während die Größe der B16F10 Tumoren davon nicht beeinflusst war. Es konnte gezeigt werden, dass B16F10 Tumoren unter LDH Suppression verstärkt VEGF exprimieren. Dadurch waren diese Zellen in vivo in der Lage, durch verstärkte Vaskularisierung des Tumors der durch LDH-A knockdown ausgelösten Hemmung des Tumorwachstums zu entkommen. Bei Lewis Lung Tumorzellen hingegen, führte die Unterdrückung von LDH-V zu einer beeinträchtigten Glukoseaufnahme unter normoxischen sowie hypoxischen Bedingungen. Die reduzierte Aufnahme von Glukose hatte in vivo, in einer vielschichtigen komplexen Struktur, deutlich größere Auswirkungen als auf einer eindimensionalen Zellkulturschale. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit liefern neue Erkenntnisse zur Rolle von LDH-V während der Tumorprogression und können als Grundlage für zukünftige, neue Therapiestrategien bei Krebspatienten dienen. / LDH is an important prognostic marker in cancer staging and therapy. High serum LDH activity is associated with poor patient prognosis in different tumor types. LDH-A has been shown to play a major role in tumor malignancy, but the molecular mechanism behind this role is only starting to be understood. The objective of this work was to broaden our knowledge about the role of LDH-A gene product (LDH-V) in tumor cell proliferation, angiogenesis-related gene expression, tumor malignancy and metastasis. Herein, LDH-A shRNA knockdown clones of murine B16F10 melanoma, Lewis Lung carcinoma and human HT29 colon carcinoma were generated to uncover the molecular mechanisms between diminished ability of metabolizing pyruvate to lactate and tumor cell growth in vitro and in vivo. In this study, a significant correlation between tumor weight and serum LDH in in vivo tumor models was found, which additionally correlated with the in vitro LDH secretion. In vitro, suppression of LDH-A led to anti-proliferative effects in Lewis Lung and B16F10 tumor cells, while having no effect on HT29 cells. Interestingly, the consequence of limiting LDH activity in vitro did not show a direct correlation to the in vivo anti-tumor effects in LDH-deficient tumors: B16F10 tumor growth was unaffected by silencing LDH-A, while Lewis Lung and HT29 demonstrated a drastic reduction in tumor growth in vivo. B16F10 tumors were found to have increased VEGF expression upon LDH knockdown, and therefore were able to compensate the tumor growth inhibition-driven by LDH deficiency through increased tumor vascularization in vivo. In contrast, LDH-V suppressed Lewis Lung cells demonstrated an impeded glucose uptake ability under normoxic and hypoxic conditions. Subsequently, a genome-wide gene expression analysis and functional assays of LDH-A deficient and control HT29 clones revealed potential new oncogenic features of LDH-A in tumor migration and invasion as well as a feedback loop to HIF1alpha. In summary, the collective data presented in this thesis provide new insights of LDH-V in tumor progression and therapeutic strategies for the treatment of cancer.

Ziel dieser Arbeit war es, sowohl die Auswirkungen einer veränderten Selenversorgung über die Nahrung als auch die Rolle des zentralen Transport- und Speicherproteins für Selen (Selenoprotein P, SepP) auf die intestinale Tumorigenese tierexperimentell zu untersuchen. Eine gestörte SepP-Expression, führte zur Ausbildung größerer Tumore. Durch eine Steigerung der Selenversorgung über die Nahrung eine signifikante Reduktion von Tumoranzahl und Gesamttumorfläche erzielt werden. Hierzu wurde den Tieren ab Tag 21 das Vierfache der empfohlenen Tagesdosis (RDA) für Selen verabreicht. Die Ergebnisse zeigten zudem, dass die Auswirkungen einer verminderten SepP-Expression durch eine nutritive Se-Supplementation kompensiert werden können. Der Verlust eines SepP-Allels war mit einer gesteigerten Infiltration von Mastzellen ins Tumorgewebe und höheren Il6-Spiegeln im Serum assoziiert. Auch waren die Tumore dieser Versuchsgruppen schlechter differenziert. Diese Resultate weisen auf eine modulatorische Wirkung von SepP auf die krebsbedingte Immunantwort hin und unterstreichen eine zentrale Rolle dieses Selenoproteins in Bezug auf anti-kanzerogene Wirkmechanismen von Selen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen somit erstmals die Abhängigkeit protektiver Selen-vermittelter Effekte von einer optimalen SepP-Expression und die präventiven Fähigkeiten einer gesteigerten Selenzufuhr zur Kompensation eines nachteiligen Genotyps. Somit können gerade Menschen, die z.B. aufgrund ihrer genetischen Prädisposition ein erhöhtes Darmkrebsrisiko aufweisen von einer gesteigerten präventiven Supplementation profitieren. Dennoch zeigen Vorarbeiten und die Ergebnisse zu den transgenen Versuchstieren, dass es gerade in Bezug auf eine therapeutische Anwendung unabdingbar ist, ein wachstumsförderndes Potential einer solchen Intervention nach erfolgter Tumorinitiation auszuschließen. Hierzu muss in weitergehenden Studien noch eine geeignete Strategie entwickelt und getestet werden. / The aim of this work was to evaluate to which extend the gene expression of the central transport and storage protein for selenium (Selenoprotein P, SepP) is required to mediate health promoting effects and if these effects can be modulated by selenium supplementation. SepP+/--mice were crossed with Apcmin/+-mice to elucidate the potential disadvantage of a decreased SepP-expression. A third mouse strain, expressing human SEPP in liver, was used to study the