Wirbeltierskelette stehen seit langem im Fokus vieler wissenschaftlicher Disziplinen sowie kultureller Überlieferungen, und dies hängt wahrscheinlich mit der erstaunlichen Fähigkeit des Skeletts zusammen, den Tod zu überdauern und der Zersetzung zu widerstehen. Es ist diese Widerstandsfähigkeit des Knochens, die es uns ermöglicht, Evolution der Wirbeltiere anhand des Fossilberichts zu analysieren. Knochengewebe macht heute den Großteil der Wirbeltierskelette aus, doch über den evolutionären Ursprung von Knochen ist wenig bekannt, insbesondere was seine zelluläre Zusammensetzung angeht. Das übergreifende Thema dieser Arbeit ist es, die Evolution von mineralisiertem Gewebe mit besonderem Schwerpunkt auf Knochengewebe besser zu verstehen. Dies geschieht durch verschiedene Methoden von der traditionellen externen Morphologie über die Histologie bis hin zur Röntgen-Computertomographie und schließlich durch die Entwicklung der neuartigen fokussierten Ionenstrahl-Tomographie-Technik (FIB-SEM). Mit Hilfe dieser Methoden wird versucht, die Mikrostruktur fossilen Knochens zu verstehen und aus ihr abzuleiten, wie die heute erkennbarenMorphologien und Physiologien des Knochens entstanden sind. Die zweite Hälfte dieser Arbeit befasst sich mit Paläopathologien und wie sie unser Verständnis der normalen Physiologie durch die Dokumentation pathologisch veränderter Fossilien erweitern können. / Vertebrate skeletons have long been the focus of many scientific disciplines as well as cultural lore, and this is likely due to the amazing ability for the skeleton to survive death and decomposition. It is this resiliency of bone that allows us to to analyze the evolution of vertebrate life in the fossil record. Bone tissue makes up the majority of vertebrate skeletons today, yet little is known about its developmental origins, particularly when it comes to the cellular composition. In this thesis the overarching theme is to better understand the evolution of mineralized tissue with a particular emphasis on bone tissue. This is done through several methodologies from traditional external morphology, to histology, to X-ray computer tomography, and finally with a development of a novel focused ion beam (FIB-SEM) tomography technique. These methods are all employed as an attempt to understand the microstructure of fossil bone from early jawless vertebrates to amniotes and thus deduce how the morphologies and physiologies ascribed to bone today have come about. The second half of this thesis deals with osseous paleopathologies and how they can inform our understanding of normal physiology through the documentation of aberrant fossils.

Die Anordnung von Tiergenomen in topologisch assoziierten Domänen (TADs) spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulation von Genen. Diese TADs sind Bereiche mit erhöhter Interaktion, die durch kontaktarme Zonen getrennt sind. In Wirbeltieren erfolgt die Bildung von TADs durch die Bindung von Kohäsin und CTCF (CCCTC-bindender Faktor) im Rahmen eines dynamischen Prozesses namens Loop-Extrusion. Dieser Prozess erzeugt Chromatinschleifen, die gestoppt werden, wenn sie auf CTCF-Proteine in einer spezifischen Ausrichtung treffen. Obwohl CTCF in den meisten Bilaterien stark konserviert ist, wurde seine globale architektonische Funktion in Fliegen bisher nicht erforscht. In dieser Studie wurde ein innovativer Ansatz entwickelt, um die evolutionären Aspekte der CTCF-vermittelten 3D-Chromatinorganisation zu untersuchen. Die Auswirkungen des Austauschs von CTCF-Orthologen innerhalb der Bilateriengruppe auf Lebensfähigkeit, Phänotypen, Genexpression, Genomarchitektur und genomweite Bindungsmuster wurden analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die nicht-vertebraten Chordatiere C. robusta, unabhängig von der Anwesenheit von CTCF, keine herkömmlichen TAD-Strukturen aufweisen. Dennoch kann das Ciona-Ortholog als Transkriptionsfaktor fungieren, um die Expression bestimmter Gene und die Lebensfähigkeit wiederherzustellen, die bei vollständigem CTCF-Verlust in embryonalen Stammzellen der Maus dysreguliert sind. Dies deutet darauf hin, dass CTCF eine konservierte Rolle als Transkriptionsregulator hat, die über seine bekannte Funktion als architektonisches Protein in einigen Arten hinausgeht. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um festzustellen, ob CTCF in Ciona das Genom in seiner nativen Umgebung bindet und die Bindung von Kohäsin aufrechterhält. Die Unfähigkeit des CTCF-Orthologs der Maus, Chromatinschleifen im Genom der Fruchtfliege zu erzeugen, legt nahe, dass die Wirbeltier-Version von CTCF allein nicht für eine funktionelle Schleifen-Extrusion ausreicht. Es könnte notwendig sein, dass sie mit Fliegen-Kohäsin oder spezifischen Kofaktoren kompatibel ist. Die Studie zeigt auch subtile Unterschiede in den Bindungsmotiven von CTCF zwischen den Arten. Während die Orthologe der Chordatiere ähnliche Motivstrukturen aufweisen, zeigt das Fliegen-Ortholog eine abweichende Musterpräferenz. Diese Erkenntnisse verdeutlichen die evolutionären Verschiebungen in den Bindungsvorlieben von CTCF in pan-chordaten Linien. Zusammenfassend bietet diese Forschung wertvolle Einblicke in die evolutionäre Bewahrung und funktionelle Divergenz von CTCF-vermittelten Chromatin-Kontakten bei Bilaterien. Sie betont die Bedeutung artspezifischer Faktoren und koevolutionärer Dynamiken bei der Gestaltung der Chromatinorganisation und Genregulation. Weitere Untersuchungen an verschiedenen Arten sind entscheidend, um die Entstehung und Bewahrung der CTCF-vermittelten Chromatinarchitektur im Verlauf der Evolution genau zu verstehen. / The three-dimensional organization of animal genomes, known as topologically associating domains (TADs), is crucial for controlling gene activity. TADs are regions with increased genetic interactions, separated by zones with fewer contacts. In vertebrates, the formation of TADs involves a dynamic process called loop extrusion, where cohesin and CTCFs bind to the chromatin. This process creates chromatin loops, with cohesin complexes pausing when they encounter CTCF molecules in a specific orientation. However, although CTCF is highly conserved among bilaterian species, its vital role in organizing genomes spatially has not been observed in invertebrates like flies. This study investigates the chromatin structure in Ciona robusta, a chordate species situated evolutionarily between well-studied organisms like mice and fruit flies. A unique approach was developed to explore the evolution of CTCF as a mediator of three-dimensional chromatin organization. By swapping CTCF orthologs from representative species across the bilaterian group, the research examined their impact on viability, traits, gene expression, genome architecture, and binding patterns across the genome. The findings indicate that Ciona robusta, a non-vertebrate chordate, lacks typical TAD structures, even in the presence of CTCF. However, although the Ciona ortholog cannot create TADs in mouse embryonic stem cells, it can act as a transcription factor, restoring the expression of specific genes and viability in cases of complete CTCF loss. This suggests that CTCF serves a conserved role as a transcription regulator, beyond its recognized role as a structural component in some species. Furthermore, when the mouse ortholog of CTCF was introduced into the fruit fly genome, it failed to induce the formation of chromatin loops, suggesting that the vertebrate version of CTCF alone is insufficient for effective loop extrusion. Additionally, the study revealed subtle differences in CTCF's binding motif preferences between species. While chordate orthologs shared similar motif structures, the fly ortholog had a distinct pattern. These findings underscore the evolutionary changes in CTCF binding preferences among chordate lineages. In summary, this research offers valuable insights into the evolutionary preservation and functional differences in CTCF-mediated chromatin interactions in bilaterian species. It highlights the significance of species-specific factors and co-evolutionary dynamics in shaping chromatin organization and gene regulation.

