The R2PdSi3 (R = heavy rare earth) have been synthesized first in 1990 in the search for materials with unusual electronic properties. The availability of single crystals was the starting point for several investigations of the magneto-crystalline anisotropy, also in applied magnetic fields. The results of the observed properties in resistivity, magnetization and susceptibility lead to the summary that these compounds range from interesting to exotic and that their magnetic properties are low dimensional, spin-glass like and altogether “novel”. The focus of this thesis is the careful analysis of the magnetic properties and magnetic structures of single crystalline R2PdSi3 (R = Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm). The investigation of macroscopic properties uses magnetization and ac-susceptibility measurements. Resulting from these investigations are magnetic phase diagrams. Neutron and resonant X-ray diffraction measurements elucidate the magnetic structure for the investigated compounds. The phase diagram of Tb2PdSi3 is the starting point of a detailed neutron diffraction study in applied magnetic fields up to 6.5 T and in the temperature range from 0.05 K to 100 K on this compound. Key to the understanding of the R2PdSi3 is the strong coupling of crystallographic structure to the magnetic properties. Thus the established framework of exchange interaction and magneto-crystalline anisotropy allows a collective description instead of a “novel” behavior. / Die R2PdSi3 (R = schwere seltene Erde) sind erstmals 1990, im Rahmen der Suche nach Materialien mit ungewöhnlichen elektronischen Eigenschaften, synthetisiert worden. Die Verfügbarkeit von Einkristallen war der Startpunkt für eine Vielzahl von Untersuchungen, auch in angelegten Magnetfeldern, der magneto-kristallinen Anisotropie. Das Ergebnis der untersuchten Eigenschaften Widerstand, Magnetisierung und Suszeptibilität führte zu dem Schluss, dass diese Verbindungen interessant bis exotisch und das ihre magnetischen Eigenschaften niedrig dimensional, spin-glas ähnlich und insgesamt “neuartig“ sind. Der Schwerpunkt dieser Dissertation ist die genaue Analyse der magnetischen Eigenschaften und Magnetischen Strukturen von einkristallinen R2PdSi3 (R = Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm). Magnetisierungs- und Suszeptibilitäts-Messungen werden zur Untersuchung der makroskopischen Eigenschaften benutzt. Resultat dieser Untersuchungen sind magnetische Phasendiagramme. Neutronen und resonante Röntgendiffraktrometrie klären die magnetische Struktur der untersuchten Verbindungen auf. Das Phasendiagramm von Tb2PdSi3 ist der Startpunkt einer detaillierten Neutronendiffraktionsuntersuchung dieser Verbindung in Magnetfeldern bis 6.5 T und im Temperaturbereich von 0.05 K und 100 K. Der Schlüssel zum Verständnis der R2PdSi3 ist die starke Kopplung der kristallografischen Struktur und der magnetischen Eigenschaften. Dadurch erlaubt das etablierte System aus Austauschwechselwirkung und magneto-kristalliner Anisotropie eine gemeinsame Beschreibung anstatt „neuartigem“ Verhalten.