beneficial effects of additional circulating human SEPP. Two diets with different selenium content were used to obtain better insights into how SepP-expression influences intestinal tumorigenesis. The loss of one SepP-allele resulted in the development of larger tumors. Overall tumor-count and -area could be reduced by increasing nutritional selenium concentrations. Increased tumorigenesis could thus be compensated for raising nutritional Se concentrations. Interestingly, the additional expression of human SEPP did not elicit any cancer-preventive action. An increased number of mast cells was found in tumorous tissue of SepP+/--mice. This was accompanied by a lower differentiation state and higher Il6 concentrations in serum of heterozygous mice. The results indicate that the SepP genotype is modulating the immune response and highlight the central role of SepP in mediating the anti-cancerogenic effects of Se. We are the first to show that protective effects of Se are related to the expression of SepP and that the negative outcome of a reduced expression can be alleviated by raising nutritional Se supply. Individuals with a higher risk for colorectal cancer may thus benefit from supplementation strategies. Nevertheless the data obtained from transgenic mice and the results of previous studies indicate that therapeutic administration of Se should be handled with care. Especially the potential danger of supplemental Se promoting tumor growth in advanced stages should be addressed in further investigations.

Korrelationskodierung im Hippokampus bildet möglicherweise die neuronale Basis für episodisches Gedächtnis. In dieser Arbeit untersuchen wir zwei Phänomene der Korrelationskodierung: Phasenpräzession und Sequenzwiederholungen. Phasenpräzession bezeichnet die Abnahme der Phase des Aktionspotentials einer Ortszelle relativ zur Theta-Oszillation. Sequenzwiederholung beschreibt die Aktivität von Ortszellen in Ruhephasen; dabei werden vorangegangene Orts- Sequenzen in umgekehrter Reihenfolge wiederholt. Wir untersuchen Phasenpräzession in einzelnen Versuchsdurchläufen. In bisherigen Studien wurden Daten zur Phasenpräzession in vielen Versuchsdurchläufen zusammengelegt. Wir zeigen, dass dies zu einer verzerrten Schätzung von grundlegenden Eigenschaften der Phasenpräzession führen kann. Weiterhin demonstrieren wir eine starke Variabilität der Phasenpräzession zwischen verschiedenen Versuchsdurchläufen. Daher ist Phasenpräzession besser geeignet zeitlich strukturierte Sequenzen zu lernen, als man aufgrund der zusammengelegten Daten vermutet hatte. Desweiteren untersuchen wir die Beziehung von Phasenpräzession in unterschiedlichen Teilen des Hippokampus. Wir zeigen, dass die extrazellulären Theta- Oszillationen in CA3 und CA1 außer Phase sind. Dennoch geschieht Phasenpräzession in beiden Regionen fast gleichzeitig, und CA3 Zellen feuern oft kurz vor CA1 Zellen. Diese zeitliche Beziehung ist im Einklang mit einer Vererbung von Phasenpräzession von CA3 nach CA1. Wir entwickeln ein mechanistisches Modell für Sequenzwiederholungen in umgekehrter Reihenfolge basierend auf Kurzzeitfazilitierung. Mit Hilfe des Tempotrons beweisen wir, dass die entstehenden zeitlichen Muster geeignet sind, um von nachgeschalteten Strukturen ausgelesen zu werden. Das Modell sagt voraus, dass im Gyrus Dentatus synchrone Zellaktivität kurz vor einer Sequenzwiederholung in CA3 zu sehen ist, und es zeigt, dass Sequenzwiederholungen zum Lernen von zeitlichen Mustern genutzt werden können. / Hippocampal correlation coding is a putative neural mechanism underlying episodic memory. Here, we look at two related phenomena: phase precession and reverse replay of sequences. Phase precession refers to the decrease of the firing phase of a place cell with respect to the local theta rhythm during the crossing of the place field. Reverse replay refers to reactivation of previously experienced place field sequences in reverse order during awake resting periods. First, we study properties of phase precession in single trials. Usually, phase precession is studied on the basis of data in which many place field traversals are pooled together. We find that single-trial and pooled-trial phase precession are different with respect to phase-position correlation, phase-time correlation, and phase range. We demonstrate that phase precession exhibits a large trial-to-trial variability and that pooling trials changes basic measures of phase precession. These findings indicate that single trials may be better suited for encoding temporally structured events than is suggested by the pooled data. Second, we examine the coordination of phase precession among subregions of the hippocampus. We find that the local theta rhythms in CA3 and CA1 are almost antiphasic. Still, phase precession in the two regions occurs with only a small phase shift, and CA3 cells tend to fire a few milliseconds before CA1 cells. These results suggest that phase precession in CA1 might be inherited from CA3. Finally, we present a model of reverse replay based on short-term facilitation. The model compresses temporal patterns from a behavioral time scale of seconds to shorter time scales relevant for synaptic plasticity. We demonstrate that the compressed patterns can be learned by the tempotron learning rule. The model provides testable predictions (synchronous activation of dentate gyrus during sharp wave-ripples) and functional interpretations of hippocampal activity (temporal pattern learning).