Variationen in der Genexpression spielen eine zentrale Rolle bei der evolutionären Divergenz, die zur Speziation führt. Dies wird durch Veränderungen sowohl in nicht-kodierenden cis-wirkenden regulatorischen Elementen (CREs) wie Promotoren und Enhancern als auch in trans-wirkenden regulatorischen Elementen bestimmt. Veränderungen in den regulatorischen Sequenzen können Entwicklungsmuster verändern und wirken als eine der treibenden Kräfte der Evolution der Genexpression. Hier untersuche ich die Anwendung der Einzelzell-Multiomik in der evolutionären vergleichenden Genomik, wobei der Schwerpunkt auf den funktionellen Auswirkungen der Divergenz bei cis-regulatorischen Elementen liegt. Unter Verwendung von Hybrid-Embryonen von Drosophila melanogaster und sechellia generiere ich ein diploides Referenzgenom und führe allelspezifische Einzelzellanalysen von scRNA-seq und scATAC-seq durch. Zusammen können diese beiden komplimentären Ansätze einen integrativen Überblick über die Transkription und die Zugänglichkeit des Chromatins liefern, wodurch CREs identifiziert und mit allelspezifischen Veränderungen in den Genen, die sie regulieren, in Verbindung gebracht werden können. Die computergestützte Rekonstruktion verschiedener Zellidentitäten durch Clustering einzelner Zellen ermöglicht es uns auch zu untersuchen, wie sich das Allel-Ungleichgewicht während der Zelltyp-Spezifikation räumlich verändern kann. Im Gegensatz zu früheren Forschungsarbeiten stelle ich fest, dass Gene, die an der Entwicklung und Musterbildung beteiligt sind, ein unterschiedliches allelisches Ungleichgewicht in der Expression und Zugänglichkeit über die Zelltypen hinweg aufweisen. Diese Arbeit zeigt das Potenzial der Kombination von Einzelzell-Multiomik und artübergreifenden Vergleichen in der vergleichenden Genomik und wirft ein neues Licht auf die Rolle von cis-regulatorischen Elementen in der adaptiven Evolution. / Variation in gene expression plays a pivotal role in the evolutionary divergence that leads to speciation. This is determined by changes in both non-coding cis-acting regulatory elements (CREs) like promoters and enhancers, as well as trans-acting regulatory elements. Changes in regulatory sequences can alter developmental patterns, acting as one of the driving forces behind gene expression evolution. However, poor sequence conservation of CREs makes it challenging to identify them and link changes in regulatory sequences to new phenotypes. Here, I explore the application of single cell multiomics in evolutionary comparative genomics, with a focus on functional effects of divergence in cis-regulatory elements. Using hybrid embryos of Drosophila melanogaster and Drosophila sechellia, I generate a diploid reference genome and conduct single cell allele-specific analysis of scRNA-seq and scATAC-seq data. Together, these two assays can provide an integrative read-out of transcription and chromatin accessibility, allowing CREs to be identified and linked to allele-specific changes (allelic imbalance) in the genes they regulate. The computational reconstruction of different cell identities via single cell clustering also allows us to investigate how allelic imbalance may vary spatially during cell-type specification. In contrast to previous research, I find that genes involved in development and patterning display differential allelic imbalance in expression and accessibility across cell types. In addition, I investigate the role of neurodevelopmental allelic imbalance in the sechellia lineage and identify candidate genes for sechellia-specific adaptations. While highlighting current computational limitations, this thesis demonstrates the potential of combining single cell multiomics and cross-species comparisons in comparative genomics and shedding new light on the role of cis-regulatory elements and mechanisms of adaptive evolution.

Diese Arbeit stellt eine umfassende Reihe von Fallstudien zur Taxonomie, Systematik und Evolution von zwei sehr unterschiedlichen Gruppen von Süßwasserschnecken aus China zusammen, der Familie Viviparidae und der Überfamilie Truncatelloidea. Auf der Grundlage eines integrativen Ansatzes, der Morphologie, Anatomie, molekulare Methoden, Ökologie und Biogeographie kombiniert, liefert die vorliegende Arbeit eine Reihe systematischer Revisionen und die bisher vollständigste Liste gültiger Arten der Viviparidae aus China. Innerhalb der Viviparidae werden in der vorliegenden Arbeit zwei neue Gattungen, neun neue rezente Arten, eine neue fossile Art, 11 neue Kombinationen und ein neues Synonym vorgeschlagen. Die phylogenetische Position der neuen Taxa innerhalb der Viviparidae wird diskutiert. In Bezug auf die Truncatelloidea liefert die vorliegende Arbeit die erste fossil kalibrierte Phylogenie auf der Grundlage von fünf Genen, die die meisten existierenden Familien der Truncatelloidea abdeckt. Eine neue Familie, eine neue Gattung und zwei neue Arten, die alle in China endemisch sind, werden hier beschrieben. Die seit mehr als einem Jahrhundert verschollene sessile Süßwasserschnecke Helicostoa ist wiederentdeckt und hier erstmals systematisch untersucht worden. Neben ihrer sessilen Lebensweise im Süßwasser stellt die neue Helicostoa-Art einen der bemerkenswertesten Fälle von Sexualdimorphismus bei Mollusken dar. Die fossil kalibrierte Phylogenie der Truncatelloidea deutet darauf hin, dass die einzigartige schnecken aus dem Fuxian-See eine neue Art innerhalb einer neuen Familie, der Squamapicidae fam. nov., sein sollte. Die datierte Phylogenie zeigt, dass diese neue Familie ihren Ursprung im Tethys-Ozean während der späten Kreidezeit hat. Insgesamt werden in dieser