Das künstliche Radionuklid 137Cs wurde seit über einem halben Jahrhundert in die Natur eingebracht. Sein erstes Erscheinen in Sedimenten der zentraleuropäischen Seen korrespondiert mit den Nuklearwaffentests in den 60er-Jahren des 20. Jahrhunderts. Die stärkste Kontaminierung der europäischen Seen und Flüsse entstand als Folge des radioaktiven Niederschlags nach dem Unfall in Tschernobyl im Frühjahr 1986. In dieser Arbeit wurde das Migrationsverhalten des künstlichen 137Cs im Lago Maggiore und anderen Seen im Alpenvorland als Folge dieses Niederschlags untersucht. Der Lago Maggiore zählt zu den größten Trinkwasserreservoiren südlich der Alpen. Nach dem Unfall in Tschernobyl gingen ungefähr 20 kBq•m-2 des 137Cs auf die Oberfläche des Sees nieder. Im Zeitraum von 2003 bis 2005 wurden Sedimentkerne und Wasserproben an sieben unterschiedlichen Stellen des Lago Maggiore entnommen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Daten über die Verteilung des 137Cs in den Zuflüssen, dem Wasser des Sees, in Schwebstoffen und Bodensedimenten und mit der Assoziierung von 137Cs mit verschiedenen geochemischen Fraktionen. Um den Abfluss des 137Cs aus dem Wassereinzugsgebiet in den Fluss zu modellieren, wurde ein Compartmentmodell verwendet. Zur Modellierung der Aufnahmemenge von 137Cs im Sediment und der vertikalen Verteilung innerhalb dessen wurde ein Diffusions-Konvektions-Modell entwickelt. Dieses Modell berücksichtigt die Aufnahme von Aktivität durch Sedimentation, Fixierung und Rücklösung, retardierte Diffusion, die Verdichtung des Sediments sowie den Einfluss konkurrierender Ionen auf die retardierte Diffusion innerhalb des Sediments. Die Ergebnisse der Parameteroptimierung – im Wesentlichen die Sedimentationsrate und der 137Cs-Verteilungskoeffizient Kd, welcher die Aufnahme der Aktivität in das Sediment determiniert – werden erörtert und mit denen anderer europäischer Seen, die eine ähnliche 137Cs-Deposition, aber unterschiedliche limnologische Eigenschaften aufweisen, verglichen. Zur Beurteilung der Bioverfügbarkeit von 137Cs wurde die 137Cs-Aktivitätskonzentrationen von Fischproben aus dem Lago Maggiore gemessen. Aus bereits existierenden Daten und unseren Messergebnissen wurden 137Cs Fisch-Wasser Konzentrations-Verhältnisse errechnet und mit denen für andere Seen, die von ähnlichen 137Cs-Kontaminationen betroffen sind, verglichen. / Artificial Cs-137 has been introduced into the environment for more than half a century. Its first appearance in central European lake sediments corresponds to the nuclear weapons testing in the 1960s. The largest contamination of European lakes and rivers occurred as a consequence of the fallout after the Chernobyl accident in spring 1986. In this work the migration behaviour of artificial Cs-137 in Lago Maggiore and other pre-alpine lakes as a consequence of these fallouts was studied. Lago Maggiore is one of the largest drinking water reservoirs in the south of the Alps. After the Chernobyl accident roughly 20 kBq•m-2 of 137Cs were deposited onto the lake surface. From 2003 to 2005 bottom sediment cores and water samples were collected at 7 different locations of Lago Maggiore. Data on the 137Cs distribution in tributaries, lake water, suspended matter, bottom sediments, and the 137Cs association to different geochemical fractions are presented in this work. To model the run-off of 137Cs from the watershed into the lake a compartment model was used. For modeling the input of 137Cs into and the vertical distribution within the sediment a diffusion–convection type model was developed. This model takes into account the uptake of activity by sedimentation, fixation and redissolution, retarded diffusion, the influence of competing ions on the retarded diffusion within the sediments, and compaction of sediments. The results of the parameter optimization – mainly the sedimentation rate and the 137Cs distribution coefficient Kd, which determines the uptake of activity into the sediment – are discussed and compared with those of other European lakes characterized by similar 137Cs deposition levels but different limnological properties. To estimate the bioavailability of 137Cs, its activity concentrations in fish samples from Lago Maggiore were measured. Combining the existing data with our measurements, 137Cs fish–water concentration ratios were calculated and compared with those for other lakes which were affected by similar 137Cs contamination.