Das Proteasom ist ein multikatalytischer, ATP-abhängiger Enzymkomplex, der kurzlebige und regulatorische Proteine in der Zelle abbaut. Im Rahmen der Proteinqualitätskontrolle werden durch das Proteasom auch fehlerhaft synthetisierte bzw. falsch gefaltete oder chemisch geschädigte Proteine degradiert. Zellen hämatopoetischen Ursprungs exprimieren sogenannte Immunoproteasomen, die durch drei alternative katalytische Untereinheiten (LMP2, MECL-1 und LMP7) charakterisiert sind. Unter dem Einfluss von Interferonen kommt es auch in nicht-hämatopoetischen Zellen zur de novo Assemblierung von IP. Sie weisen im Vergleich zu Standardproteasomen einen erhöhten Substratumsatz sowie veränderte Schnittpräferenzen auf. Dadurch können Standard- und Immunoproteasomen verschiedene MHC Klasse I-restringierte antigene Peptide generieren. Die vorliegende Arbeit untersucht die Relevanz der LMP2- bzw. der LMP7- Untereinheit im Rahmen der Coxsackievirus B3 Myokarditis. LMP7-/- Mäuse zeigen eine suffiziente CD8+ T Zell Antwort, die zur vollständigen Viruselimination nach der akuten Entzündungsphase beiträgt. Die reguläre Expression pro-inflammatorischer Zytokine und antiviraler Signalwege sowie CVB3-spezifischer IgG-Antikörper spricht gegen eine spezielle Funktion von IP bei der Induktion einer effektiven Immunantwort in diesem Modell. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass der verminderte Einbau aller IP-Untereinheiten in LMP7-defizienten Mäusen mit einer schweren Inflammation und Myokardschädigung einhergeht. Der verringerte Substratumsatz führt zur Akkumulation von polyubiquitinylierten, oxidativ geschädigten Proteinen sowie zur verstärkten Apoptose IP-defizienter Kardiomyozyten und inflammatorischer Zellen. / The standard proteasome is the major ATP-dependent multi-catalytic protein complex that is important for the proteolytic processing of short-lived and regulatory proteins. It also degrades exogenous or improperly synthesized, misfolded, and damaged proteins. Cells of hematopoietic origin predominantly express an alternative variant - the immunoproteasome, which is characterized by three specific catalytically active subunits (LMP2, MECL-1 and LMP7). In non-immune cells, these immunosubunits are also induced and incorporated into newly assembling IPs upon exposure to interferons. As compared to standard proteasomes, IPs display altered cleavage site preferences, resulting in the generation of a different spectrum of antigenic peptides for MHC class I presentation. The present thesis investigates the impact of LMP2- and LMP7 within the context of viral heart disease, making use of the well-established murine model of coxsackievirus B3 infection. LMP7-deficient mice demonstrate a potent CD8+ T cell capacity to control CVB3 infection, resulting in viral clearance after the acute stage of disease. The expression of pro-inflammatory cytokines, innate antiviral mediators, and CVB3-specific IgG antibodies argue against a specific role of IPs in the induction of an effective immune response against CVB3 infection. However, the impaired incorporation of all three immunosubunits in LMP7-deficient hearts coincides with severe inflammation and myocardial tissue damage. Exposure to IFN-γ gives rise to prolonged accumulation of oxidant-damaged, poly-ubiquitylated proteins in IP-deficient cardiomyocytes and inflammatory cells. Along with the restricted degradation of toxic protein aggregates, inflammatory cells and the adjacent myocardium are prone to increased apoptotic cell death.

