Regeneration is a relatively widespread phenomenon in nature, although different organisms exhibit different abilities to reconstitute missing structures. Due to the diversity in the extent of damage the organisms can repair it has been debated for a long time whether those abilities are evolutionary traits that arose independently in multiple organisms or whether they represent a by-product of more basic processes. To date, due to constant increase in the amount of available genomic information this question can be approached by means of comparative genomics by comparing several taxa that have different regenerative capabilities. Two relatively closely related salamander species, newt, Notophthalmus viridescens, and the Mexican axolotl, Ambystoma mexicanum, offer a unique opportunity to compare two organisms with well-known regenerative capabilities. Despite their importance for regeneration research, relatively little sequence information was available until recently, owing mainly to the large sizes of the respective genomes. In this work I aimed to create a comprehensive transcriptome assembly of the axolotl by sequencing and then assembling the sequence data from a number of tissues and developmental stages. I also incorporated available sequence information that mostly comes from cDNA libraries sequenced previously. I assessed the completeness of the transcriptome by comparing it to a set of available axolotl sequences and found that 96% of those have homologs in the assembly. Additionally, I found that 7,568 of 7,695 protein families common to vertebrates are also represented in the transcriptome. In order to turn the assembly from a merely collection of sequences into a valuable and useful resource for the entire research community I first annotated the sequences, predicted the open reading frames and protein domains and additionally put together multiple bits of information available for each sequence including but not limited to time-course and tissue- specific expression data and in situ hybridization results. The assembly was thereafter made available for the entire axolotl research community through a web portal I developed. Not only does the web portal provide access to the transcriptome data, it is also equipped with an engine for automated data retrieval, which could facilitate automated cross-species bioinformatics analyses. The study crossed the boundary between pure bioinformatics and biology as the transcriptome allowed for computational comparison of the axolotl and the newt in order to identify salamander-specific genes possibly implicated in regeneration and subsequent functional analysis thereof in the lab. Since regeneration closely resembles embryonic development in terms of genes involved in both processes, I first identified approximately 200 homologous contigs in axolotl and newt, which had a predicted open reading frame, but did not have homologs in non-regenerating species. The expression profile of one of those candidate genes suggested that it had a role in regeneration. I studied the molecular function of that gene using CRISPR/Cas system to confirm that it was protein-coding and to create knock-out animals to study the effect of gene knock-down and knock-out. Knock-out animals exhibited significant delays in both, limb development and tail regeneration. The exact mechanism causing this delay is currently being investigated.

Phospholipid scramblase 4 (PLSCR4) is a member of a conserved enzyme family with high relevance for the remodeling of phospholipid distribution in the plasma membrane and the regulation of cellular signaling. While PLSCR1 and -3 are involved in the regulation of adipose-tissue expansion, the role of PLSCR4 is so far unknown. PLSCR4 is significantly downregulated in an adipose-progenitor-cell model of deficiency for phosphatase and tensin homolog (PTEN). PTEN acts as a tumor suppressor and antagonist of the growth and survival signaling phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/AKT cascade by dephosphorylating phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate (PIP3). Patients with PTEN germline deletion frequently develop lipomas. The underlying mechanism for this aberrant adipose-tissue growth is incompletely understood. PLSCR4 is most highly expressed in human adipose tissue, compared with other phospholipid scramblases, suggesting a specific role of PLSCR4 in adipose-tissue biology. In cell and mouse models of lipid accumulation, we found PLSCR4 to be downregulated. We observed increased adipogenesis in PLSCR4-knockdown adipose progenitor cells, while PLSCR4 overexpression attenuated lipid accumulation. PLSCR4 knockdown was associated with increased PIP3 levels and the activation of AKT. Our results indicated that PLSCR4 is a regulator of PI3K/AKT signaling and adipogenesis and may play a role in PTENassociated adipose-tissue overgrowth and lipoma formation.