Developing biological systems can be approximately described as complex, three dimensional cellular assemblies that change dramatically across time as a consequence of cell proliferation, differentiation and movements. The presented project aims to overcome problems of limited resolution in both space and time of classical analysis by in situ hybridization on fixed tissue. The employment of the newly developed Single Plane Illumination Microscopy (SPIM) combined with new approaches for in vivo data acquisition and processing promise to yield high-resolution four-dimensional data of the complete Drosophila embryogenesis. We developed a toolkit for high-throughput gene engineering in flies, that provides means for creating faithful in vivo reporters of gene expression during Drosophila melanogaster development. The cornerstone of the toolkit is a fosmid genomic library enabling high-throughput recombineering and φC31 mediated site-specific transgenesis. The dominant, 3xP3-dsRed fly selectable marker on the fosmid backbone allows, in principle, transgenesis of the fosmid clones into any non-melanogaster species. In order to extend the capabilities of the gene engineering toolkit to include “evo-devo” studies, we generated genomic fosmid libraries for other sequenced Drosophilidae: D. virilis, D.simulans and D. pseudoobscura. The libraries for these species were constructed in the pFlyFos vector allowing for recombineering modification and φC31 transgenesis of non-melanogaster genomic loci into D. melanogaster. We have developed a PCR pooling strategy to identify clones for a specific gene from the libraries without extensive clone sequencing and mapping. The clones from these libraries will be primarily used for cross-species gene expression studies. As another application, transgenes originating from closely related species can be used to rescue D. melanogaster RNAi phenotypes and establish their specificity. Together with SPIM microscopy, the toolkit will allow to visualize gene expression patterns throughout Drosophila development.

Prof. Dr. med. J.M. FEGERT, ärztlicher Direktor an der Universität Ulm Kinder- Jugendpsychiatrie/ Psychotherapie, referierte auf dem Kongress am 18.04.2013 in Rheine zum Thema: „Auswirkungen traumatischer Erfahrungen – Folgen aus kinder- u. jugendpsychiatrischer und neurobiologischer Sicht“. Auf der einen Seite wurde deutlich, dass neurobiologische Erkenntnisse immer mehr pädagogische Relevanz besitzen, da Befunde belegen, dass das menschliche Gehirn wesentlich durch die Erfahrungen strukturiert wird, die ein Individuum während seiner Hirnentwicklung durchlebt. Auf der anderen Seite fügte Prof. Dr. med. FEGERT an, dass die Disziplin der Neurowissenschaften ebenso kritisch diskutiert werden kann. Das Gebiet der Kindheitsforschung setzt sich aus verschiedenen Fachrichtungen zusammen. Die Entwicklungspsychologie beschäftigt sich u.a. mit der frühen Eltern-Kind-Interaktion- respektive Kommunikation. Mehrere Autoren verweisen auf das präventive Potential konstruktiver Eltern-Kind-Dialoge. Hierbei stellt eine feinfühlige Interaktion bzw. Kommunikation zwischen den primären Bezugspersonen und dem Säugling ein bedeutsames Fundament für die kindliche Entwicklung im Allgemeinen sowie insbesondere für die Ausbildung sozial-emotionaler Fähigkeiten dar. Videogestützte Interventionen betonen vor allem die Bedeutung der Eltern-Kind-Interaktion für die kindliche Entwicklung im sozial-emotionalen Bereich. Zahlreiche Erkenntnisse des „kompetenten Säuglings“ konnten mithilfe von Videodokumentation gewonnen werden. Von der Holländerin Maria AARTS entwickelt, findet