Progression of metazoans through different developmental programs requires temporal control that is achieved by molecules originating from endocrine tissues that diffuse throughout the whole body of the animal to coordinate program execution by activating cell specific gene expression patterns. These programs then define cascades of successive, distinct developmental stages or the choice between alternative fates for the same stage. A model for this developmental control is found in the nematode C. elegans, where environmental cues signal through insulin and TGF-beta cascades to regulate the daf-12/nuclear hormone receptor (NHR) ligand synthesis that then coordinates organism wide developmental timing and fate choice. For cell intrinsic aspects of C. elegans temporal control of development, microRNAs play an important role but their connection to organism wide endocrine control is unknown. This work shows how the DAF-12/NHR directly activates let-7 family microRNAs during the L3 stage to repress L2 stage activator hbl-1 to prevent L2 stage programs from reoccurring. The interaction of upstream transcription factors with the downstream cis-regulatory elements in promoters of the let-7 family microRNAs are further analyzed in detail and identify potential DAF-12 coregulators that might connect daf-12 endocrine signaling also to later stage developmental control. These observations are the first to integrate microRNAs into establishedendocrine signaling cascades. In addition they reveal specific details about how organism wide upstream, endocrine signaling pathways induce downstream cell intrinsic changes of gene expression and developmental progression. This work postulates a "molecular switch" that actively drives stage transitions, consisting of a NHR that directly activates microRNAs to actively repress mediators of old stages while directly activating translation of protein coding genes mediating the new stage.

Recently the suspected precursor lesions of ductal adenocarcinoma of the pancreas have been called Pancreatic intraepithelial neoplasia (PanIN) and graded according to the degree of dysplasia. To correlate each grade of PanIN with molecular genetic alterations, we determined the frequency of allelic losses at chromosomal arms 9p (the location of the p16 gene), 17p (p53 gene) and 18q (DPC4/SMAD4 gene) in 81 microdissected PanINs, using a combination of whole genome amplification and microsatellite analysis. In addition, p53 and Dpc4 protein expression was determined by immunohistochemistry. Essentially no allelic losses were identified in the non-dysplastic PanIN-1 lesion. In PanIN-2 with low grade dysplasia the frequency of allelic losses at chromosomal region 9p, 17p and 18q was 20%, 33% and 17%, respectively, which increased to 46%, 77% and 58%, respectively, in PanIN-2 with moderate dysplasia, to 87%, 60% and 88% in PanIN-3 with high grade dysplasia, and to 100%, 91%, and 82% in the invasive carcinomas. The progressive occurrence of allelic losses at all three loci strongly supports the PanIN progression model for pancreatic carcinoma. Nuclear p53 and loss of Dpc4 protein expression was associated only with PanIN-3 and invasive carcinomas, consistent with the model that inactivation of p53 and DPC4 are late events in pancreatic carcinogenesis. Since the aberrant protein expression patterns, were preceded, however by a sharp increase in allelic losses from PanIN-2 with low grade dysplasia to PanIN-2 with moderate dysplasia it is suggested that the increasing grade of dysplasia in the PanIN lesions identify biologically relevant steps towards invasive carcinoma. The discrepancy between alleic loss frequencies and p53 and DPC4 expression also raises the possibility that additional tumor suppressor genes on chromosomes 17p and 18q promote early pancreatic carcinogenesis.

Formine sind an einer Vielzahl physiologischer Prozesse, wie u. a. der Zytokinese, Endozytose oder auch der Vermittlung von Zellpolarität beteiligt, da sie Schlüsselregulatoren des Aktin- und Mikrotubulizytoskeletts sind. Durch carboxyterminale Formin-Homologie (FH)-Domänen wird die Bildung von Aktinfilamenten vermittelt. Unabhängig davon konnte für einige Formine eine Beteiligung an der Mikrotubulidynamik nachgewiesen werden.Das Genom des filamentösen Pilz Ashbya gossypii codiert für die drei Formine: AgBNI1, AgBNR1 und AgBNR2. Im Fokus der Arbeit stand die Aufklärung der molekularen und zellulären Funktion von AgBnr2. Mit biochemischen Versuchen zur molekularen Analyse konnte sowohl die Fähigkeit zur Aktinpolymerisierung, als auch zur Co-Sedimentierung mit Mikrotubuli für die carboxyterminalen FH-Domänen von AgBnr2 gezeigt werden. Mit Hilfe von in vivo Experimenten, wie Mutantenanalyse, Co-Lokalisierungsstudien und Hefe 2-Hybrid Versuchen konnten die Ergebnisse bestätigt werden. Nach der Repression von AgBNR2 in einem Agbnr1 Deletionsstamm konnten Sporulationsdefekte beobachtet werden. Für das Formin AgBnr2 konnte weiterhin die Wechselwirkung und Co-Lokalisierung mit dem Homolog des sporulationsspezifischen Proteins ScSpo21 nachgewiesen werden, was auf eineBeteiligung des Formins an der Sporulation hindeutet. Durch mikroskopische Untersuchungen und in vitro Versuchen mit gereinigten Zellkernen wurde der Nachweis erbracht, dass AgBnr2 während der Sporulation Aktinfilamente am Zellkern polymerisieren kann.Die Ergebnisse enden in dem Modell zur Bnr-vermittelten Verankerung von Aktinfilamenten am Zellkern. Die Filamente dienen während der Sporenbildung möglicherweise dem Transport von Vorläufervesikeln, die u. a. zur Bildung der Prosporenmembran genutzt werden. Dieses Modell scheint innerhalb der Hemiascomyceten Gültigkeit zu besitzen. Ergänzende Versuche mit ScBnr1 aus S. cerevisiae, dem Homolog zu AgBnr2, weisen auf eine konservierte Funktion der Bnr-Formine hin.