Seitdem erste Hominiden vor ca. 6 bis 7 Mio. Jahren begannen, aufrecht zu gehen, ist die Fußsohle der einzige physische Kontakt zum Untergrund. Dieser einzigartigen Situation entsprechend, werden die Signale plantarer Mechanorezeptoren nicht nur zur Wahrnehmung der Beschaffenheit und Struktur des Untergrundes genutzt. Ihre Afferenzen sowie resultierende Efferenzen tragen auch zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts bei. Mit dem Ziel, die plantare Sensibilität besser zu verstehen und quantifizieren zu können, erforscht diese kumulative Doktorarbeit zwei nahezu omnipräsente Einflussfaktoren der plantaren Sensibilität. Da das Körpergewicht beim Stand und im Gang jederzeit auf den Fußsohlen lastet, behandelt der erste Beitrag den Einfluss eines Auflagekraft auf die plantare Vibrationswahrnehmung (Studie 1). Anhand der Ergebnisse wird erörtert, welche Ursachen für den Zusammenhang zwischen Auflagekraft und Vibrationssensibilität verantwortlich sein könnten, und welche Möglichkeiten sich für eine Standardisierung der Auflagekraft bei der Erhebung von VPTs ergeben. Die darauffolgenden Beiträge thematisieren den Einfluss der mechanischen Hauteigenschaften auf die plantare Sensibilität. In Studie 2 wird aus evolutionsbiologischer Perspektive die Hauthärte und Epidermisdicke sowie die Vibrationssensibilität barfuß lebender und schuhtragender Probanden verglichen. Dabei wird untersucht, ob Hornhaut - eine natürliche Anpassung zum Schutz vor hohen mechanischen Belastungen - die plantare Sensibilität einschränkt und Gangparameter während des initialen Fersenaufsatzes modifiziert. Der dritte Beitrag behandelt den Effekt einer Abrasion der plantaren Hornhaut auf die plantare Vibrations- und Druckwahrnehmung (Studie 3). Das mechanische und sensorische Verhalten der Haut gegenüber den applizierten Reizen wird im Rahmen der Ergebnisse diskutiert, und resultierende Vor- und Nachteile der angewandten Methoden zur Erhebung der plantaren Sensibilität aufgezeigt. Die Zusammenfassung aller Untersuchungen in der finalen Diskussion betrachtet die wichtigsten Ergebnisse unter Einbezug der aktuellen Literatur und bildet eine Wissensbasis, auf die zukünftige Forschungsprojekte zum tieferen Verständnis des Einflusses von Druckbelastungen und Hauteigenschaften auf die plantare Sensibilität aufbauen können.:Inhaltsverzeichnis VIII Abbildungsverzeichnis X Tabellenverzeichnis XII Abkürzungsverzeichnis XIII 1 Motivation und Struktur der Arbeit 15 2 Grundlagen unbehaarter Haut 21 2.1 Zum Aufbau der unbehaarten Haut 23 2.1.1 Hypodermis 23 2.1.2 Dermis 24 2.1.3 Basalmembranzone 25 2.1.4 Epidermis 26 2.1.5 Besonderheiten plantarer Haut 31 2.1.6 Zur Adaptionsfähigkeit plantarer Haut 32 2.2 Zur Mechanorezeption unbehaarter Haut 34 2.2.1 Meissner Körperchen 35 2.2.2 Vater-Pacini-Körperchen 36 2.2.3 Merkelzell-Neuriten-Komplex 37 2.2.4 Ruffini-Körperchen 39 2.2.5 Reizweiterleitung und Verarbeitung 40 2.2.6 Zur Mechanorezeption plantarer Haut 42 3 Methodische Hinweise 44 3.1 Quantifizierung kutaner Mechanorezeption 44 3.1.1 Vibrationswahrnehmungsschwellen 45 3.1.2 Semmes-Weinstein-Monofilamente 47 3.2 Quantifizierung mechanischer Hauteigenschaften 48 3.2.1 Durometer 48 3.2.2 Ultraschall 49 4 Eigener Beitrag 51 4.1 VPTs of Skin Mechanoreceptors are influenced by different contact forces 51 4.2 Foot callus thickness does not trade off protection for tactile sensitivity during walking 54 4.3 Does plantar skin abrasion affect cutaneous mechanosensation? 58 5 Diskussion 61 5.1 Einfluss des Auflagedrucks auf die plantare Vibrationswahrnehmung 61 5.1.1 Welche Auflagekraft sollten Vibrationswahrnehmungsschwellen nutzen? 66 5.1.2 Effekt der Auflagekraft in aufrechter Körperposition 67 5.2 Einfluss mechanischer Hauteigenschaften auf die plantare Mechanorezeption 69 5.2.1 Einfluss auf Vibrationswahrnehmungsschwellen 71 5.2.2 Einfluss auf Semmes-Weinstein-Monofilamentschwellen 73 6 Zusammenfassung 76 7 Literaturverzeichnis 78 8 Anhang 95

Cynipid gall formation is achieved by the intimate insect-plant interaction where by cynipid wasps redirect host plant development to form novel structures to protect and nourish the developing larva. To investigate the molecular mechanisms involved in this interaction, and extend our understanding of plant development, four approaches were taken. 1) A PCR based approach to search for genes to known signalling molecules: chitiooligosaccharides, or Nod factors, that control nodulation in the Rhizobia-legume interaction. PCR analysis was used to investigate the presence of the nodC gene in the cynipid gall wasp genome,h owever, no nodC-like sequencesw ere found. 2) SDS-PAGE analysis was carried out to compare inner-gall and non-gall protein signatures, demonstrating the variation between gall and non-gall tissue, and also that the protein signatures of inner-gall tissues vary between gall species. N-terminal sequencing and western blot analysis lead to the identification of a number of innergall proteins such as protein disulphide isomerase (PDI), formate dehydrogenase (FDH) and putative biotin carboxyl carrier protein (BCCP), involved in the synthesis of lipids in seeds. Analysis of the temporal and spatial expression of the putative BCCP revealed expression to be concentrated in the inner-gall cells throughout development, in all the gall species tested. 3) Cytological analysis of the inner-gall tissue was carried out throughout development of several gall species to investigate differences in their patterns of development and cytological characteristics of the inner-gall tissue, with many inner-gall cells being polytene. 4) A gall formation bioassay, to enable the activity of possible signals involved in gall formation to be tested, was developed. Rose callus tissue was used as a test tissue and the cynipid larval extract was exposed to this as a source of the active molecules. The induction of proteins in the callus after exposure to the larval extract was used as a molecular marker for activity. The polytene characteristic and the possible expression of seed proteins, suggest that seed developmental pathways may be used during gall formation.