diese Methode heutzutage Verwendung als Videocoaching für Professionelle oder als Videoberatung für verschiedene Adressatengruppen. Die vorliegende Arbeit möchte die Bedeutung der Eltern-Kind-Interaktion für die sozial-emotionale Entwicklung unter Einbezug neurobiologischer Erkenntnisse aufzeigen und in einem weiteren Schritt präventive Unterstützungsmöglichkeiten für das Vorschulkind mit einem speziellen Bedürfnis mittels der videobasierten Kommunikationsmethode „Marte Meo“ darlegen. Inwieweit besitzen die frühen Interaktionen zwischen dem Elternteil und dem Kind unter Einbezug der neurobiologischen Erkenntnisse und in Verbindung mit der Marte Meo Methode einen Beitrag für die Ausbildung sozial-emotionaler Fähigkeiten sowie für die Entwicklung des kindlichen Gehirns? Die Ausarbeitung setzt sich zum Ziel, über den Weg der Rezeption von den Erkenntnissen der Neurowissenschaften zu profitieren, um einen gemeinsamen Dialog entstehen zu lassen. Dafür wird vor allem nach Analogien innerhalb der Disziplin der Erziehungswissenschaft, respektive der Entwicklungspsychologie sowie Kleinkindforschung, und der Fachrichtung der Neurowissenschaften gesucht. Grundlegend ist dabei mittels der Kommunikationsmethode „Marte Meo“ den Fokus auf sozial-emotionale Handlungskompetenzen innerhalb der Eltern-Kind-Interaktion zu setzen. Demnach soll der Heranwachsende kein „neuronengesteuerter Bioautomat“ sein, dessen Gehirn nach einem festgeschriebenen biologischen Programm arbeitet. Ferner wird „Das Kind mit einem speziellen Bedürfnis“ im darauffolgenden Kapitel beschrieben. Die Bedeutung einer konstruktiven Eltern-Kind-Interaktion erfährt in diesem Absatz eine Betrachtung. Des Weiteren unterstützen Einzelergebnisse neurowissenschaftlicher Forschungen sowie Modelle über Prozesse des Lernens oder der Emotionsentstehung, die Vorgehensweise dieser Ausarbeitung. Im Vordergrund steht des Weiteren die Bedeutung der primären Bezugspersonen für die Ausbildung sozial-emotionaler Fähigkeiten. Im darauffolgenden Absatz werden schließlich ausgewählte „Marte Meo“ Elemente in Verbindung mit den neurobiologischen Erkenntnissen und der sozial-emotionalen Entwicklung eines Kindes in Zusammenhang gebracht. Aus diesem können Implikationen für das pädagogische Arbeitsfeld gewonnen werden. Im Anschluss erfolgt eine Betrachtung von vier Experteninterviews zur Gewinnung von Kontextwissen. Abschließend werden die gewonnen Erkenntnisse zusammengefasst sowie kritisch unter Einbezug der Experteninterviews diskutiert.

Die magnetischen Eigenschaften von Li2CuO2 sind seit mehr als zwei Jahrzehnten Gegenstand theoretischen und experimentellen Interesses. Über die genaue Natur der magnetischen Wechselwirkungen in diesem Isolator konnte jedoch keine Einigkeit erzielt werden. Während das Material von Seiten theoretischer Untersuchungen als quasi-eindimensionaler Magnet mit starken ferromagnetischen Kopplungen entlang der Kette verstanden wurde, legten experimentelle Studien dominierende dreidimensionale Zwischenkettenkopplungen nahe. Im Rahmen dieser Dissertation werden auf der Grundlage von Untersuchungen des magnetischen Anregungsspektrums mittels inelastischer Neutronenstreuung und dessen Analyse innerhalb eines Spinwellenmodels die führenden magnetischen Wechselwirkungen in Li2CuO2 bestimmt. Es wird zweifelsfrei nachgewiesen, dass das Material eine quasi-eindimensionale Spinkettenverbindung darstellt. Insbesondere kann die Konkurrenz von ferro- und antiferromagnetischen Wechselwirkungen entlang der Ketten nachgewiesen werden. Die Anwendbarkeit einer Spinwellenanalyse dieses niedrigdimensionalen Spin-1=2 Systems wird gezeigt. Das