1. Aufgrund der Resultate mit der Mutante MM10, die trotz Disulfidbrücke noch unverminderte Aktivität und Rotation zeigte, wurde der Frage nachgegangen, ob der EF1-Komplex in der Lage ist, die Rotation durch einen Bruch der alpha-helikalen Struktur von gamma oder durch Rotation um eine Einfachbindung der Disulfidbrücke aufrechtzuerhalten. Quervernetzungen vom Hexagon mit gamma in der Mitte und am unteren Ende konnten das Enzym blockieren. Von den vier betrachteten Mutanten KG11, MM26, MM25 und MM24 fiel der MM26 bereits nach der Isolierung raus. Der MM25 wies nicht mehr als 70% Quervernetzung auf. Bei dem KG11 und dem MM24 konnte jedoch eine 99%-ige Quervernetzung nachgewiesen werden. Mit diesen zwei Cystein-Doppelmutanten wurden weitere Quervernetzungen gefunden, die ebenso wie der MM10 aktiv nach Oxidation sind, aber tiefer im Enzym liegen und die ATP-Hydrolyse trotz Blockade durch Quervernetzung aufrecht erhalten. Es konnte gezeigt werden, dass eine Rotation um die Einzelbindungen innerhalb der Disulfidbrücke unwahrscheinlich ist, und daher die Aktivität des quervernetzten Enzyms nur durch eine Aufwindung der gamma-Helix erklärt werden kann. 2. Die Voraussetzung für ein EFOF1-Kostrukt zum optischen Nachweis der Relativrotation unter Synthesebedingungen war der Einbau von zwei verschiedenen Tags zur spezifischen Bindung. Von den vier Mutanten SE3, SE4, SW7 und WH1 zeigten die beiden SE-Mutanten keine Stabilität bei der Isolierung im Bezug auf die Kopplung zwischen FO- und F1-Teil. Mit dem SW7-EFOF1 wurde eine Mutante gefunden, die mit einer guten Aktivitäts- und Rotationsausbeute nach einer Aufreinigung mittels Streptactin-Affinitätchromatographie durch ihre Stabilität als Ausgangspunkt für das Rotationsexperiment unter ATP-Synthese dienen kann. Der WH1, dessen atp-Operon dem des SW7 gleicht, brachte trotz seines veränderten Vektorursprungs keine Verbesserung.

The ADP-ribosylation factor (ARF) family of small G-proteins regulates membrane dynamics and intracellular membrane traffic. ARFs are activated upon GTP-binding catalyzed by guanine-nucleotide exchange factors (GEF), which works as a molecular switch and triggers association with specific target membranes. This work focused on the cloning, expression and characterization of genes from the milk yeast K. lactis and the fly D. melanogaster, which are putative homologs of the S. cerevisiae genes GEA1, GEA2, ARF1, ARF2, and ARF3.

Peptides play pivotal roles in the regulation of various physiological processes. As neuropeptides or peptide hormones, they can bind to a range of receptors and thereby trigger the activation of different pathways, including insulin signaling. Another central functionality is facilitated by the action of the as regulins summarized transmembrane micropeptides. By binding to the sarco/endoplasmic reticulum Ca2+ ATPase (SERCA), the regulins control Ca2+ homeostasis and muscle contraction. With the ongoing identification of novel modulatory micropeptides encoded by small open reading frames, the urgency to understand peptide-dependent regulatory networks rises. In this regard, especially impact and physiological relevance exerted by the enzymatic inactivation of the mature, biologically active peptides are far from completely understood. Neprilysins are metalloendopeptidases expressed throughout the animal kingdom. Based on their broad substrate specificity, the activity of neprilysins is crucial for the modulation of multiple peptide-dependent processes. This work aimed to identify new peptide substrates of the Drosophila melanogaster Neprilysin 4 (Nep4) and investigate the enzyme's physiological impact on the affected regulatory mechanisms. The first part of the work could identify 16 novel Nep4 peptide substrates that play essential roles in insulin signaling and the regulation of food intake: allatostatin A1-A4, adipokinetic hormone, corazonin, diuretic hormone 31, drosulfakinin 1 and 2, leucokinin, two short neuropeptide F peptides, and tachykinin 1-4. Thereby, aberrant expression of Nep4 leads to severe phenotypes linked to misregulation of insulin signaling, including reduced body size and weight, compromised food intake, and a characteristic shift in metabolomic composition. To further investigate and understand the complex functionality of the newly discovered Nep4 substrates, these peptides were tested for their ability to modulate the Drosophila heartbeat. A combined in vitro/in vivo screen revealed that the tested substrates exert chronotropic as well as inotropic effects, rendering the peptides as essential novel modulators of the heartbeat in Drosophila. The main project of this thesis was based on the initial finding that animals with Nep4 overexpression exhibit severe impairments of body wall muscle and heart functionality. By applying various experiments, including analyses of muscle and heart contraction, measurement of Ca2+ transients, pull-down studies, STED super-resolution microscopy, and mass spectrometry, Neprilysin 4 was identified as a novel modulator of SERCA activity. The molecular underpinning of this regulatory mechanism is the Nep4 mediated cleavage and inactivation of Drosophila SERCA-inhibitory Sarcolamban micropeptides SCLA and SCLB. Strikingly, cleavage experiments using the mammalian neprilysin and apparent colocalization of Neprilysin and SERCA in human heart tissue indicate evolutionary conservation of this mechanism. In summary, this work could identify a range of so far unknown Nep4 substrates and thereby point out the critical roles these class of enzymes plays in insulin signaling as well as the physiology of muscle and heart contraction.

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