Der Transkriptionsfaktor C/EBPβ besitzt sehr vielgestaltige Funktionen und ist an Wachstums-und Differenzierungsvorgängen verschiedener Gewebe beteiligt. So fördert es in T-Lymphozyten über Transaktivierung des Il4-Promotors und Repression der TH1-Zytokine IL-2 und IFN-γ die Bildung eines TH2-Phänotyps [Berberich-Siebelt et al. 2000]. Durch Herabregulation von c-Myc bewirkt es einen Zellzyklusarrest in G1 und vermehrte Differenzierung der Zellen auch über eine reziproke Steigerung von Differenzierungsfaktoren wie Mad4 [Berberich-Siebelt et al. 2006]. In einer den G1-Arrest nachweisenden Zellzyklusanalyse von mit C/EBPβ transduzierten EL-4 Zellen zeigte sich daneben ein kleiner Sub-G1-Peak, der auf eine apoptotische Zellpopulation hinweist [Berberich-Siebelt et al. 2006]. Aufgabe dieser Arbeit war es, den möglichen Zusammenhang zwischen der Aktivierung von C/EBPβ und Auslösung von Apoptose in EL-4 Zellen hinsichtlich seiner Spezifität und dabei favorisierter Signalwege zu untersuchen. Gegenstand der Untersuchungen waren mit dem C/EBPβ-ERTM-Konstrukt alleine und in Kombination mit dominant-negativen Mutanten der Caspase-3 und der Caspase-9 transduzierte EL-4 Kulturzellen. Durch Einbringen der Caspasemutanten sollte eine kompetitive Hemmung der entsprechenden endogenen Caspasen bewirkt werden. Methodisch erfolgten Apoptosenachweise mittels durchflusszytometrischer Analysen von mit Annexin V-PE und 7-Amino-Actinomycin (7-AAD) gefärbten EL-4 Zellen sowie die Detektion von gespaltener PARP (Poly-ADP-Ribose-Polymerase), einem Substrat der Caspase-3 im Western Blot. Des Weiteren erfolgten mittels Ribonuklease-Protektionsanalysen Untersuchungen der RNA-Expression von Zytokinen, Caspasen und von Mitgliedern der Myc- und der Bcl-2-Proteinfamilien, um das Verhalten der Zellen unter Hemmung von Apoptosewegen bzw. Caspasen bei Aktivierung von C/EBPβ näher betrachten zu können. In Annexin V-PE- und 7-AAD-Färbungen sowie durch Nachweis der spezifischen Spaltung von PARP konnte gezeigt werden, dass C/EBPβ Zelluntergang und Apoptose fördert. Diese war durch den Pancaspaseinhibitor Z-VAD fmk hemmbar, was, wie auch die PARP-Spaltung, auf einen caspaseabhängigen Signalweg hinweist. Hemmung der Caspase-3 durch Transduktion der Zellen mit einer Caspase-3-Mutante besaß kaum Einfluss auf die durch C/EBPβ veränderte Zytokinexpression und die Repression von c-Myc, doch erschien eine vermehrte Hochregulation des Differenzierungsfaktors Mad4, der endogenen Caspase3- und der Caspase11-RNA. Die Steigerung von Caspase-3 unter Aktivierung von C/EBPβ fand sich auch auf Proteinebene. Allerdings konnte eine Hemmung der Caspase-3 bei den untersuchten EL-4 Zellen die durch C/EBPβ vermittelte Apoptose nicht verhindern, was auf andere Apoptosewege oder kompensatorischer Effekte verwies. Durch Beeinflussung des intrinsischen Signalweges mit Hemmung der Caspase-9 zeigten sich ebenfalls kaum Auswirkungen auf die Zytokinexpression der untersuchten Zellen. Hier fanden sich Hochregulationen sowohl der pro- als auch antiapoptotischen Mitglieder der Bcl-2-Familie. Funktionell konnte auch eine Hemmung von Caspase-9 die Zellen nicht vor der Apoptose durch Aktivierung von C/EBPβ bewahren. So konnte hier gezeigt werden, dass Aktivierung von C/EBPβ in den untersuchten EL-4 Zellen Apoptose fördern kann, dies über eine Aktivierung der Caspasekaskade zu geschehen scheint und mit einer Steigerung endogener Caspase-3-Expression einhergeht. Aus den Untersuchungen dieser Arbeit konnte eine Favorisierung eines bestimmten Apoptosesignalweges nicht abgeleitet werden, da eine Hemmung des intrinsischen Weges die Zellen nicht vor dem Zelltod schützen konnte. Insgesamt lässt sich aber, obwohl nicht alle Details geklärt werden konnten, festhalten, dass C/EBPβLAP in T-Zellen neben Proliferationshemmung und Differenzierungsinduktion auch für Caspase vermittelten Zelltod verantwortlich ist. / The transcription factor C/EBPβ belongs to the family of the basic leucine zipper transcription factors C/EBP. It possesses a wide range of functions and is involved in cell growth and differentiation processes in a variety of tissues. Transactivating the Il4-Promotor and repressing the Th1 type cytokines Il-2 and IFN-γ it promotes a Th2 phenotype in T cells [Berberich-Siebelt et al. 2000]. Through downregulation of c-Myc it is able to arrest T cells in the G1 phase of the cell cycle and together with reciprocal upregulation of differentiation factors like Mad4 it is able to promote cell differentiation [Berberich-Siebelt et al. 2006]. Beside the G1 arrest the cell cycle analysis of C/EBPβ transduced EL-4 cells also showed a small sub-G1 peak, indicating that these cells had undergone apoptosis [Berberich-Siebelt et al. 2006]. The task of this dissertation was to investigate a possible connection between activation of C/EBPβ and initiation of apoptosis in EL-4 cells referring to its specifity and possibly involved signaling pathways. Subject of the investigations were EL-4 cells transduced with the C/EBPβ-ERTM construct alone or in combination with dominant negative mutations of caspase-3 and caspase-9. The mutants should have effected a competitive inhibition of the endogenous caspases. For apoptosis detection flow cytometric analysis of cells stained with annexin-V and 7-AAD (7-amino-actino-mycin) was used beside western blot analysis of PARP (poly-ADP-ribose- polymerase) cleavage fragments. Furthermore ribonuclease protection assays for the expression of cytokines, caspases, Myc and Bcl-2 family members were performed in order to examine the behavior of the cells with inhibition of apoptotic signaling pathways and activation of C/EBPβ. Both the annexin-V and 7-AAD stainings and the detection of PARP cleavage products showed that C/EBPβ was able to promote cell death and apoptosis. For this could be inhibited by the pancaspase inhibitor Z-VAD fmk together with the PARP cleavage indicated a caspase dependent apoptotic pathway. Inhibition of caspase-3 by the caspase-3 mutant had hardly no influence on the C/EBPβ mediated cytokine expression profile and the repression of Myc, but lead to an increase of the differentiation factor Mad4, the endogenous Caspase3- and Caspase11-RNA. The augmentation of endogenous Caspase-3 by activation of C/EBPβ was also found at protein level. However, inhibition of Caspase-3 could not protect the EL-4 cells from C/EBPβ mediated apoptosis, indicating an alternative apoptotic pathway or compensatory effects. Inhibition of caspase-9 in the intrinsic apoptotic pathway also showed hardly no influence on the cytokine expression of the cells. It resulted in an upregulation of both pro- and anti-apoptotic Bcl-2 family members. Functionally, inhibition of Caspase-9 could not protect the EL-4 cells from C/EBPβ mediated apoptosis. So activation of C/EBPβ is able to promote apoptosis in EL-4 cells. This seems to be performed by activation of caspases and is accompanied by an increase of Caspase-3 expression. The results of this work cannot conclude a preference of a specific apoptotic pathway following activation of C/EBPβ, for inhibition of the intrinsic pathway could not protect the cells from apoptosis. To sum up, although far away from clearing all the details this work can state that in T-cells C/EBPβLAP is responsible both for inhibition of proliferation, induction of differentiation processes and for caspase mediated cell death.