magnetische Phasendiagramm wird mittels Messungen von spezifischer Wärme, thermischer Ausdehnung und Magnetostriktion sowie der Magnetisierung in statischen und gepulsten Magnetfeldern untersucht und im Bezug auf die Austauschwechselwirkungen diskutiert. Aufgrund seiner einfachen kristallographischen und magnetischen Struktur stellt Li2CuO2 ein potentiell wertvolles Modellsystem in der Klasse der Spinkettenverbindungen mit konkurrierenden ferro- und antiferromagnetischen Wechselwirkungen dar. / The magnetic properties of Li2CuO2 have attracted interest since more than two decades, both in theory and experiment. Despite these efforts, the precise nature of the magnetic interactions in this insulator remained an issue of controversial debate. From theoretical studies, the compound was understood as a quasi-one-dimensional magnet with strong ferromagnetic interactions along the chain, while in contrast, experimentally studies suggested dominant three-dimensional inter-chain interactions. In this thesis, the leading magnetic exchange interactions of Li2CuO2 are determined on the basis of a detailed inelastic neutron scattering study of the magnetic excitation spectrum, analyzed within spin-wave theory. It is unequivocally shown, that the material represents a quasi-one-dimensional spin-chain compound. In particular, the competition of ferro- and antiferromagnetic interactions in the chain has been evidenced. The applicability of a spin-wave model for analysis of this low-dimensional spin-1=2 system is shown. The magnetic phase diagram of Li2CuO2 is studied by specific heat, thermal expansion and magnetostriction measurements as well as magnetization measurements in both static and pulsed magnetic fifields. The phase diagram is discussed with respect to the exchange interactions. With its simple crystallographic and magnetic structure, Li2CuO2 may serve as a worthwhile model system in the class of spin-chain compounds with competing ferromagnetic and antiferromagnetic interactions.

The pre-analytical phase is known for being the most important step in the laboratory process to reach reliable test results. If handling, transport or preparation of the sample is performed incorrectly the results can deviate from the true value. Today, sampling tubes contains various additives to stabilize concentration levels. The aim of this study was to test a new sampling tube containing fluoride/citrate for glucose, lactate and homocysteine. It was also of interest to evaluate the stability of those three analytes in lithium-heparin, sodium-fluoride/potassium oxalate and fluoride/citrate tubes. To perform the sustainability study, a method verification was done for homocysteine in plasma. The study was performed in a hospital laboratory on the routine instrument Roche Cobas 6000 analyzer. Blood was drawn from 20 patients and was analyzed at the hospital laboratory in Gävle. The blood samples were transported frozen to the laboratory in Hudiksvall and were used in the method verification. For the sustainability study, blood was drawn from 10 healthy volunteers in lithium-heparin, sodium-fluoride/potassium oxalate and fluoride/citrate tubes. The method verification was approved. The results showed that glucose was stable for up to 72 hours in Vacuette Glycaemia tube with fluoride/citrate and this tube also gave more accurate results. Lactate and homocysteine were also stable in fluoride/citrate, but needs further studies. All three analytes were more stable if the sample tubes were centrifuged as soon as possible after blood collection. Fluoride/citrate tubes were stable without centrifugation directly.

