Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Rolle des Rezeptors VEGFR-2, Flk-1, im neuronalen Kontext untersucht. In einem ersten Schritt wurde in embryonalen Stammzellen der Maus das fluoreszierende Protein eGFP unter der Kontrolle regulatorischer Sequenzen des flk-1-Promotors, -Enhancers exprimiert. Nach der Differenzierung zu Sphäroiden wurden Endothelzellen nachgewiesen, die sowohl eGFP als auch das zelltypspezifische Oberflächenantigen CD31 ausprägen. Ebenso wurden nach der neuronalen Differenzierung in Gegenwart von Stromazellen eGFP-exprimierende Zellen identifiziert. Diese standen mit Zellen, die das für neuronale Vorläuferzellen charakteristische Protein Nestin ausprägten, in einem räumlichen Zusammenhang. Die Vorgehensweise, die Inaktivierung des flk-1-Gens mit der Differenzierung embryonaler Stammzellen in vitro zu kombinieren, sollte hier die Interpretation des Phänotyps des flk-1-defizienten Mausmodells ermöglichen. Der Rezeptor war während der neuronalen Differenzierung der Stammzellen auf Stromazellen in vitro für die Regulation der Anzahl der Vorläuferzellen essentiell. Ferner spielte der Rezeptor im Rahmen eines weiteren Differenzierungsmodells, das auf der Zugabe relevanter Wachstumsfaktoren beruht, eine instruktive Rolle im Hinblick auf die Identität der Neuronen. Kriterium war hier die differentielle Expression Homeobox-enthaltender Transkriptionsfaktoren. In einem zweiten Schritt wurden mit Hilfe dieses Modells differentiell-exprimierte Gene von Stammzellen des Wildtyps sowie Zellen mit einer Inaktivierung des flk-1-Gens nach der neuronalen Differenzierung durch subtraktive Hybridisierung in Verbindung mit der PCR identifiziert. Tatsächlich wurde das Protein PEA-15 nicht nur differentiell exprimiert sondern auch als Bestandteil des VEGFR-2-vermittelten Signalwegs identifiziert. Die biologischen Funktionen des Proteins PEA-15 wurden durch VEGF-vermittelte Phosphorylierung reguliert. Die Stimulation durch VEGF führte zunächst zu einer Aktivierung des Proteinkinase B-, Akt-Signalwegs. Für die Stimulation des Akt-Signalwegs war die Phosphorylierung der intrazellulären Tyrosinreste Y1052 und Y1057 des Rezeptors essentiell. Damit einhergehend wurde PEA-15 gegenüber der proteasomalen Degradation stabilisiert. Es wurde gezeigt, daß das Protein PEA-15 die Teilungsaktivität von Zellen beeinflusst. Die VEGF- vermittelte Stimulation führte zur Phosphorylierung der Mitogen-aktivierten Proteinkinasen ERK1 und ERK2. Die weitere Phosphorylierung der Substrate dieser Kinasen im Zellkern wurde durch Interaktion mit PEA-15 unterdrückt. Die Regulation des c-fos-Promotors war zugleich Indikator der Inhibition der Phosphorylierung betreffender Substrate sowie der proliferativen Aktivität. Auf diese Weise ist die Phosphorylierung von PEA-15 nach Stimulation durch VEGF für die Selektivität des Flk-1-vermittelten Signalwegs von unmittelbarer Bedeutung. Die Regulation der biologischen Funktion von PEA-15 erklärt die differentielle Ausprägung im Rahmen der neuronalen Differenzierung embryonaler Stammzellen in vitro. So war die Anzahl GFAP- beziehungsweise PEA-15-exprimierender Zellen nach Differenzierung muriner Stammzellen mit einer Inaktivierung des flk-1-Gens deutlich geringer. Die differentielle Expression identifizierter Gene wurde im Mausmodell nach konditionaler Inaktivierung des flk-1-Gens überprüft. Tatsächlich wurde Vimentin in verschiedenen Arealen des Gehirns differentiell ausgeprägt. Ein Zusammenhang zwischen der differentiellen Expression des Proteins PEA-15, der Anzahl GFAP-exprimierender Zellen und der Ausprägung des Rezeptors Flk-1 ergab sich aus der Identifikation einer Zellpopulation in der subgranulären Zone des Gyrus Dentatus. Dort wurde in flk-1-defizienten, adulten Mäusen eine geringere Anzahl GFAP-exprimierender Zellen nachgewiesen. Schließlich wurden sowohl im Cerebellum als auch im Cortex histologische Unterschiede deutlich, die sich im adulten Organismus aus der Inaktivierung des Rezeptors Flk-1 ergeben. Die vorliegende Arbeit zeigt, daß der Rezeptor VEGFR-2, Flk-1, im neuronalen Kontext eine Rolle spielt, die sich nicht ausschließlich auf die Vermittlung eines Schutzmechanismus gegenüber der neuronalen Apoptose beschränkt, sondern auch auf eine Beteiligung an der Neurogenese hinweist. Die Vorgehensweise, mit Hilfe der subtraktiven Hybridisierung Bestandteile Rezeptor-vermittelter Signalwege vor dem Hintergrund der Differenzierung embryonaler Stammzellen zu identifizieren, verdeutlicht die Eignung der Methode auch bei komplexen Zellpopulationen.