Pocket proteins and E2F transcription factors regulate the expression of cell cycle associated genes and play a central role in the coordination of cell division, differentiation, and apoptosis. Disorders of these pathways contribute to the development of various human tumor entities. Despite intensive research in the field of cell cycle regulation many details are not yet understood. The LIN complex (LINC / DREAM) is a recently discovered human multiprotein complex, which dynamically interacts with pocket proteins and E2F transcription factors. An essential component of the LIN complex is the LIN9 protein. In order to obtain a better insight into the function of this protein in cell cycle regulation and tumorigenesis, a conditional Lin9 knockout mouse model was established in our laboratory. The primary objective of this study was the phenotypic characterization of embryonic fibroblasts (MEFs) from these mice. Shortly after inactivation of Lin9 cell proliferation was massively impaired. Multiple types of mitotic defects such as structural abnormalities of the spindle apparatus, aberrant nuclei, failed nuclear segregation and cytokinesis failure have been observed in Lin9-depleted cells leading to a dramatic increase in polyploid and aneuploid cells. Ultimately these serious aberrations result in premature cellular senescence. If the senescence of Lin9-deficient cells is overcome by the Large T antigen the cells can adhere to the loss of Lin9, but show severe genomic instability and grow anchorage-independently in soft-agar as a sign of oncogenic transformation. In the second part of the thesis the gene expression of Lin9-deficient cells was assessed by quantitative real time PCR analyses to determine, whether the mitotic abnormalities are caused by transcriptional defects. Here a significant reduction of mitotic gene expression was observed in Lin9-depleted cells. Additionally chromatin immunoprecipitation experiments were performed to clarify the underlying molecular mechanisms. Compared to control cells epigenetic alterations at the promoters of mitotic target genes with regard to activating histone modifications were found in Lin9-deficient MEFs. In the last section of this study, the effects of Lin9 heterozygosity were analyzed. Lin9 heterozygous MEFs showed normal proliferation, although expression of different mitotic genes was slightly reduced. It appeared, however, that the mitotic spindle checkpoint of Lin9 heterozygous MEFs is weakened and thus over several cell generations an increase in polyploid cells was observed. Soft-agar assays showed that Lin9 heterozygosity contributes to oncogenic transformation. Taken together, these results document a crucial role of LIN9 in the regulation of cell cycle-associated gene expression. LIN9 is an essential factor for cell proliferation on one hand, while at the same time it functions as a tumor suppressor. / Pocket-Proteine und E2F-Transkriptionsfaktoren regulieren die Expression von Zellzyklus-assoziierten Genen und spielen eine zentrale Rolle bei der Koordination der Zellteilung, Differenzierung und Apoptose. Störungen dieser Signalwege tragen zur Entstehung zahlreicher Tumorentitäten beim Menschen bei. Trotz der intensiven Untersuchung der Zellzyklusregulation sind viele Details noch unverstanden. Der LIN-Komplex (LINC / DREAM) ist ein kürzlich entdeckter humaner Multiprotein-komplex, welcher dynamisch mit Pocket-Proteinen und E2F-Transkriptionsfaktoren interagiert. Eine essentielle Komponente des LIN-Komplexes ist das LIN9-Protein. Um die Funktion dieses Proteins bei der Zellzyklusregulation und Tumorentstehung genauer untersuchen zu können, wurde in unserer Arbeitsgruppe ein konditionelles Lin9-Knockout-Mausmodell etabliert. Primäres Ziel der Arbeit war es, den Phänotyp embryonaler Fibroblasten (MEFs) aus diesen Mäusen zu charakterisieren. Bereits kurz nach Inaktivierung von Lin9 konnte ein stark verlangsamtes Zellwachstums beobachtet werden. In Lin9-depletierten MEFs wurden multiple mitotische Defekte detektiert, die u. a. strukturelle Auffälligkeiten des Spindelapparates, aberrante Zellkerne, Störungen der Chromosomensegregation sowie zytokinetische Defekte umfassen und in einer dramatischen Zunahme polyploider und aneuploider Zellen resultieren. Im Langzeitverlauf führen diese erheblichen Aberrationen zu einer vorzeitigen zellulären Seneszenz. Wird diese durch das Large T-Protoonkogen durchbrochen, können sich MEFs an den Verlust von Lin9 adaptieren, zeigen dann jedoch eine hochgradige genomische Instabilität und Substrat-unabhängiges Wachstum im Weichagar als Zeichen onkogener Transformation. Im zweiten Abschnitt der vorliegenden Arbeit wurde die Genexpression in Lin9-defizienten MEFs mittels quantitativer Real Time-PCR untersucht um zu klären, ob die beschriebenen Defekte auf Veränderungen der transkriptionellen Aktivität zurück-zuführen sind. Dabei wurde eine erhebliche Reduktion der Expressionslevel mitotischer Gene nach Verlust von Lin9 beobachtet. Des Weiteren wurden zur Klärung der zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen Chromatin-Immunpräzipitations-Experimente (ChIP) durchgeführt. Im Vergleich zu Kontrollzellen wurden dabei in Lin9-defizienten Zellen signifikante epigenetische Veränderungen bezüglich aktivierender Histon-Modifikationen an den Promotoren mitotischer Lin9-Zielgene festgestellt. Im letzten Abschnitt der Arbeit sollten die Auswirkungen des heterozygoten Verlustes von Lin9 analysiert werden. Dabei zeigte sich, dass Lin9-haploinsuffiziente Zellen normal proliferieren, obwohl die Expression verschiedener G2/M-Gene leicht vermindert war. Es wurde jedoch eine Schwächung des mitotischen Spindelkontrollpunktes und in der Folge über mehrere Zellgenerationen eine Zunahme polyploider Zellen beobachtet. Mit Weichagar-Assays konnte gezeigt werden, dass bereits der heterozygote Verlust des Lin9-Gens zur onkogenen Transformation beiträgt. Zusammengenommen dokumentieren diese Studien, dass LIN9 eine entscheidende Bedeutung bei der Regulation von Zellzyklus-assoziierten Genen spielt und sowohl einen essentiellen Faktor für die Zellproliferation darstellt als auch durch die Gewährleistung genomischer Stabilität tumorsuppressive Eigenschaften aufweist.