Die vorliegende Arbeit erforscht die Regulation der Expression von Drebrin; DBN (Developmentally Regulated Brain Protein) in Neuronen. DBN ist ein Protein das Actin bindet und Actin-Filamente bündeln kann. Änderungen der Morphologie der Spines verändern die synaptische Aktivität und Plastizität – wichtigen Prozessen bei der Gedächtnisbildung und Alterung des Gehirns, sowie bei geistigen Störungen bzw. Behinderungen. DBN-Expression im Alter und in einigen neurodegenerativen Krankheiten reduziert ist. Eine schwächere Expression von DBN in Spines geht außerdem mit einem Verlust an synaptischen Verbindungen einher, einem gemeinsamen Merkmal von Alterung und neurologischen Störungen wie der Alzheimer Krankheit. Diese Befunde bildeten die Motivation und Grundlage für meine Erforschung der Produktion und Lokalisierung von DBN. In meinem Projekt, habe ich den Effekt der sequenzspezifischen S647-Phosphorylierung von DBN untersucht. Die Arbeit zeigt, dass diese post-translatorische Modifikation die Stabilität von DBN reguliert. Ich habe FUNCAT-PLA und Puro-PLA für die Visualisierung von de novo synthetisierten Proteinen in situ benutzt. Mittels hochauflösender Fluoreszenz-Hybridisierung konnte ich zeigen, dass DBN nicht nur im Zellkörper sondern auch lokal in den Spines translatiert wird. Meine Resultate bieten eine Grundlage für das Verständnis der Regulierung de DBN-Konzentration in Zellen und ermöglichen die weitere Erforschung der Rolle der S647-Phosphorylierung von DBN für die Morphologie von Spines. Die Arbeit bildet außerdem eine experimentelle Plattform für weitere Studien der Rolle von DBN für Spines, sowohl in Bezug auf Stabilität als auch der synaptischen Funktion und Stabilität. / This thesis studies the abundance of the protein Drebrin; DBN (Developmentally Regulated Brain Protein) in neurons, which is an actin-binding protein capable of bundling actin filaments. Synapses in the mammalian brain are formed on tiny protrusions, called dendritic spines. Changes in spine morphology affect synaptic activity and plasticity, which are processes underlying memory formation. DBN abundance plays an important role in regulating dendritic spine morphology. Cognitive decline and neurodegenerative conditions have been shown to be linked with a decrease in DBN levels. A weakening in the expression of this protein in spines is associated with the loss of synaptic connections, a common feature of ageing and neurological disorders such as Alzheimer''s disease. This evidence was the underlying motivation for studying the localization and turnover of DBN. I studied the effect of the site-specific S647 phosphorylation of DBN and found that such post-translational modification regulates protein stability. For the project, I established several novel techniques in our laboratory, including state-of-the-art methods such as FUNCAT-PLA and Puro-PLA for the visualization of de novo synthesized proteins in situ. My results show that DBN translation occurs not only in somata but also locally in the dendrites and spines. The same observation is true for DBN transcripts, which are present both in the soma and dendrites of neurons. These observations suggest that DBN could play an important role during synaptic plasticity. My results allow the future investigation of the potential role of site-specific phosphorylation of DBN in spine morphology. This PhD thesis represents a contribution to better understanding the regulation of DBN abundance. It also provides an experimental platform for additional investigation about the role of DBN in spine morphology, regarding its stability and its correlation with synaptic maintenance and function.

In Bakterien werden Phospholipide auf der cytoplasmatischen Seite der Plasmamembran synthetisiert. Damit ein gleichmäßiges Wachstum und somit die Stabilität biogener Membranen, d.h. Membranen, an bzw. in denen Lipidsynthese stattfindet, gewährleistet ist, muss zumindestens die Hälfte neu synthetisierter Lipide auf die entgegengesetzte Membranhälfte gelangen. Aus früheren Untersuchungen ist bereits bekannt, dass dieser transversale Phospholipidaustausch, auch als Flip-Flop bezeichnet, sehr schnell, kopfgruppenunabhängig und möglicherweise proteinabhängig ist. Dennoch sind die genauen Mechanismen dieser Prozesse noch weitgehend unverstanden. Um die oben erwähnten grundlegenden Phospholipidtransportprozesse zwischen beiden Membranhälften genauer untersuchen zu können, wandten wir einen neuartigen, sogenannten stopped-flow BSA back-extraction Assay an. Mit Hilfe dieses Assays, waren wir in der Lage, die transversale Bewegung und die Verteilung von kurzkettigen, fluoreszenzmarkierten Phospholipidanaloga über beide Membranhälften in ex vivo-Membranen zu charakterisieren. Der stopped-flow BSA back-extraction Assay basiert auf der Technik der stopped-flow-Spektroskopie und der Tatsache, dass BSA in der Lage ist, kurzkettige, fluoreszenzmarkierte Lipidanaloga aus der äußeren Leaflet von (biologischen) Membranen zu extrahieren. Wir entschieden uns für invertierte Membranvesikel der Plasmamembran (IIMV) vom E.coli Wildtypstamm MG1655 als Untersuchungsobjekt, einerseits, weil diese Vesikel nur eine Membran besitzen und zum Anderen, weil IIMV sich sehr gut als Modell für den Flip-Flop von Phospholipiden nutzen lassen. Wir beobachteten, dass kurzkettige, fluoreszenzmarkierte Analoga der beiden am häufigsten in E.coli vorkommenden Phospholipide, Phosphatidylethanolamin (PE) und Phosphatidylglycerol (PG), sehr schnell, d.h. mit Halbwertzeiten von weniger als drei Minuten, über die Membran von IIMV verteilten. Weiterhin verhielten sich