Intrazelluläre Protein- und RNA-Lokalisation ist ein lebenswichtiger molekularer Mechanismus. Ihm unterliegen sowohl die äußere Gestaltung der Zellform, Zellagilität, zelluläre Differenzierung sowie die intra- sowie interzelluläre Kommunikation. Diverse Krankheiten werden mit Fehlfunktionen des intrazellulären Molekültransportes assoziiert und es existieren unzählige Beispiele für bekannte Wege des intrazellulären Protein- und RNA-Transportes. Allerdings ist die globale Komposition lokaler Protein- und RNA-Reservoirs bisher kaum wissenschaftlich erforscht worden. In dieser Studie beschreibe ich die Protein- sowie RNA-Kompositionen subzellulärer Fraktionen zweier neuronaler Zelltypen. Die Neuriten und Somata von Neuroblastoma-Zellen (N1E-115) und Ascl1 induzierten Neuronen (beides Mauszellen) wurden mechanisch voneinander separiert und mittels RNA-Sequenzierung und Massenspektrometrie auf ihre Bestandteile untersucht. Die Verteilung von mRNAs korreliert signifikant mit der Verteilung der entsprechenden Proteine in Ascl1-iNs während in der Neuroblastoma Zelllinie N1E-115 kein solcher Trend nachgewiesen werden konnte. Der Vergleich zu Datensätzen von anderen Zellsystemen und Methoden zeigt, dass das lokale Proteom sowie das lokale Transkriptome und Translatome stark Zelltyp spezifisch ist. Um den Einfluss lokaler Proteinbiosynthese auf die Komposition subzellulärer Proteinpools zu erheben, habe ich die Lokalisation neu synthetisierter Proteine untersucht. Es scheint, als sei die RNA-Lokalisation und lokale Translation von hoher Relevanz für die Protein-Lokalisation in diesen stark polarisierten Zellsystemen. Des Weiteren stelle ich eine Methode vor, um de novo „zip codes“ in diesen neuronalen Zellsystemen zu identifizieren. Diese könnte ein elementar wichtiger Schritt sein, um Fehlfunktionen im interzellulären Molekültransport zu verstehen. / Intracellular protein and RNA localization is one of the mayor players in the formation of cell shape, enabling cell agility, cellular differentiation and cell signaling. Various diseases are associated with malfunctions of intracellular molecule transport. There are many known pathways of how and why proteins and RNAs are transported within the cell and where they are located, though there is not much known about the global distribution of proteins and RNAs within the cell. In this study I apply a subcellular fractionation method coupled to multiple omics approaches to investigate the global distribution of mRNAs, noncoding RNAs and proteins in neuronal cells. Neurites and soma from mouse neuroblastoma cells (N1E-115) as well as from Ascl1 induced neurons (Ascl1-iNs) were isolated and the composition of the spatial proteome and transcriptome was examined. The localization of mRNAs correlates significantly with the localization of their corresponding protein products in Ascl1-iNs whereas it does not in the mouse neuroblastoma cell line N1E-115. Comparing these datasets with recently published data of other cell lines and methods it is clear, that the local proteome, transcriptome and translatome of neuronal cells is highly cell type specific. To investigate how spatial protein pools are established I analyzed local pools of newly synthesized proteins revealing that many proteins are synthesized on the spot. RNA localization therefore plays a crucial role in generating local protein pools in these highly polarized cell systems. Additionally, I propose a method to identify on a global scale de novo “zip codes” in these cell systems which would be a great step towards understanding malfunctions in molecule transport.

Die in dieser Arbeit vorgestellten Arbeiten zielten darauf ab, verschiedene Formen des Lernens und der Verhaltensanpassung in Tieren zu testen. Hierbei wurder der Großteil dieser Arbeit an einer natürlich vorkommenden klonalen Fischart, der Amazonas-Molly Poecilia formosa, durchgeführt. Diese gesellige, ausschließlich weibliche Art erzeugt durch ungeschlechtliche Fortpflanzung genetisch identische Nachkommen. Mit dem Aufkommen von immer detaillierteren Ansätzen zur Unterscheidung von Verhaltensunterschieden sind solche klonalen Arten in der Ethologie von entscheidender Bedeutung, da sie als perfektes natürliches Modell dienen, um individuelle Verhaltensunterschiede und deren Entwicklung zu testen. Da genetische Variationen als Störfaktor weitgehend ausgeschlossen werden können, kann die Aufmerksamkeit auf die Unterschiede zwischen Individuen aufgrund ihrer Vorerfahrungen gelenkt werden. In den ersten drei Kapiteln der hier vorgestellten Arbeit wurden die individuellen Erfahrungen durch operante Konditionierung oder durch das Aussetzen der Tiere gegenüber neuen oder bekannten Situationen verändert. Das jeweilige Verhalten wurde sowohl alleine, als auch im sozialen Kontext untersucht. Auf diese Weise wurde die Auswirkung des sozialen Kontexts sowie der physischen