La formation de l'émail dentaire met en jeu des phosphoprotéines sécrétées liant le calcium. Parmi celles-ci figurent amélogénine (AMEL), améloblastine (AMBN) et énaméline (ENAM), qui ont fait l'objet de nombreuses études chez les mammifères. Plus récemment, une quatrième protéine de la même famille a été découverte, l'amélotine (AMTN). Elle n'a été étudiée que chez les rongeurs et son rôle au cours de l'amélogenèse reste mal défini. L'objectif de cette thèse est d'élargir les connaissances sur AMTN en étudiant son évolution chez les amniotes et son expression au cours de l'amélogenèse chez le lézard Anolis carolinensis. Les séquences d'AMTN d'un grand nombre d'amniotes ont été extraites des bases de données ou obtenues par PCR, et analysées. Ces analyses ont mis en évidence différentes structures géniques et des acides aminés très conservés au cours de l'évolution. Cette conservation indique qu'ils sont essentiels à la structure ou à la fonction de la protéine. L'expression d'AMTN ainsi que celle d'AMEL, AMBN et ENAM ont été étudiées par hybridation in situ sur des coupes de mâchoires de lézard. La comparaison des patrons d'expression chez le lézard avec ceux décrits chez la souris a révélé des différences dans l'expression spatio-temporelle d'AMTN. De ce fait, afin de mieux comprendre l'évolution de ce gène, son expression a été étudiée chez un amphibien (Pleurodeles waltl) et un marsupial (Monodelphis domestica).Ces travaux suggère un lien entre l'évolution de la structure génique d'AMTN (perte d'exons et de domaines fonctionnels) et de son expression (précoce versus tardive) avec l'émergence de la structure prismatique de l'émail chez les mammifères. / Enamel formation requires the involvement of secretory calcium-binding phosphoproteins. Three of them, amelogenin (AMEL), ameloblastin (AMBN) and enamelin (ENAM), have been extensively studied in mammals. More recently, a fourth protein belonging to the same family has been identified: amelotin (AMTN). AMTN has only been studied in rodents and its role during amelogenesis remains unclear.The aim of this thesis is to extend the knowledge on AMTN by studying its evolution in amniotes and its expression in the lizard Anolis carolinensis.AMTN sequences from many amniote species have been extracted from databases or obtained by PCR, and analyzed. Those analyses allowed us to reveal differences in the gene structure and to highlight residues that were conserved during mammalian or amniote evolution. These conserved amino acids are essential to the structure and/or function of the protein.The expression of AMTN and of AMEL, AMBN and ENAM has been studied by in situ hybridization on lizard jaw sections. Comparison of the expression pattern of these genes during amelogenesis in the lizard with that described in rodents points to similarities (AMEL, AMBN and ENAM) but also to important differences, especially in the spatio-temporal expression of AMTN. In order to better understand AMTN evolution in tetrapods, I studied its expression in an amphibian (Pleurodeles waltl) and a marsupial (Monodelphis domestica).Taken together, these results suggest a link between the evolution of AMTN gene structure (loss of exons and of functional domains in mammals) and its expression (early in non-mammals versus late in mammals) with the emergence of prismatic structure of enamel in early mammals.