kurzkettige, fluoreszenzmarkierte Analoga von den E.coli-fremden Phospholipiden, Phosphatidylcholin (PC) und Phosphatidylserin (PS), ähnlich wie die Analoga von PE und PG. Überraschenderweise, fanden wir heraus, dass alle oben genannten Phospholipidanaloga im Gleichgewichtszustand nicht gleichmässig über beide Membranhälften verteilt waren. Inwiefern Proteine an dieser transversalen Bewegung der Phospholipidanaloga beteiligt sind, sollten Messungen des Flip-Flop von Analoga an unbehandelten und mit Proteinase K inkubierten Vesikeln zeigen, die aus einem Detergenzextrakt von IIMV rekonstituiert wurden. Zunächst konnten wir zeigen, dass die schnelle Bewegung der Phospholipidanaloga über die Membran von rekonstituierten, nicht mit Proteinase K behandelten Vesikeln (Proteoliposomen) erhalten blieb. Nach Inkubation mit Proteinase K wurde jedoch der Flip-Flop von PE- und PG-Analoga vollständig inhibiert. Untersuchungen an rekonstituierten Serien von Proteoliposomen mit ansteigendem bakteriellen Proteingehalt zeigten, dass in Proteoliposomen ohne bakterielle Proteine kein Flip-Flop stattfand und somit nur 50% der fluoreszenten Analoga extrahiert wurden. In Proteoliposomen, die bakterielle Proteine enthielten, stieg das Ausmass der Extrahierbarkeit der untersuchten Analoga mit steigendem Proteingehalt. Diese Daten zeigten sehr deutlich, dass die transversale Bewegung von Phospholipiden über die innere Membran von E.coli durch Proteine vermittelt wird. Schlussfolgernd aus unseren Analysen konnten wir zeigen, dass die transversale Bewegung von Phospholipidanaloga über die Membran von IIMV sehr schnell, proteinabhängig, bidirektional und kopfgruppenunbhängig ist. Zur Identifizierung der molekularen Grundlagen der proteinvermittelten, schnellen Transversalbewegung von Phospholipiden über IIMV-Membranen, nutzen wir Ionenaustauschchromatografie. Zur unserer Überraschung mussten wir feststellen, dass in keiner der rekonstituierten Fraktionen eine nennenswerte Anreicherung der Flippaseaktivität auftrat. Möglicherweise sind mehrere Proteine, mit unterschiedlichen Nettoladungen, oder aber auch Untereinheiten, die sich nicht durch Anionenaustauscher trennen liessen, am Flip-Flop von Phospholipiden beteiligt. Weitergehende Analysen mit anderen Proteinfraktionierungsmethoden sind notwendig, um den oder die Flippasekomplex(e) zu identifizieren. / In the plasma membrane of bacteria, phospholipids are synthesized on the cytoplasmic leaflet of the plasma membrane. To ensure balanced growth and thus, stability of biogenic membranes, half of the newly synthesized lipids must move to the opposing leaflet. It is known that this phospholipid transmembrane movement (flip-flop) is rapid, head-group independent and possibly protein mediated. However, the exact mechanism of this process remains elusive. To investigate these fundamental transbilayer phospholipid transport processes in biogenic membranes, a novel stopped-flow BSA back-exchange assay was utilized to characterize the transmembrane movement and transbilayer distribution of fluorescent labeled, short-chain phospholipid analogues in ex vivo membranes. This approach is based on stopped-flow fluorescence spectroscopy, and the fact that BSA is able to extract fluorescent labeled, short-chain phospholipid analogues from the outer leaflet of (bio)membranes. We chose isolated inverted inner membrane vesicles (IIMV) derived from E.coli wild type MG1655, both for their simple membrane organization and for their suitability as a simple model organism for phospholipid flip-flop. We observed that fluorescent-labeled, short-chain analogues of the major phospholipids in E.coli, phosphatidylethanolamine (PE) and phosphatidylglycerol (PG), rapidly redistributed across the IIMV bilayer with half-times of less than three minutes. Furthermore, fluorescent, short-chain phospholipid analogues of phosphatidylcholine (PC) and phosphatidylserine (PS), which are not naturally occurring phospholipids in E.coli membranes, behaved similar to the PE and PG analogues. To analyze the relevance of proteins for the transmembrane movement of fluorescent analogues, we measured flip-flop of phospholipid analogues in reconstituted and/or untreated and proteinase K treated vesicles generated from protein detergent extracts of IIMV. The amount of extractable fluorescent phospholipids analogues correlated with the amount of protein reconstituted into the proteoliposomes, strongly indicating, that protein concentrations below 100 µg/ml were not sufficient to equip every vesicle with proteins that facilitate the transmembrane movement of the fluorescent analogues. We found that the rapid transbilayer movement of phospholipid analogues across the membrane was maintained in untreated reconstituted vesicles. However, the flip-flop of fluorescent PG and PE analogues was eliminated in proteinase K treated vesicles. In conclusion, our analysis showed that the transmembrane movement of the phospholipid analogues across the membrane of IIMV was protein-mediated, very rapid, bi-directional and head-group independent. To identify the molecular basis of the protein-mediated, rapid transmembrane movement of phospholipids across IIMV membranes, we used ion exchange chromatography (IEC) to separate the IIMV proteins. To our surprise, we did not observe an enhanced flip-flop activity in any of the fractions, indicating that at least two proteins with possibly opposite net charges or several subunits, which were not separable by AEC, are involved. Further analysis using different protein separation techniques will be necessary to identify the putative flippase complex.