Arbeit nicht nur viele Taxa der Süßwasserschnecken aus China revidiert und beschrieben, sondern es wird auch ein robusterer systematischer Rahmen für diese beiden alten Schneckengruppen geschaffen. / This thesis compiles a comprehensive set of case studies on the taxonomy, systematics and evolution of two most diverse groups of freshwater gastropods from China, family Viviparidae and superfamily Truncatelloidea. Based on an integrative approach combining morphology, anatomy, molecular methods, ecology and biogeography, the present thesis provides a series of systematic revisions and the most complete list of valid species of Viviparidae from China so far. Within Viviparidae, two new genera, nine new extant species, one new fossil species, 11 new combiniations and one new synonym are proposed in the present thesis. The phylogenetic position of the new taxa within Viviparidae is discussed based on molecular phylogenetic trees. With regard to Truncatelloidea, the present thesis provides the first fossil calibrated phylogeny based on five genes, covering most extant families of Truncatelloidea. One new family, one new genus and two new species all endemic to China are proposed herein. The sessile freshwater gastropod Helicostoa lost for more than a century is rediscovered and systematically studied for the first time. Besides its sessile life style in freshwater, the new species of Helicostoa represents one of the most remarkable cases of sexual dimorphism within molluscs. The fossil calibrated phylogeny of Truncatelloidea suggests that the unique freshwater microgastropod species from Fuxian Lake of China should be a new species of a new genus within a new family, Squamapicidae. fam. nov.. The dated phylogeny reveals that this new family of freshwater gastropods originated in the Tethys Ocean during the Late Cretaceous. This thesis not only revises and describes many taxa of Viviparidae and Truncatelloidea from China, but also provides a more robust systematic frameworks for these two ancient snail groups. It also reveals several interesting cases of species radiations and evolutionary innovations, which contribute to a better understanding of their evolution.

Störungen der zirkadianen Uhr beeinflussen zelluläre Prozesse wie Transkription, Zellzyklus und Stoffwechsel und können Tumorentstehung fördern. Unsere Studien untersuchten die Auswirkungen solcher Störungen auf die Krebsentwicklung durch Herunterregulation oder Ausschalten von Kern-Uhrgenen wie BMAL1 (ARNTL), PER2 oder NR1D1. Wir verwendeten in vitro- und in vivo-Modellen mit Darmkrebszelllinien HCT116, SW480 und SW620. Diese Manipulationen veränderten die zirkadiane Expression von MYC, WEE1 und TP53 (wichtig für Zellzyklus und Apoptose) sowie MACC1 (verbunden mit epithelial-mesenchymaler Transition und Metastasierung). Diese Veränderungen beeinflussen Zellproliferation, Apoptose, Migration und Invasion. Das Ausschalten von NR1D1 verringerte die Zellbeweglichkeit in vitro und reduzierte die Mikrometastasenbildung in vivo, begleitet von geänderten SNAI1 und CD44-Expressionen. MACC1 wird in HCT116-Wildtypzellen zirkadian exprimiert, was nach dem Ausschalten der Kern-Uhrgene gestört war. Wir identifizierten außerdem eine MACC1-NR1D1-Protein-Interaktion, die eine neue Regulierungsachse bei der Darmkrebsprogression darstellt. Unsere Daten zeigen, dass MACC1-Modulation den zirkadianen Phänotyp und Krebsfortschritt beeinflusst. MACC1-Knockout reduzierte die BMAL1-Oszillationsperiode, während seine Überexpression den gegenteiligen Effekt hatte. Dieses Zusammenspiel unterstreicht die Komplexität der Mechanismen bei Darmkrebs und die Rolle der zirkadianen Uhr bei der Metastasierung. Unsere Ergebnisse heben die Rolle von Kern-Uhrgenen bei Krebsprozessen wie Migration und Invasion hervor und bieten Einblicke in das MACC1-zirkadiane Uhr-Zusammenspiel in Darmkrebs. Zukünftige Forschungen könnten chronotherapeutische Strategien entwickeln, um Krebsbehandlungen zu personalisieren und zu verbessern. / Disruptions of the circadian clock affect cellular processes like transcription, cell cycle, and metabolism, potentially triggering tumorigenesis. Our studies examined the effects of these disruptions on cancer by downregulating or knocking out core-clock genes BMAL1 (ARNTL), PER2, or NR1D1. For this, we used in vitro and in vivo models with colorectal cancer (CRC) cell lines HCT116, SW480, and SW620. Core-clock gene manipulations altered circadian expression of MYC, WEE1, TP53 (involved in cell cycle and apoptosis), and MACC1 (linked to epithelial-mesenchymal transition and metastasis formation), affecting proliferation, apoptosis, migration, and invasion. NR1D1 knockdown reduced cell motility in vitro and decreased micrometastasis formation in vivo, with altered SNAI1 and CD44 expression. Furthermore, we showed that MACC1 is circadian expressed in HCT116 wild-type cells, and that its rhythmic expression is disrupted after core-clock gene knockout. We also found MACC1-NR1D1 protein-protien interactions, suggesting a new regulatory axis in CRC progression. Our data show MACC1 modulation impacts the circadian clock phenotype and cancer progression. Remarkably, MACC1 knockout reduced BMAL1 promoter oscillation period, while its overexpression had the opposite effect. This interplay highlights the circadian clock complexity and its role in CRC metastasis. Our findings underscore vital roles for core-clock genes in cancer processes like migration and invasion, providing insights into MACC1-circadian clock interplay in CRC. Future research may develop chronotherapeutic strategies for more personalized and effective treatments.