Umgebung auf Verhaltensaspekte wie Schwimmgeschwindigkeit und Sprungwahrscheinlichkeit ermittelt. Kleinere Verhaltensunterschiede wurden dann im folgenden Kapitel durch den Vergleich von manuellen Ansätzen und automatischen Quantifizierungsinstrumenten bewertet und evaluiert. Schließlich wurde ein methodischer Ansatz augearbeitet, bei dem die Leistungsfähigkeit künstlicher intelligenz in Form von neuronalen Netze genutzt wurde, um Individuen in komplizierten, natürlichen Szenen während Räuber-Beute-Interaktionen zu verfolgen. / The work presented in this thesis set out to test various forms of learning and behavior adaptation. The bulk of this work was done using a naturally occurring clonal fish species, the Amazon molly Poecilia formosa. This sociable, all female species produces genetically identical offspring through asexual reproduction. With the advent of increasingly detailed approaches to discriminate behavioral differences, such clonal species are vital in ethology as they serve as a perfect natural model to test for individual behavioral differences and the development of such. Since genetical variation can largely be excluded as a confounding factor, attention can be drawn towards the differences among individuals due to their prior experience. In the first three chapters of the work presented here, the individual information and experience was altered by applying operant conditioning or by exposing the animals to novel or well-known situations. This was done both individually and in a group setting. By doing so, the effect of the social context, as well as the physical surroundings on behavioral aspects such as swimming speed and jumping probability was determined. Minute behavioral differences were then evaluated in the following chapter by comparing manual approaches and automated quantification tools. Lastly, a methodological approach was taken in which the power of artifical neural networks was harnessed to track individuals in convoluted natural scenes during predator-prey interactions.

Die Signalübertragung durch Wnt/beta-Catenin stellt einen der wichtigsten Signalwege während der Embryogenese sowie im adulten Organismus dar. Die homologen Gerüstproteine Conductin und Axin stehen im Mittelpunkt eines zentralen Multiproteinkomplexes, der im Zytoplasma für die Regulation des Wnt/beta-Catenin-Signalwegs verantwortlich ist. In der vorliegenden Arbeit habe ich eine kombinierte genetische Analyse von Conductin und Axin in der Maus durchgeführt. Dazu habe ich mit Hilfe der Technik der homologen Rekombination das Conductin-Gen deletiert und ein Reportergen unter die Kontrolle des endogenen Conductin-Promotors gebracht. Im Weiteren habe ich festgestellt, dass der gemeinsame Verlust von Conductin und einem Axin-Allel (Con-/-;Ax+/-) zu Holoprosenzephalie (HPE) führt, die durch schwere kraniofazialen und Vorderhirndefekten in der Maus charakterisiert ist. Dabei zeigte die detaillierte Analyse eine genetische Interaktion des Wnt-Signalwegs mit dem Shh-Signalweg. Störungen im Shh-Signalweg sind auch beim Menschen für die Ausbildung von HPE verantwortlich gemacht worden. Daneben führt die gleichzeitige Abwesenheit von Conductin und Axin (Con-/-;Ax-/-) zum Verlust der anterior-posterioren Achse in einem frühen Entwicklungsstadium und zum Absterben der Embryonen nach dem Tag 6,5 der Entwicklung. Die vorliegende Arbeit zeigt, wie Unterschiede in der biologischen Bedeutung zweier funktionell redundanter Faktoren mit genetischen Methoden in der Maus aufgeklärt werden können. / The Wnt/beta-Catenin pathway represents one of the most important signaling cascades during development as well as in the adult organism. The homologous scaffolding proteins Conductin and Axin are the backbone of a central multi protein complex that is responsible for the tight regulation of the Wnt/beta-Catenin pathway in the cytoplasm. In the present study I have performed a combined genetic analysis of Conductin and Axin in the mouse. To this end I have deleted the Conductin gene by homologous recombination in embryonic stem cells and inserted a reporter gene under the control of the endogenous Conductin promoter. I could show that the simultaneous loss of Conductin and one Axin allele (Con-/-;Ax+/-) causes Holoprosencephaly (HPE), which is characterized by severe craniofacial and forebrain defects in the mouse. The detailed analysis of the mutant mice reveals a genetic interaction of Wnt and Shh signaling and defective Shh signaling has previously been implicated in the formation of HPE in human patients. Moreover, complete absence of both Conductin and Axin (Con-/-;Ax-/-) leads to loss of the anterior-posterior axis early in development and death of the embryos after E6.5. The present study exemplifies how differences in the biological function of two mechanistically redundant factors can be studied by genetic means in the mouse.