Der pRB/E2F-Signalweg ist ein zentraler Regulator der Proliferationskontrolle in Säugerzellen, der in fast allen auftretenden Tumoren dereguliert ist. Durch unterschiedliche Mutationen in Komponenten dieses Signalwegs kommt es letzten Endes zu einer erhöhten Aktivität der E2F-Transkriptionsfaktoren und somit zu einer verstärkten Transkription von E2F-Zielgenen in diesen Tumoren. Um die molekularen Mechanismen der Rolle von E2F3 in der Zellzykluskontrolle und der Tumorigenese besser zu verstehen, wurden in dieser Arbeit per GST-Pulldown mit anschließender Massenspektrometrie neue potenzielle Interaktions-partner von E2F3 identifiziert. Ein identifizierter Interaktionspartner war die SNF2-ähnliche Helikase HELLS. HELLS interagiert in vitro und in vivo spezifisch mit der Marked Box-Domäne von E2F3, aber nicht mit anderen untersuchten E2F-Transkriptionsfaktoren, wie durch GST-Interaktionsstudien und Ko-Immunpräzipi-tationsexperimente demonstriert werden konnte. Durch Chromatin-Immunpräzipitation konnte zusätzlich gezeigt werden, dass E2F3 für die Rekrutierung von HELLS an E2F-regulierte Promotoren wie z. B. CDC6 oder p107 verantwortlich ist. Die shRNA-vermittelte Depletion von HELLS führte zu einer stark verminderten Induktion von allen untersuchten E2F-Zielgenen nach Serumstimulation und einem verspäteten Eintritt in die S-Phase der HELLS-depletierten Zellen, was zeigt, dass HELLS essenziell für die Induktion von E2F-Zielgenen ist. Bei der immunhistochemischen Untersuchung der E2F3- und HELLS-Expression in humanen Prostatakarzinomen zeigte sich, dass sowohl E2F3 als auch HELLS in späten aggressiven Stadien dieser Tumore sehr stark exprimiert sind, jedoch nur sehr schwach in den weniger aggressiven Tumoren. Diese Versuche zeigen, dass es sich bei HELLS um einen neuen Bestandteil des pRB/E2F-Signalwegs handelt, der eventuell in der Entstehung gewisser Tumorarten eine Rolle spielt und somit ein neues potenzielles Ziel für neuartige Krebstherapien darstellt. / The pRB/E2F pathway is a key regulator of proliferation in mammalian cells and is commonly mutated in human tumors. These mutations in the components of the pRB/E2F pathway lead to deregulated activity of the E2F transcription factors resulting in increased expression of E2F target genes. To further understand the molecular mechanisms of E2F3 in cell cycle control and its role in tumorigenesis new interaction partners for E2F3 were identified in the course of this thesis with the help of a GST-Pulldown approach coupled to mass spectrometric analysis. One of the identified interaction partners was the SNF2-like helicase HELLS. With the help of GST-interaction studies and Co-Immunoprecipitation assays it could be demonstrated that HELLS interacts specifically with E2F3 via its Marked Box domain but does not bind to the other investigated E2F transcription factors. HELLS could be detected at E2F target genes like p107 and CDC6 in vivo with the help of Chromatin-Immunoprecipitation assays. Furthermore, the forced recruitment of E2F3 to E2F target genes led to an enhanced binding of HELLS to these promotors suggesting that HELLS is recruited to E2F target genes via protein-protein interaction with E2F3. The shRNA-mediated depletion of HELLS led to a strongly reduced induction of E2F target genes and a delay in S-phase entry, showing that HELLS is essential for the induction of E2F target genes. During the immunohistochemical analysis of human prostate cancer specimens it became evident that both E2F3 and HELLS are strongly expressed in the more aggressive late stages but only weakly expressed in the early stages of this tumor type. These findings demonstrate that HELLS is a new component of the E2F/pRB pathway which might play a role in the development of certain tumors and might represent a new target for novel cancer therapies.

Synaptische Vesikel (SV) besitzen abhängig vom Neurontyp unterschiedliche Neurotransmittertransporter. In glutamatergen Neuronen kommen die vesikulären Glutamattransporter (VGLUT)1, VGLUT2 und VGLUT3 vor. GABAerge Neurone besitzen den vesikulären GABA-Transporter (VGAT). Die getrennte Glutamat- und GABA-Speicherung in unterschiedlichen Neuronen dient dem exakten Funktionieren neuronaler Netze. Mitunter setzen glutamaterge Neurone auch GABA frei. Einige entscheidende Proteine GABAerger Nervenendigungen wurden auf dem Protein- und mRNA-Niveau nachgewiesen. GABAerge Transmission glutamaterger Neurone wurde elektrophysiologisch gezeigt. Diese Studie untersucht eine mögliche VGLUT/VGAT-Kolokalisation mittels Immunisolierungen (II) von SV (SP), Neurotransmitteraufnahmeversuchen mit aufgereinigten SV, SP und der elektronenmikroskopischen Postembeddingmethode. II aus dem Rattengehirn zeigen, dass die VGLUT1-SP VGLUT2 und die VGLUT2-SP auch VGLUT1 enthält. Beide VGLUT kommen auf dem selben SV vor. Die VGLUT2-SP beinhaltet VGAT- und die VGAT-SP VGLUT2-tragende SV. SP aus frühen Entwicklungsstadien zeigen bereits eine ausgeprägte vesikuläre VGLUT2/VGAT- Kolokalisation. SV der VGAT-SP akkumulieren GABA und Glutamat. Die Hemmung der VGLUT zeigt ihren unterstützenden Einfluss auf die vesikuläre GABA- und Monoaminaufnahme. Damit moduliert die VGLUT-Aktivität die Neurotransmitterspeicherung in nicht glutamatergen Neuronen. Doppelmarkierung im Postembeddingverfahren zeigen die synaptische VGLUT/VGAT- Kolokalisation in glutamatergen hippokampalen und cerebellären Moosfaserendigungen. Dagegen ist VGAT weder in den nur VGLUT1-positiven cerebellären Parallelfaser- noch in den nur VGLUT2-positiven Kletterfaserendigungen detektierbar. Die cerebellären GABAergen Korbzellenendigungen beinhalten auch VGLUT2. Diese Befunde liefern den morphologischen Beweis für die synaptische GABA/Glutamat-Koausschüttung aus speziellen großen glutamatergen und GABAergen präsynaptischen Endigungen. / Synaptic