The natural environments of organisms present a multitude of biotic and abiotic challenges that require both short-term ecological and long-term evolutionary responses. Though most environmental response studies have focused on effects at the ecosystem, community and organismal levels, the ultimate controls of these responses are located in the genome of the organism. Soil nematodes are highly responsive to, and display a wide variety of responses to changing environmental conditions, making them ideal models for the study of organismal interactions with their environment. In an attempt to examine responses to environmental stress (desiccation and freezing), genomic level analyses of gene expression during anhydrobiosis of the Antarctic nematode Plectus murrayi was undertaken. An EST library representative of the desiccation induced transcripts was established and the transcripts differentially expressed during desiccation stress were identified. The expressed genome of P. murrayi showed that desiccation survival in nematodes involves differential expression of a suite of genes from diverse functional areas, and constitutive expression of a number of stress related genes. My study also revealed that exposure to slow desiccation and freezing plays an important role in the transcription of stress related genes, improves desiccation and freezing survival of nematodes. Deterioration of traits essential for biological control has been recognized in diverse biological control agents including insect pathogenic nematodes. I studied the genetic mechanisms behind such deterioration using expression profiling. My results showed that trait deterioration of insect pathogenic nematode induces substantial overall changes in the nematode transcriptome and exhibits a general pattern of metabolic shift causing massive changes in metabolic and other processes. Finally, through field observations and molecular laboratory experiments the validity of the growth rate hypothesis in natural populations of Antarctic nematodes was tested. My results indicated that elemental stoichiometry influences evolutionary adaptations in gene expression and genome evolution. My study, in addition to providing immediate insight into the mechanisms by which multicellular animals respond to their environment, is transformative in its potential to inform other fundamental ecological and evolutionary questions, such as the evolution of life-history patterns and the relationship between community structure and ecological function in ecosystems.

Chez les végétaux supérieurs, lembryogenèse est une phase clé du développement au cours de laquelle lembryon établit les principales structures de la future plante. La compréhension des processus moléculaires et physiologiques menant à la formation de la graine est donc dun intérêt agronomique majeur. Chez Phaseolus la caractérisation moléculaire de lembryogenèse permet de mieux comprendre les mécanismes du développement embryonnaire et de son dysfonctionnement observé chez les hybrides interspécifiques. Cette thèse sinscrit dans ce cadre et vise à identifier et caractériser des gènes clés impliqués dans le développement de l'embryon chez Phaseolus. Des hybridations interspécifiques ont été réalisées entre lespèce P.vulgaris L. (cultivar NI637) utilisée comme parent mâle et lespèce P. coccineus L. (cultivar NI16) utilisée comme parent femelle. Des analyses ont aussi été effectuées sur un mutant obtenu par mutagenèse chimique à l'EMS (Ethyl Méthyl Sulfonate) de graines de la variété BAT93 de P.vulgaris. Une étude histologique comparative a permis de suivre la dynamique de lembryogenèse du haricot commun à partir dembryons prélevés 3 à 12 jours après la pollinisation et provenant de plantes normales et déficients dans la production de graines. Les embryons de P. vulgaris se développent plus rapidement par rapport à ceux issus du mutant EMS. Ces derniers présentent des anomalies au niveau de lembryon et du suspenseur. La caractérisation fonctionnelle de deux gènes candidats MIPS (myo-inositol phosphate synthase) et Sus (sucrose synthase) a été réalisée par RT-PCR quantitative et hybridation in situ suite à une étude spatio-temporelle dexpression de ces deux gènes candidats au cours de développement embryonnaire chez Phaseolus. Lanalyse du profil dexpression de ces deux gènes montre quils sont exprimés différemment au niveau des tissus de lembryon et du suspenseur. Lanalyse in silico nous a permis de sélectionner 22 gènes candidats dont nous avons vérifié l'expression au cours de développement de la graine chez Phaseolus. Des variations au niveau de la méthylation de lADN ont été déterminées chez les hybrides interspécifiques comparativement à leurs parents. La technique de lHSS a permis disoler des fragments dADNs complémentaires différemment exprimés au cours de développement de la graine chez Phaseolus. Lanalyse des séquences de ces ADNs complémentaires montre quils codent pour plusieurs protéines intervenant dans le développement cellulaire et embryonnaire, en particulier le "storage protein activator" (SPA), le "pentatricopeptide repeat-containing protein" (PPR) et lacetyl-CoA carboxylase (ACCase). La caractérisation de ces différents gènes exprimés au cours du développement de la graine, fournit de nouveaux outils susceptibles de mettre en évidence des mécanismes de dysfonctionnement embryonnaire chez le genre Phaseolus.

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