The evolutionary conserved Myb-MuvB (MMB) multiprotein complex has an essential role in transcriptional activation of mitotic genes. MMB target genes as well as the MMB associated transcription factor B-Myb and FoxM1 are highly expressed in a range of different cancer types. The elevated expression of these genes correlates with an advanced tumor state and a poor prognosis. This suggests that MMB could contribute to tumorigenesis by mediating overexpression of mitotic genes. Although MMB has been extensively characterized biochemically, the requirement for MMB to tumorigenesis in vivo remains largely unknown and has not been tested directly so far. In this study, conditional knockout of the MMB core member Lin9 inhibits tumor formation in vivo in a mouse model of lung cancer driven by oncogenic K-Ras and loss of p53. The incomplete recombination observed within tumors points towards an enormous selection pressure against the complete loss of Lin9. RNA interference (RNAi)-mediated depletion of Lin9 or the MMB associated subunit B-Myb provides evidence that MMB is required for the expression of mitotic genes in lung cancer cells. Moreover, it was demonstrated that proliferation of lung cancer cells strongly depends on MMB. Furthermore, in this study, the relationship of MMB to the p53 tumor suppressor was investigated in a primary lung cancer cell line with restorable p53 function. Expression analysis revealed that mitotic genes are downregulated after p53 re-expression. Moreover, activation of p53 induces formation of the repressive DREAM complex and results in enrichment of DREAM at mitotic gene promoters. Conversely, MMB is displaced at these promoters. Based on these findings the following model is proposed: In p53-negative cells, mitogenic stimuli foster the switch from DREAM to MMB. Thus, mitotic genes are overexpressed and may promote chromosomal instability and tumorigenesis. This study provides evidence that MMB contributes to the upregulation of G2/M phase-specific genes in p53-negative cells and suggests that inhibition of MMB (or its target genes) might be a strategy for treatment of lung cancer. / Der evolutionär konservierte Myb-MuvB (MMB) Multiproteinkomplex hat eine wesentliche Rolle in der transkriptionellen Aktivierung mitotischer Gene. Zielgene des MMB sowie die MMB assoziierten Transkriptionsfaktoren B-Myb und FoxM1 sind hoch exprimiert in einer Bandbreite verschiedener Krebsarten. Die erhöhte Expression dieser Gene korreliert mit einem fortgeschrittenen Tumorstadium und einer geringen Prognose. Das weißt auf darauf hin, dass MMB an der Tumorentstehung beteiligt sein könnte indem es die Überexpression mitotischer Gene fördert. Obwohl MMB biochemisch eingehend untersucht wurde, ist die Erfordernis von MMB zur Tumorentstehung in vivo weitestgehend unbekannt und wurde bisher nicht direkt getestet. In dieser Studie hemmt der konditionale Knockout der MMB Kerneinheit Lin9 die Tumorbildung in vivo in einem Lungenkrebs-Mausmodell angetrieben durch onkogenes K-Ras und den Verlust von p53. Die unvollständige Rekombination welche in Tumoren beobachtet wurde deutet auf einen starken Selektionsdruck gegen den kompletten Verlust von Lin9 hin. Die Verminderung von Lin9 und der MMB- assoziierten Untereinheit B-Myb durch RNAi-Interferenz (RNAi) liefert Beweise dafür, dass MMB für die Expression mitotischer Gene in Lungenkrebszellen notwendig ist. Zudem wurde gezeigt, dass das Zellwachstum von Lungenkrebszellen stark von MMB abhängig ist. Weiterhin wurde der Zusammenhang zwischen MMB und dem p53-Tumorsuppressor in einer primären Lungenkrebszelllinie mit wiederherstellbarer p53-Funktion untersucht. Expressionsanalysen zeigen, dass mitotische Gene nach Re-expression von p53 runterreguliert werden. Außerdem induziert die Aktivierung von p53 die Bildung des repressiven DREAM-Komplexes und führt zu einer Anreicherung von DREAM an Promotoren mitotischer Gene. Im Gegenzug wird MMB an den Promotoren verdrängt. Basierend auf den Ergebnissen wird das folgende Model vorgeschlagen: In p53- negativen Zellen begünstigen mitogene Reize den Wechsel von DREAM zu MMB. Dadurch werden mitotische Gene überexprimiert und können so chromosomale Instabilität und Tumorentstehung fördern Diese Studie liefert Hinweise, dass MMB an der Hochregulation G2/M- Phasenspezifischer Gene in p53-negativen Zellen beteiligt ist und dass die Hemmung von MMB (oder seiner Zielgene) eine Strategie zur Behandlung von Lungenkrebs sein könnte.

The evolutionary conserved Myb-MuvB (MMB) multiprotein complex is a transcriptional master regulator of mitotic gene expression. The MMB subunits B-MYB, FOXM1 as well as target genes of MMB are often overexpressed in different cancer types. Elevated expression of these genes correlates with an advanced tumor state and a poor prognosis for patients. Furthermore, it has been reported that pathways, which are involved in regulating the mitotic machinery are attractive for a potential treatment of cancers harbouring Ras mutations (Luo et al., 2009). This suggest that the MMB complex could be required for tumorigenesis by mediating overactivity of mitotic genes and that the MMB could be a useful target for lung cancer treatment. However, although MMB has been characterized biochemically, the contribution of MMB to tumorigenesis is largely unknown in particular in vivo. In this thesis, it was demonstrated that the MMB complex is required for lung tumorigenesis in vivo in a mouse model of non small cell lung cancer. Elevated levels of B-MYB, NUSAP1 or CENPF in advanced tumors as opposed to low levels of these proteins levels in grade 1 or 2 tumors support the possible contribution of MMB to lung tumorigenesis and the oncogenic potential of B-MYB.The tumor growth promoting function of B-MYB was illustrated by a lower fraction of KI-67 positive cells in vivo and a significantly high impairment in proliferation after loss of B-Myb in vitro. Defects in cytokinesis and an abnormal cell cycle profile after loss of B-Myb underscore the impact of B-MYB on proliferation of lung cancer cell lines. The incomplete recombination of B-Myb in murine lung tumors and in the tumor derived primary cell lines illustrates the