Die Atyidae sind eine artenreiche Familie weit verbreiteter Süßwassergarnelen, zu der sowohl landumschlossene als auch amphidrome Arten gehören. Ein großer Teil der Atyidae ist im Indopazifik verbreitet, einer Region, die für ihre geologisch komplexe Geschichte bekannt ist. Die Evolution der Atyidae in Kombination mit der Taxonomie, die bis ins frühe 19. Jahrhundert zurückreicht, führt zu einem hohen Maß an taxonomischer Unsicherheit. Das zeigt sich darin, dass über 70 % der Artenvielfalt in einer Gattung – aus insgesamt 54 der gesamten Familie – enthalten sind. Diese Gattung, Caridina, ist nicht monophyletisch. Eine vollständige Überarbeitung fehlt jedoch noch aus mehreren Gründen; darunter unvollständige Kenntnisse über entsprechende Verwandtschaftsverhältnisse, das Abwägen zwischen der Arbeit mit Museumsexemplaren und dem Sammeln im weiten Verbreitungsgebiet der Familie sowie die Plastizität ihrer Morphologie. Ich führe eine Meta-Analyse der Biogeographie der Landmassen innerhalb der Grenzen des Indischen Ozeans durch. Die bei mehreren Taxa festgestellten Tendenzen belegen, dass die physische Verbindung zwischen den Landmassen für die Ausbreitung weniger wichtig war als der durch ökologische Bedingungen ausgeübte Druck. Dann vergleichen wir Extraktionsmethoden, abwägend zwischen DNA-Ausbeute und -Integrität sowie Probenkonservierung. Wir zeigen, dass die Maximierung der DNA-Ausbeute durch Ganzkörperlyse jedoch möglich ist, ohne die Merkmale im Exoskelett zu beschädigen. Abschließend verwenden wir einen Exon-Capture-Ansatz, um eine zeitkalibrierte Phylogenie der artenreichsten Gruppe innerhalb der Atyidae, d. h. Caridina und ihrer Verwandten, zu erstellen. Wir erläutern Details über die Evolution lebensgeschichtlicher Merkmale sowie der Biogeographie und zeigen, dass die Geschichte der Familie eng mit dem Indopazifik verbunden ist und schaffen einen robusten phylogenomischen Rahmen, der zukünftige Bemühungen zur Überarbeitung der Familie erleichtern wird. / The Atyidae is a speciose family of widely distributed freshwater shrimps that includes landlocked and amphidromous species. A large portion of the atyid diversity is distributed in the Indo-Pacific, a region known for its geologically complex history. Its evolution combined with a vast distribution range and a taxonomy that dates back to the early nineteenth century amounts to a high degree of taxonomic uncertainty, which is illustrated by the fact that over 70% of its diversity is contained within one genus out of the 54 in the family. This genus, Caridina, is not monophyletic, but a full revision is still lacking for several reasons, including incomplete knowledge about its relationships, the compromise between working with museum specimens and collecting new specimens along its wide distribution, and the plasticity of its morphology. My coauthors and I conduct a meta-analysis of the historical biogeography of the landmasses within the boundaries of the Indian Ocean. Trends shown by multiple taxa demonstrate that physical connectivity between said landmasses is less important to dispersal than the pressure exerted by ecological conditions. Then, we compare extraction methods in terms of the trade-off between DNA yield and integrity and specimen preservation. We show that, whereas traditional extraction methods are still useful to obtain viable DNA from museum samples a few decades old, maximising the DNA yield through whole-body lysis is possible without damaging characters in the exoskeleton. Finally, we proceed to use an exon-capture approach to produce a time-calibrated phylogeny of the most diverse group in Atyidae, i.e., Caridina and their kin. We reveal details about the evolution of life history traits as well as biogeography, showing that the history of the family is intimately linked to the Indo-Pacific and constructing a robust phylogenetic framework that will facilitate future endeavours to revise the family.