vesicles (SV) are equipped with a common set of proteins. Dependent on the type of nerve cell SV differ in their neurotransmitter transporters, i.e. the vesicular glutamate transporters (VGLUT) 1 and VGLUT2 in types of glutamatergic neurons and the vesicular GABA transporter (VGAT) in types of GABAergic neurons. The strict separation of glutamate and GABA storage generally guarantees the precise function of neuronal networks. However, GABA may be released by glutamatergic neurons under certain conditions as shown by electrophysiological studies. The project aims to analyse a putative vesicular and synaptic co-localisation of VGLUT and VGAT using immunoisolations, neurotransmitter uptake assays, and post-embedding electron microscopy. Immunoisolations from whole brain of adult rats revealed that VGLUT1 immunoisolates (ii) contain VGLUT2 and VGLUT2-ii also have VGLUT1 indicating the vesicular co-localisation of both VGLUT. VGLUT2-ii harbour in addition VGAT and VGAT-ii also contain VGLUT2. Transporter-specific ii from rat brain at different postnatal levels (P5/15/30) show a pronounced vesicular co-localisation of VGLUT2 and VGAT during these early developmental stages. Transmitter uptake studies show GABA and also glutamate concentrating VGAT-ii. Using the specific inhibitor trypan blue we found that VGLUT activity improves GABA as well as monoamine uptake into SV. Thus VGLUT activity modulates transmitter storage in non-glutamatergic neurons. Post-embedding immunogold double labelling indicates a synaptic co-localisation of VGLUT and VGAT in glutamatergic hippocampal and cerebellar mossy fibre terminals while VGAT was not seen in cerebellar parallel fibre (VGLUT1-positive only) and climbing fibre (VGLUT2-positive only) terminals. Remarkably, cerebellar GABAergic basket cell terminals also contain VGLUT2. These findings provide the morphological evidence for a synaptic co-release of GABA and glutamate from some large glutamatergic and GABAergic terminals.

Menschen unterscheiden sich von anderen Tieren insbesondere dadurch, dass ihr Alltag durch vielfältige kulturelle Praktiken bestimmt wird. Diese erlaubten es dem Menschen, fast alle terrestrischen Habitate auf der Erde in hoher Dichte zu besiedeln. Kulturelle Merkmale werden nicht genetisch vererbt, sondern durch soziales Lernen zwischen Menschen übertragen -- niemand könnte ohne den vorhandenen Wissensbeitrag anderer ein funktionstüchtiges Kanu bauen. Daraus zu schließen, kulturelle und genetische Evolution seien komplett getrennt zu behandeln, wäre allerdings falsch. Genetische Evolution hat es überhaupt erst erlaubt, von anderen in adaptiver Weise zu lernen. Kulturelle und genetische Evolution müssen zusammen betrachtet werden, um die Einzigartigkeit des Menschen zu verstehen. Der offensichtlich vorhandene adaptive Nutzen sozialen Lernens konnte in theoretischen Arbeiten allerdings nicht repliziert werden. Das deutet darauf hin, dass das Verständnis über die Funktionsweise sozialen Lernens noch unvollständig ist. Zwar haben einige Wissenschaftler mögliche Lösungen für dieses Paradox vorgeschlagen, aber unser Modell zeigt, dass diese unzureichend sind. Stattdessen hält sich der Widerspruch hartnäckiger als geglaubt. Wir analysieren zwar neue soziale Lernstrategien, die den Widerspruch lösen könnten, doch das erfolgt nur unter sehr beschränkten Bedingungen. Außerdem treten wir für eine neue Sicht auf soziales Lernen ein und damit einhergehend für einen Modellierungsansatz, der Lernformen in realistischerer Weise berücksichtigt. Die Untersuchung des evolutionären Ursprungs sozialen Lernens sollte den gleichen Stellenwert haben wie jene des evolutionären Ursprungs kooperativen Verhaltens. Dass dies sinnvoll wäre, belegen wir, indem wir zeigen, welchen Einfluss soziales Lernen sogar auf moderne Gesellschaften und Volkswirtschaften hat und wie es beispielsweise hilft, Finanzkrisen besser zu verstehen. / Humans differ most from other animals in that their lives are shaped by many cultural practices. Having cultural traits allowed human populations to grow considerably in a short time and to conquer almost all terrestrial habitats on Earth. Cultural traits are not inborn but are instead transmitted between humans through social learning -- no individual could build a fully functional kayak without learning from others. Concluding that cultural evolution is thus a separate process from genetic evolution would, however, be rash. The latter has endowed humans with the possibility to learn from others in the first place, and prepared learning to make it especially adaptive. To find out what makes humans unique, cultural and genetic evolution, therefore, have to be studied in concert. Although nobody doubts that evolution gave rise to social learning and that the resulting cultural practices serve an adaptive purpose, theoretical works have shown that simple forms of social learning do not improve human adaptedness. This finding contradicts the observations and thus implies that our understanding of social learning is incomplete. Several authors have proposed solutions to this paradox but, as our model results will show, the solutions are unsatisfying. Instead, we find the paradox to be more resilient than is believed and propose forms of social learning that could solve it, albeit only under very narrow circumstances. Furthermore, we argue for a new perspective on social learning and, consequently, for a different framework that allows for more realistic learning models. We suggest that the study of the evolutionary origin of social learning should be given equal weight as the study of the evolutionary origin of cooperation, and illustrate this by elaborating on the impact of social learning on modern societies and market behaviors in general, and on financial crises specifically.

