Oxylipine werden in der Pflanze unter Stressbedingungen gebildet. Die dafür notwendige Oxidation von Fettsäuren wird entweder nicht-enzymatisch über Radikale wie reaktive Sauerstoffspezies (ROS) oder enzymatisch über Lipoxygenasen katalysiert. Abhängig von der Position der Oxidation in der Fettsäure entstehen dabei C13- oder C9-Oxylipine. Sehr gut erforscht sind C13-Oxylipine wie Jasmonsäure (JA), die bei biotischem Stress und Verwundung gebildet werden und bei exogener Gabe das Wurzelwachstum von Arabidopsis thaliana hemmen. Die C9-Oxylipine wie 9-Hydroxyoktadekatriensäure (9-HOT) sind erst wenig erforscht. Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung von Transkriptionsfaktoren, mit dem Fokus auf 9-HOT-vermittelte Signalwegen in Arabidopsis thaliana. Da bekannt ist, dass auch sie zu einer Hemmung des Wurzelwachstums führen, wurde dazu die Untersuchung des Wurzelwachstums von 10 Tage alten Keimlingen etabliert. Funktionsgewinn-Mutanten des Transkriptionsfaktors TGA5 sowie des TGA5-Zielgens CYTOCHROM P450 MONOOXYGENASE CYP81D11 zeigten auf 9-HOT ein verglichen mit Col-0 deutlich besseres Wurzelwachstum. Die AtTORF-Ex-Kollektion, eine große Sammlung an Überexpressions-Linien verschiedener Transkriptionsfaktoren, wurde hinsichtlich Wurzelwachstums auf dem Oxylipin 9-HOT analysiert. Die Gesamtheit der untersuchten Pflanzen enthielt 263 unabhängige TF-Expressions-Konstrukte. Von 6087 untersuchten Pflanzen zeigten 201 Pflanzen keine Hemmung des Wurzelwachstums auf 9-HOT. Dabei konnten 80 verschiedene Transkriptionsfaktoren identifiziert werden, deren Überexpression die Wurzelwachstums-hemmende Wirkung von 9-HOT kompensiert. Es zeigte sich eine Häufung von Transkriptionsfaktoren der ERF- (ethylene responsive factor) Familie. Die verstärkte Expression der nahe verwandten Transkriptionsfaktoren ERF106 und ERF107 ermöglichte sowohl auf 9-HOT als auch auf 9-KOT ein längeres Wurzelwachstum im Vergleich zum Wildtyp. Die Genexpression von ERF106 und ERF107 wird durch Überflutung aktiviert. Durch Überflutung wird im Wildtyp die Expression von Hypoxia-Antwort-Genen wie HRE1, SUS4 oder PDC1 induziert. In den Funktionsverlust-Mutanten sind diese Gene in der Expression aber nicht beeinflusst. Auch ist nach Überflutung im normalen Tag / Nacht-Rhythmus kein signifikanter Unterschied im Überleben zwischen Col-0 und den Mutanten erf106, erf107 und erf106xerf107 nachweisbar. Zur Identifikation möglicher Ziel-Gene von ERF106 und ERF107 wurden Transkriptom-Analysen durchgeführt. Die Funktionsverlust-Mutanten erf106, erf107 und erf106xerf107 zeigten weder im Grundzustand noch nach 4 Stunden Überflutung Veränderungen in den bekannten Hypoxia-Antwort-Genen. Die Funktionsgewinn-Mutanten von ERF106 und ERF107 zeigten in der Transkriptom-Analyse eine deutliche Aktivierung von Genen, die wichtig für Entgiftung und Stressabwehr sind. Ebenso wurden wichtige Biosynthese-Gene aus der Camalexin- und Glukosinolat-Synthese in den Funktionsgewinn-Mutanten verstärkt exprimiert. Des Weiteren konnte eine verringerte Expression von Genen beobachtet werden, die wichtig für die Regulation der Eisen-Aufnahme sind, darunter bHLH-Transkriptionsfaktoren, der Eisen-Transporter IRON REGULATED TRANSPORTER 1 (IRT1) und die Eisen-Reduktase FERRIC REDUCTION OXIDASE 2 (FRO2). Zusammenfassend wurden in dieser Arbeit durch die Untersuchung der AtTORF-Ex-Kollektion mehrere TF identifiziert, die wichtige Abwehr-Gene gegen Stress- und Vergiftung sowie bedeutende Gene im Bereich der Biosynthese und Eisenaufnahme regulieren können, um so die Antwort auf C9-Oxylipine zu beeinflussen. / Oxylipins are built under stress conditions. They are the results of fatty acids oxidation that occurs either non-enzymatically by the action of free radicals like reactive oxygen species (ROS) or enzymatically by lipoxygenases conversion. There are two kinds of oxylipins, C13- or C9-, according to the position of the oxidation on the fatty acid back bone. Whereas C13-oxlipins like jasmonic acid (JA) are well characterized, little is known about C9-oxylipins like 9-hydroxyoctadecatrienoic acid (9-HOT). Both of them are generated as consequence of biotic stress or wounding and a common phenotypical mark is their ability to inhibit root growth of Arabidopsis seedlings. Preliminary studies have demonstrated that overexpression of the transcription factor TGA5 or its target gene CYTOCHROM P450 MONOOXYGENASE CYP81D11 make the plants more resistant than wildtype Col-0 to oxylipins-driven root inhibition. The aim of the work presented in this thesis was to identify and characterize transcription factors involved in 9-HOT induced signaling. At the beginning, a screening aiming at the identification of transcription factors involved in the 9-HOT signaling was set up. The root growth of 10 day old seedlings from the AtTORF-Ex-collection grown on 9-HOT containing medium was analyzed. All analyzed plants harbor 263 independent TF expression constructs. Of 6087 analyzed plants 201 plants showed no inhibition of root growth on 9-HOT. Plant overexpressing 80 different transcription factors showed a long