selection pressure against the complete loss of B-Myb and further demonstrats that B-Myb is a tumor-essential gene. In the last part of this thesis, the contribution of MMB to the proliferation of human lung cancer cells was demonstrated by the RNAi-mediated depletion of B-Myb. Detection of elevated B-MYB levels in human adenocarcinoma and a reduced proliferation, cytokinesis defects and abnormal cell cycle profile after loss of B-MYB in human lung cancer cell lines underlines the potential of B-MYB to serve as a clinical marker. / Der evolutionär konservierte Myb-MuvB (MMB) Multiproteinkomplex ist ein transkriptionaler Meisterregulator der mitotischen Genexpression. Die MMB Untereinheiten B-MYB, FOXM1 und ihre Zielgene sind oft überexprimiert in verschiedenen Krebsarten. Die erhöhte Expression dieser Gene korreliert mit einem fortgeschrittenen Tumorstadium und einer schlechten Prognose für Patienten. Außerdem wurde berichtet, dass Signalwege, die die Mitosemaschinerie betreffen, reizvoll sind als mögliches Target für die Behandlung von Ras mutierten Krebsarten (Lao et al., 2009). Dies weißt auf darauf hin, dass der MMB Komplex an der Tumorentstehung beteiligt sein könnte, indem er die Überexpression mitotischer Gene fördert und damit ein geeignetes Target zur Behandlung von Krebs darstellen könnte. Obwohl der MMB biochemisch eingehend untersucht wurde, ist die Beteiligung des MMB an der Tumorgenese weitestgehend unbekannt speziell in vivo. In dieser Doktorarbeit wurde anhand eines NSCLC Mausmodells gezeigt, dass der MMB für die Lungentumorgenese in vivo erforderlich ist. Erhöhte Level von B-MYB, NUSAP1 oder CENPF in fortgeschrittenen Tumoren und im Gegenzug niedrigen Leveln in Grad 1 und 2 Tumoren unterstreichen die mögliche Beteiligung des MMB an der Lungentumorgenese und das onkogene Potential von B-MYB. Die Tumorwachstum-fördernde Funktion von B-MYB wurde veranschaulicht durch eine geringere Anzahl an KI-67 positiven Zellen in vivo und einem signifikant hohen Beeinträchtigung der Proliferation nach dem Verlust von B-MYB in vitro. Defekte in der Zytokinese und ein abnormales Zellzyklusprofil nach dem Verlust von B-MYB heben den Einfluss von B-Myb auf die Proliferation von Lungenkrebszelllinien hervor. Die unvollständige Rekombination von B-Myb in murinen Lungentumoren und den daraus hergestellten primären Tumorzelllinien veranschaulichen den Selektionsdruck auf den kompletten Verlust von B-MYB und zeigen zusätzlich, dass B-MYB ein für den Tumor essentielles Gen ist. Im letzten Teil der Doktorarbeit konnte die Beteiligung des MMB auf die Proliferation auf Lungenkrebszellen gezeigt werden durch den Verlust von B-MYB durch RNAi-Interferenz (RNAi). Detektion erhöhter B-Myb Level in humanen Adenokarzinomen und eine verminderte Proliferation, Zytokinese-Defekte und ein abnormales Zellzyklusprofil nach B-MYB Verlust in humanen Lungenkrebszelllinien unterstreichen das Potential von B-MYB als klinischer Marker zu fungieren.

Der Hörsinn ist für uns Menschen von entscheidender Bedeutung, um mit der Umwelt kommunizieren zu können. Hörstörungen werden dabei in sensorineurale Erkrankungen der neuronalen Strukturen und nicht-sensorineurale Schallleitungsschwerhörigkeiten unterschieden. In der vorliegenden Studie sollte es darum gehen zu untersuchen, inwiefern ein neues konditionelles Mausmodell, die Brn3.1 IRES Cre Maus, und ein bestehendes Mausmodell, die pmn-Maus, sich eignen, um die Erkrankung der auditorischen Neuropathie nachzubilden. Die Brn3.1 IRES Cre Maus wurde zur Evaluation der Expression von Cre-Rekombinase unter der Aktivität des Brn3.1 Promotors mit gefloxten Reporter-Mauslinien verkreuzt. Die pmn-Maus ist ein anerkanntes Modell einer Motoneuronerkrankung, hatte aber in vorherigen Untersuchungen erhöhte Hörschwellen gezeigt. Alle verwendeten Mauslinien wurden mittels ABR und DPOAE frequenzspezifisch untersucht, um die Funktion der Haarzellen im Corti´schen Organ zu evaluieren. Bei der pmn-Linie wurden die audiologischen Untersuchungen wöchentlich zwischen P21 und P35 durchgeführt. Zusätzlich wurde das Corti´sche Organ zu diesen Zeitpunkten morphologisch untersucht. Es zeigte sich, dass alle verwendeten Mauslinien unauffällige Hörschwellen verglichen zur Backgroundlinie C57BL/6 hatten sowie DPOAE-Antworten zeigten. Die Verkreuzung der Brn3.1 IRES Cre Linie mit den beiden Reporterlinien zeigte eine nachweisbare Cre-Rekombinase-Expression unter der Aktivität des Brn3.1 Promotors nur an den postnatalen Tagen P14 und P21. Diese Expression erfolgte mosaikartig in den äußeren Haarzellen. Mit Hilfe einer RT-PCR wurde eine Diskrepanz zwischen Genotyp und Expression des Reporterproteins im Gewebe festgestellt. Dies ließ vermuten, dass die Expression von Cre-Rekombinase durch gene silencing Prozesse unterdrückt wurde und Brn3.1 als Promotor nicht leistungsstark genug war, um eine Cre-Rekombinase-Expression steuern zu können. Die pmn-Linie zeigte in ABR-Untersuchungen bereits zum Zeitpunkt P21 erhöhte Hörschwellen in allen untersuchten Frequenzen im Vergleich zum Wildtyp. DPOAE-Antworten waren in der pmn-Linie nur bedingt auslösbar. Es zeigte sich in der morphologischen Evaluation ein Verlust von äußeren Haarzellen über die gesamte Länge des Corti´schen Organes. Durch einen TUNEL-Assay konnte das Absterben dieser Zellen durch apoptotische Vorgänge nachgewiesen werden. Der pmn-Phänotyp entsteht durch eine Mutation im TBCE Gen. Dieses Gen kodiert für ein Protein, welches einen stabilisierenden Einfluss auf die Organisation der Mikrotubuli hat. Die TBCE-Verteilung im Corti´schen Organ zeigte, dass dieses hauptsächlich in den äußeren Haarzellen und inneren Stützzellen exprimiert wird und damit wahrscheinlich einen bedeutenden Einfluss auf die Erhaltung der Haarzellen hat. Eine Analyse des Hörnervs zeigte einen Verlust von Mikrotubuli. Neben diesen in vivo Untersuchungen sollte außerdem eine gliazellfreie Kultur von dissoziierten auditorischen Neuronen etabliert werden. Hierfür wurden mehrere Faktoren einer Primärzellkultur in Bezug auf ihren Einfluss auf die Gesamtzellzahl, den prozentualen Neuronanteil und die Axonlänge der Neurone untersucht. Das Medium, die Beschichtung des Zellkulturgefäßes, die Gabe von