Angelerfolg hängt vom Fischverhalten ab und selektiver Fang aufgrund vererbbarer Verhaltensmerkmale kann sich auf Fischpopulationen auswirken. Die anglerische Vulnerabilität ergibt sich aus einer Kombination aus dem Zustand des Fisches, dem Zusammentreffen mit dem Fanggerät und den Eigenschaften desselben. Höhere Aktivität sollte die Begegnungswahrscheinlichkeit mit dem Fanggerät und dadurch die Vulnerabilität steigern. Ziel dieser Arbeit war es zu verstehen, wie Bewegungsmuster die Vulnerabilität durch die Angelfischerei beeinflussen. Dazu habe ich das Verhalten von vier Arten (Karpfen, Cyprinuscarpio, Schleie, Tinca tinca, Barsch, Perca fluviatilis, und Hecht, Esox lucius) in einem See mittels akustischer Telemetrie gemessen. Zudem habe ich verhaltensselektives Angeln auf Benthivore (Karpfen und Schleie) von festen Plätzen mit dem mobilen Angeln auf einen aktiven Raubfisch (Barsch) und einen Lauerjäger (Hecht) verglichen. Barsche wurden gezielt von freiwilligen, unterschiedlich versierten Anglern in GPS-überwachten Booten beangelt, um zu verstehen, wie Anglerfähigkeiten verhaltensbasierte Selektion beeinflussen. Für die individuell wiederholbare Aktivität von Karpfen, Schleie und Barsch lag keine Angelselektivität vor, da das Zusammentreffen mit Fanggeräten in keinem Zusammenhang mit der Vulnerabilität stand. Beim Barsch hingegen hing die Vulnerabilität mit der Habitatwahl zusammen. Die Geschicklichkeit der Angler verstärkte die Selektion durch höhere Mortalität. Für große Hechte mit großem Aktionsradius kann ein auf Begegnungen basierender Mechanismus nicht ausgeschlossen werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die wichtigsten Verhaltensweisen, die die Vulnerabilität durch die Angelfischerei ausmachen und nach denen eine Selektion erwartet wird, häufig erst nach dem Zusammentreffen von Fisch und Fischer stattfinden. Jedoch kann die Bedeutung dieser Fisch-Fischer Begegnungen für die Vulnerabilität art- und fischereispezifisch sein. / Capturing fish by angling depends on fish behaviour. Selective capture based on heritable behaviours may have ramifications for fish populations and fishing communities, but the behavioural components of angling vulnerability are unclear. Conceptually, vulnerability derives from a combination of a fish’s internal state, gear encounter rate and gear quality. Accordingly, greater activity or space use is expected to increase vulnerability via elevated encounter rates with fishing gear. However, behaviourally selective angling may also interact with angler behaviour (e.g. skill). My aim was to understand the role of fish movement and space use in driving angling vulnerability. I measured the behaviour and angling vulnerability of four species (viz. carp, Cyprinus carpio, tench, Tinca tinca, perch, Perca fluviatilis, and northern pike, Esox lucius) using whole-lake high resolution acoustic telemetry. Perch were targeted by variably skilled anglers in GPS tracked boats to understand how skill affects selection. I have therefore contrasted behaviourally selective angling of benthivores (carp and tench) targeted from fixed angling sites, an active top predator (perch) targeted by searching anglers and an ambush predator (northern pike) targeted by searching anglers. Angling was unselective for repeatable carp, tench or perch activity and movement as encounter was unrelated to vulnerability. Vulnerability related to perch habitat choice as shown by a latitudinal division of captured and uncaptured perch and high skilled anglers only strengthened selection via greater enacted mortality. Finally, large pike with greater space use were most vulnerable to angling and an encounter based mechanism cannot be ruled out. In conclusion, the key behaviours distinguishing angling vulnerability, upon which selection should be expected, frequently operate after a fish-fisher encounter, but the importance of fish-fisher encounters for vulnerability may be species and fishery specific.