Die Aufrechterhaltung der sogenannten failsafe Programme ist ein wichtiges Kennzeichen des zellulären Lebens, da das genaue Gleichgewicht zwischen Proliferation und Wachstumsarrest es sicherstellt, dass die Zelle sich selber vor potentiell gefährlichen Mutationen schützen kann. Apoptose und Seneszenz bewahren die Zellhomeostase und sind von aüsserster Bedeutung dafür, die Zelle vor maligner Transformation zu bewahren. Die Seneszens zeichnet sich dabei durch Veränderungen des Heterochromatins bei Genen aus, welche für den Eintritt in die DNA-Synthese-Phase des Zellzyklus verantwortlich sind. Insgesamt wurde die Bedeutung epigenetischer Modifikationen bei malignen Erkrankungen in den letzten Jahren immer deutlicher. So konnte gezeigt werden, dass die Rb-assoziierte Histon-Methyltransferase Suv39h1 ein entscheidender Vermittler der Seneszenz in Ras-induziertem Maus Lymphom-Modell ist. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die transgenen Eµ-myc Maüse (ähnlich dem Burkitt''s Lymphom im Menschen), wenn sie mit Suv39h1-defizienten Maüsen gekreuzt werden. Die Überexpression von Myc, wie sie in humanen und murinen Tumoren zu beobachten ist, induziert primär ein apoptotische Antwort mit dem zentralen Vermittler p53. Allerdings bewirkte die Suv39h1 Defizienz, obwohl sie die Lebenserwartung signifikant verkürzte, keine Veränderung der Apoptose-Rate in diesem Modell. Dieses Ergebnis demonstriert die Tumor-suprimierende Wirkung des Suv39h1 in Myc-getriebener Lymphomagenese. Weiterhin wurde in dieser Arbeit ein zusätzlicher Mechanismus zur Vermittlung Myc-induzierter Seneszenz unter Einbeziehung des Zytokin-Signaling identifiziert. Im Falle der Expression von intaktem Suv39h1 in der Tumorzelle kann TGF-beta die Myc-induzierte Seneszenz in vivo beeinflussen. Schliesslich ergaben die Untersuchungen, dass die Suv39h1-defizienten Lymphome über eine beeinträchtigte Therapie-Anwort verfügen, da sie keine Therapeutika-induzierte Seneszenz ausführen können. / Maintenance of cellular failsafe pathways (apoptosis and senescence) is one of the hallmarks of life, as fine equilibrium between proliferation and growth arrest ensures that the cell can protect itself from the potentially dangerous mutations. Senescence is a mechanism distinguished by heterochromatin modifications leading to silencing of the genes responsible for the entry to the DNA synthesis [S] phase of the cell cycle. Involvement of epigenetic modifications in cancer development has been subject of a more intense research in the past few years. It was shown that the Rb-associated histone methyltransferase Suv39h1 is a critical mediator of senescence in a Ras-induced mouse lymphoma model. Additional mechanisms of the senescence regulation are currently being under investigation. In this thesis Eµ-myc transgenic mice, crossed to mice deficient for Suv39h1, were shown to succumb to the same type of B-cell lymphoma (similar to Burkitt''s lymphoma in humans). Overexpression of Myc, as seen in human and mouse tumors will primarily induce an apoptotic response using p53 as a mediator of this response. In Eµ-myc, Suv39h1-/- mouse model deficiency in Suv39h1 has significantly shortened life expectancy, but it did not affect spontaneous apoptosis rates. This finding established Suv39h1 as a tumor suppressor in Myc-lymphomagenesis. Further, an additional mechanism of mediating oncogene-induced senescence involving cytokine signaling was identified and reported here. When intact Suv39h1 is present in the tumor, TGF-beta is able to mediate oncogene-induced senescence in vivo. Finally, in the treatment studies it was shown that Suv39h1 deficient lymphomas have an impaired response to chemotherapy, caused by their inability to execute drug-induced senescence. This finding can be of use for the design of novel cancer therapies.