Neurotrophinen/Zytokinen und der Einsatz eines Zytostatikums wurden separat untersucht. Es zeigte sich, dass das Medium, die Beschichtung und Neurotrophin-/Zytokingabe hauptsächlich einen Einfluss auf das axonale Längenwachstum von Neuronen haben. Den Prozentsatz der Neurone beeinflusste nur der Einsatz des Zytostatikums Cytosin-β-D-arabinofuranosid (AraC) signifikant. Die Ergebnisse wurden auch im Zusammenhang mit der reellen Neuronanzahl in Kultur gesehen. Es ergab sich weiterhin eine Präferenz für DMEM- über NB-Medium sowie für zusätzliche Lamininbeschichtung, für den Einsatz des Zytokins LIF gegenüber den neurotrophen Faktoren BDNF und NT-3 und die Gabe des Zytostatikums AraC ab Tag 2 nach Ausplattierung in einer Konzentration von 5-10 µM. Ein kombinatorischer Einsatz dieser Präferenzen spiegelte in Summe die Ergebnisse der Versuchsreihen Neurotrophine/Zytokin und AraC wieder. Der Anteil der Neurone in der Kultur konnte im Durchschnitt auf 10-12 % gesteigert werden. Eine Verschiebung des Glia-/Neuronenanteils zugunsten letzterer ist vermutlich nur durch den Einsatz weiterer Faktoren oder anderer Methoden möglich. Die untersuchten Mausmodelle zeigten auf Grund der Untersuchungsergebnisse nur teilweise Ähnlichkeiten mit der Erkrankung der auditorischen Neuropathie. Die Erkenntnisse zur pmn-Mauslinie über das frequenzspezifische Hörvermögen und die morphologische Degeneration im Corti´schen Organ im altersabhängigen Verlauf können aber hilfreich sein, um neben der motorischen auch die sensorische Degeneration dieser Pathologie besser zu verstehen. Zudem konnten auch umfassende Erkenntnisse für die Kultur von dissoziierten auditorischen Neuronen der Maus in Bezug auf verschiedene Variablen erhalten werden. / As one of the five senses the aural sense is the most essential part for human interactions and communication. Disturbances of this sense are differentiated into non-sensorineural disorders with a disturbed sound transmission, and sensorineural ones, which affect the neural structures of the ear. The actual study was focused on the question if a newly generated mouse model, the Brn3.1 IRES Cre mouse, and an established line, the pmn-mouse, were suitable to simulate the pathology of auditory neuropathy. The Brn3.1 IRES Cre mouse was crossbred with flox reporter mouse lines to evaluate the expression of Cre recombinase under the activity of the Brn3.1 promotor. The pmn-mouse is the existing murine model of a motoneuron disease, but showed elevated hearing thresholds in previous studies. All used lines were audiologically tested at different frequencies using ABR and DPOAE to evaluate the functional status of the hair cells in the organ of Corti. These evaluations were done in the pmn-line weekly from P21 to P35. At those time points the organ of Corti was also evaluated morphologically. The study showed that all used mouse lines showed normal hearing thresholds compared to the background line C57BL/6 and displayed DPOAE answers. In F1 offspring of Brn3.1 IRES Cre crossbred with the LacZ reporter line Cre recombinase expression under Brn3.1 promotor activity was observed at P14 and P21. Expression was mosaic-like in outer hair cells and limited to the aforementioned time points. Using RT-PCR is was possible to show a discrepancy between genotype and expression of the reporter protein in the tissue. It was assumed, that expression of Cre recombinase was suppressed by gene silencing processes and Brn3.1 was not potent enough to drive sufficient Cre recombinase expression. The audiological evaluation of the pmn-line showed already at P21 elevated hearing thresholds compared to wildtype mice. DPOAE answers could be elicited only in certain frequencies in pmn-mice. Morphological analysis showed a loss of outer hair cells spanning the whole length of the organ of Corti at all phases. A TUNEL assay showed that the hair cells died by apoptosis. The pmn-phenotype is characterized by a mutation in the TBCE gene, a protein responsible for organization of microtubules. A distribution analysis showed that TBCE in the organ of Corti was mainly expressed in the outer hair cells as well as the inner pillar cells and thus likely influences the maintenance of these structures. The auditory nerves of the pmn-mice also displayed some loss of microtubules. Additionally to the in vivo evaluation, it was tried to establish a glial cell free culture of dissociated spiral ganglia neurons. Therefore several factors of a primary cell culture were evaluated concerning their influence on overall cell number, percentage of neurons and neuritic outgrowth. To establish a glial cell free culture of dissociated spiral ganglia neurons, the variables media, coating, neurotrophins/cytokines and use of a cytostatic were evaluated separately. While the first three mentioned mainly influenced the neurite outgrowth in culture, the last one increased the percentage of neurons. The results were checked against the real number of neurons in culture. The results yielded a preference for DMEM over NB medium, as well as for additional laminin coating, the use of the cytokine LIF over the neurotrophins BDNF and NT-3 and the application of the cytostatic cytosine-β-D-arabinofuranosid at a concentration of 5-10 µM from day 2 after plating. Combining these preferences yielded similar results to those of the test series of neurotrophins/cytokines and cytostatic. The percentage of neurons in culture could be increased to an average of 10-12 %. A shift of the glial cell/neuron percentage in favor of the latter seems to need the addition of further factors or the use of other methods. The results showed, that the mouse lines evaluated in this study did not resemble pathologies fully comparable to those of auditory neuropathy. However, further information on the pmn-mouse line concerning frequency-specific hearing thresholds and morphologic degeneration in the organ of Corti in a time dependent manner could be gathered. This may be helpful to better understand sensory next to motor neuron degeneration in this pathology. Furthermore comprehensive results could be gained for the culture of dissociated spiral ganglia neurons concerning different variables.