Die Arbeit beschreibt ein stochastisches Simulationsprogramm zur Modellierung von Honigbienenpopulationen unter Zuchtbedingungen. Dieses Programm wurde neu implementiert um unterschiedliche Selektionsstrategien zu evaluieren und zu optimieren. In einer ersten Studie wurde untersucht, inwiefern die Vorhersagen, die das Programm trifft, vom verwendeten genetischen Modell abhängt. Hierbei wurde festgestellt, dass das Finite-Locus-Modell dem Infinitesimalmodell in Langzeitstudien vorzuziehen ist. Eine zweite Studie beleuchtete die Bedeutung der sicheren Anpaarung auf Belegstellen für die Honigbienenzucht. Hier zeigten die Simulationen, dass die Zucht mit Anpaarungskontrolle derjenigen mit freier Paarung von Königinnen deutlich überlegen ist. Schließlich wurde in einer finalen Studie der Frage nachgegangen, wie erfolgreiche Zuchtprogramme bei der Honigbiene langfristig nachhaltig zu gestalten sind. Hierbei sind kurzfristiger genetischer Zugewinn und langfristige Inzuchtvermeidung gegeneinander abzuwägen. Durch umfangreiche Simulationen konnten für verschiedene Ausgangspopulationen Empfehlungen für eine optimale Zuchtintensität auf mütterlicher und väterlicher Seite gefunden werden. / The present work describes a stochastic simulation program for modelling honeybee populations under breeding conditions. The program was newly implemented to investigate and optimize different selection strategies. A first study evaluated in how far the program's predictions depend on the underlying genetic model. It was found that the finite locus model rather than the infinitesimal model should be used for long-term investigations. A second study shed light into the importance of controlled mating for honeybee breeding. It was found that breeding schemes with controlled mating are far superior to free-mating alternatives. Ultimately, a final study examined how successful breeding strategies can be designed so that they are sustainable in the long term. For this, short-term genetic progress has to be weighed against the avoidance of inbreeding in the long run. By extensive simulations, optimal selection intensities on the maternal and paternal paths could be determined for different sets of population parameters.

Hohe Telomeraseaktivität bedingt durch genomische TERT-Rearrangements definiert eine Gruppe an Hochrisiko-Neuroblastompatienten mit ungünstiger Prognose. Das Abzielen auf Telomerase ist ein hochpriorisierter Ansatzpunkt in der Therapie, für die es bislang keine klinisch erfolgreichen Inhibitoren gibt. Der Einsatz von epigenetisch wirksamen Histondeacetylase Inhibitoren (HDACi) stellt dabei eine interessante Therapieoption dar. In TERT-rearrangierten Neuroblastomzellen erzielte die Behandlung mit verschiedenen pan-, Klasse I oder spezifischen HDAC1/2 Inhibitoren eine Supprimierung der TERT mRNA Expression und der Telomeraseaktivität. RNA-Interferenz Studien bestätigten, dass HDAC1 und HDAC2 die TERT Expression positiv regulieren. Die transiente Überexpression von TERT zeigte einen partiellen Rescue des HDACi-bedingten anti-proliferativen Effekts. Der präventive und therapeutische Einsatz von HDACi Panobinostat verlangsamte das Xenografttumorwachstum, die TERT-Expression und Telomeraseaktivität in subkutanen NMRI-Foxn1nu/nu Mausmodellen des TERT-rearrangierten Neuroblastoms bei klinisch relevanten Dosen. Dies zeigt das translationale Potential und die klinische Durchführbarkeit der Panobinostat-Behandlung. ChIP Sequenzierung und Methylierungsanalyse zeigten keine bedeutenden Unterschiede der Histonmodifikationen und der Methylierung von CpG Dinukleotiden am TERT Lokus nach Panobinostatbehandlung. Die Inhibierung der de novo RNA Synthese zeigte, dass die Stabilität des TERT mRNA Transkripts nach Panobinostatbehandlung verringert war. Dies deutet darauf hin, dass die reduzierte Transkriptstabilität der zugrundeliegende molekulare Mechanismus ist. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die hohe Telomeraseaktivität in TERT-rearrangierten Neuroblastommodellen durch den Einsatz zugelassener HDACi supprimiert werden kann. / Telomerase activation by genomic TERT-rearrangements defines a subgroup of high-risk neuroblastomas with adverse outcome. Accordingly, telomerase activity presents a high-priority drug target with no currently available clinical inhibitors. It was assessed whether telomerase activity could be inhibited through histone deacetylase (HDAC) inhibition in models of TERT-rearranged neuroblastoma. Treatment with a panel of seven pan-, class I- or specific HDAC1/2 inhibitors suppressed TERT mRNA expression and telomerase activity in TERT-rearranged neuroblastoma cells at clinically achievable concentrations. RNA interference-based studies confirmed that HDAC1 and HDAC2 positively regulate TERT transcript levels. Enforced TERT expression partly rescued the anti-proliferative effect of HDAC inhibition indicating a causal role of TERT suppression in the HDAC inhibitormediated tumor-suppressive phenotype. Panobinostat treatment, in preventive and therapeutic settings, considerably attenuated tumor growth in subcutaneous TERT-rearranged neuroblastoma xenograft models in NMRI-Foxn1nu/nu mice and suppressed TERT transcript levels and telomerase activity at clinically relevant doses, thus demonstrating translational potential and clinical feasibility. ChIP sequencing detected no major differences in the chromatin context of the TERT locus between HDAC inhibitor-treated and control cells. Likewise, HDAC inhibition did not substantially alter the methylation profile in the TERT region. Blocking de novo RNA synthesis, however, reduced TERT mRNA transcript levels in HDAC inhibitor-treated cells, suggesting reduced TERT transcript stability as the underlying molecular mechanism. In summary, high-level telomerase activity caused by genomic rearrangements in neuroblastoma models is suppressed by treatment with clinically approved HDAC inhibitors, suggesting indirect druggability and a potential molecular rationale for therapeutic intervention.

Die physische Nähe zwischen Genpromotoren und regulatorischen Elementen (Enhancer) spielt eine entscheidene Rolle in der Genexpression, um präzise räumliche und zeitliche Genexpressionmuster während der Embryogenese zu erzeugen. Abhängig von der Aktivität der Zielgene lassen sich zwei Typen von Interaktionen unterscheiden. Zum einen führen dynamische Enhancer-Promoter Interaktionen unmittelbar zur Genexpression, wohingegen in anderen Fällen stabile Interaktionen bereits vor der Genexpression existieren. In der vorliegenden Studie wurde die Rolle der stabilen Interaktion zwischen dem Shh Gen und dem Extremitätenenhancer, der ZRS, während der Embryonalentwicklung in der Maus untersucht. Der Verlust der konstitutiven Transkription, die den ZRS Enhancer abdeckt, führte zu einer Verschiebung innerhalb der Shh-ZRS Kontakte und einer moderaten Reduzierung der Shh Genexpression. Im Gegensatz dazu führte die Mutation von CTCF Bindungsstellen, die den ZRS Enhancer umgeben, zu einem Verlust der stabilen Shh-ZRS Interaktion und einem 50%igen Rückgang in der Shh Genexpression. Dieser Expressionsverlust hatte jedoch keine phänotypischen Auswirkungen in den Deletionsmutanten, was darauf hindeutet, dass die restliche Genaktivität und Enhancer-Promotor-Interaktion über einen zusätzlichen, CTCF-unabhängigen Mechanismus erfolgt. Erst die kombinierte Deletion von CTCF-Bindungsmotiven und einem hypomorphen ZRS-Allel führte zu einem fast vollständigen Expressionsverlust von Shh und damit zu einem schweren Funktionsverlust und Gliedmaßen-Agenesie. Die hier präsentierten Ergebnisse zeigen, dass die stabile Chromatinstruktur am Shh Locus von mehreren Komponenten getragen wird und die physicalische Interaktion zwischen Enhancern und Promotern für eine robuste Transkription während der Embryonalentwicklung benötigt werden. / Long-range gene regulation involves physical proximity between enhancers and promoters to generate precise patterns of gene expression in space and time. However, in some cases proximity coincides with gene activation, whereas in others preformed topologies already exist before activation. In this study, we investigate the preformed configuration underlying the regulation of the Shh gene by its unique limb enhancer, the ZRS, in vivo during mouse development. Abrogating the constitutive transcription covering the ZRS region led to a shift within the Shh-ZRS contacts and a moderate reduction in Shh transcription. Deletion of the CTCF binding sites around the ZRS resulted in a loss of the Shh-ZRS preformed interaction and a 50% decrease in Shh expression but no phenotype, suggesting an additional, CTCF-independent mechanism of promoter-enhancer communication. This residual activity, however, was diminished by combining the loss of CTCF binding with a hypomorphic ZRS allele resulting in severe Shh loss-of-function and digit agenesis. Our results indicate that the preformed chromatin structure of the Shh locus is sustained by multiple components and acts to reinforce enhancer-promoter communication for robust transcription.