Chlamydien durch die Modulation spezifischer Wirtszellproteine verschiedene Wege der Apoptose verhindern können. Mcl-1 und cIAP-2 erwiesen sich als bedeutende Faktoren, die durch die Infektion hochreguliert und absolut notwendig für die Inhibierung der Apoptose durch Chlamydien waren. Hochregulation der Mcl-1 Expression führte zu einem Block im apoptotischen Weg oberhalb der Mitochondrien. cIAP-2 zusammen mit anderen Inhibitor of Apoptosis Proteins (IAP) verhinderten die Aktivierung von Caspase-3, denfinalen Schritt in der apoptotischen Kaskade. Weiterhin wurde beobachtet, dass die Aktivierung des MAPKinase-Signalweges durch die Infektion wichtig war für die Hochregulierung von Mcl-1 und cIAP-2. Ein Hochdurchsatz-Screen wurde durchgeführt, um andere Wirtszellfaktoren, die für die Apoptoseinhibierung durch die Chlamydien verantwortlich sind, zu identifizieren. Neben Mcl-1 waren die identifizierten Faktoren hauptsächlich Mitglieder des MAPKinase-Signalweges. Dabei wurde deren Rolle für die Apoptoseresistenz bestätigt. Eine weiterführende Analyse der im Screen ermittelten Faktoren identifizierte eine Funktion von HIF-1a bei der Modulation der Expression anti-apoptotischer Faktoren während der Infektion. Es wurde beobachtet, dass HIF-1a stabilisiert und zum Nukleus transloziert wird. Es ist bekannt, dass HIF-1a HIF-1a im Nukleus binden kann, um den funktionalen Transkriptionsfaktor HIF zu bilden. Dieser reguliert die Expression verschiedener Überlebensfaktoren, unter anderem Mcl-1. HIF-1a Knockdown inhibierte die Chlamydien-induzierte Hochregulation von Mcl-1 mRNA-Expression. / chlamydial infection blocked the apoptotic pathway at multiple levels by modulation of specific host cell proteins. Mcl-1 and cIAP-2 were two most prominent factors that were up-regulated during the infection, and absolutely required for apoptosis inhibition. Increased expression of Mcl-1 led to a block in the apoptotic pathway upstream of the mitochondria. cIAP-2, together with other inhibitor of apoptosis proteins (IAPs), blocked the activation of caspase-3 at the final step of the apoptosis cascade. Further, it was observed that the activation of the MAPK pathways during infection was needed for the up-regulation of Mcl-1 and cIAP-2. A high throughput RNAi screen was performed to identify other host factors required for the apoptosis resistance during the infection. Besides Mcl-1, the targets from the screen prominently included members of the MAPK pathways, confirming their role in the apoptosis resistance. Pathway analysis of the targets identified the role of HIF-1a in modulating the expression of the anti-apoptotic factors during infection. It was observed that during infection, HIF-1a gets stabilized and translocates to the nucleus. It is known that HIF-1a can bind to HIF-1a in the nucleus to form the functional transcription factor HIF, which can regulate the expression of survival factors like Mcl-1. This was seen to be the case, because knock down of HIF-1a abrogated the infection induced up-regulation of Mcl-1 at the mRNA levels.