root-phenotype on 9-HOT containing medium, indicating that in this plants the 9-HOT activated signaling was impaired. Among them, ERF-transcription factor family was overrepresented. Overexpression of the closely related ERF106 and ERF107 enabled longer root growth compared to wild-type on 9-HOT as well as on 9-KOT. Analysis of the stimuli inducing the alteration of the expression of ERF106 and ERF107, identified submergence as one of the main one. Under hypoxic conditions in wildtype, the expression of hypoxia-response-genes like HRE1, SUS4 or PDC1 is induced. Expression levels of these genes are not affected in erf106, erf107 and erf106xerf107 loss-of-function mutants. Examination of the survival rate after submergence did not reveal significant differences between Col-0 and the loss-of-function-mutants erf106, erf107 und erf106xerf107, at least under normal day-night-rhythm. To identify target genes of ERF106 and ERF107, transcriptome analysis were performed. The loss-of-function-mutants erf106, erf107 and of their double mutant did not show any differences in the known hypoxia responses, neither in control nor 4 hours after submergence. The gain-of-function-mutants of ERF106 and ERF107 exhibit a distinct gene activation of genes important for detoxification and stress regulation and defense. Moreover, genes for camalexin and glucosinolate biosynthesis pathway were up-regulated in these gain-of-function mutants. Genes crucial for regulation of iron uptake like bHLH transcription factors, iron transporter IRON REGULATED TRANSPORTER 1 (IRT1) and iron reductase FERRIC REDUCTION OXIDASE 2 (FRO2), whereas, show a reduced expression in these mutants. The analysis of the AtTORF-Ex-collection revealed some interesting TFs that can regulate genes important for stress response and detoxification, and thereby influence the response to C9-oxylipins.

Die Transduktionsfaktoruntereinheit HIF-1alpha ist der zentrale Sauerstoffsensor für Säugerzellen aller Art. Er ist in der Lage durch Steuerung der Transkription entsprechender Gene auf die Zellproliferation, verschiedene Transportvorgänge, die Angiogenese, die Glykolyse und andere Vorgänge Einfluß zu nehmen. Zahlreiche Studien belegen den Zusammenhang zwischen HIF-1alpha-Überexpression in soliden Tumoren und Verkürzung der Überlebens- bzw. der rezidivfreien Zeit. Schon lange ist die Assoziation von Tumorhypoxie mit der Verschlechterung der Prognose der Erkrankung bekannt. Die Trennung der hypoxischen Srahlenresistenz von der pro-proliferativen und pro-metastatischen Potenz von HIF-1alpha als Ursache der Prognoseverschlechterung von tumorkranken Patienten ist derzeit nicht möglich. Die vorliegende Arbeit zeigt anhand zweier etablierter humaner Tumorzellinien, daß Faktoren des Tumormikromilieus in der Lage sein können, die HIF-1alpha-Expression zu modulieren. Hypoxie war stets eine Grundvoraussetzung für die Messung erhöhter HIF-1alpha-Spiegel. Jedoch waren annähernd normale Glukosespiegel des Tumormikromilieus für eine nennenswerte HIF-1alpha-Überexpression erforderlich. Dies könnte erklären, warum immunhistochemische Schnitte von HIF-1alpha und von exogenen Hypoxiemarkern bezüglich der angefärbten Areale differieren. Sowohl die mangelnde Spezifität der HIF-1alpha-Expression für Hypoxie, als auch die für klinische Routinearbeiten ungünstige Kinetik des endogenen Hypoxiemarkers HIF-1alpha, lassen an seiner praktischen Einführung in der Klinik zweifeln. Da noch kein endogener Hypoxiemarker gefunden werden konnte, der spezifisch bei Hypoxie akkumulieren würde, und darüber hinaus alle bekannten endogenen Hypoxiemarker bei Sauerstoffmangel unterschiedlich reagieren, scheint es derzeit am sinnvollsten zu sein, neben der Kombination von verschiedenen Markern außerdem andere Faktoren, wie die Vaskularisierungsdichte zu bestimmen. Die Tatsache, daß nicht alle hypoxischen Zellen HIF-1alpha exprimieren, und die, daß aufgrund der nicht-hypoxischen Aktivierung von HIF-1alpha unter Umständen auch nicht hypoxische Zellen gesteigerte HIF-1alpha-Spiegel aufweisen, könnte ein therapeutisches Eingreifen auf Ebene von HIF-1alpha – als vermeintlich tumorspezifische Therapieform – in Frage stellen. Die Ergebnisse zahlreicher Studien zeigen deutlich, daß HIF-1alpha weder hypoxiespezifisch noch tumorspezifisch in der Zelle akkumuliert. Die Zukunft wird zeigen, ob es eine neue Substanzklasse der „HIF-1-Inhibitoren“ geben wird. Derzeit laufen mehrere klinische Studien zur Evaluierung denkbarer Substanzen. / Hypoxia-inducible factor-1alpha (HIF-1alpha) is both a potential endogenous marker of tumor hypoxia and therapeutic target. Here, it could be found that in FaDu (pharyngeal carcinoma) and HT1080 tumour cells (fibrosarcoma) no significant HIF-1alpha protein accumulation was detectable by either flow cytometry or Western blot, despite the presence of hypoxia. To investigate the effect of different tumor microenvironment conditions on hypoxic HIF-1alpha accumulation, in vitro hypoxia experiments (0.1% O2, 24 h) with manipulation of pH (7.4 vs. 6.7), glucose (0-1 g/l) and serum (0 or 10%) availability in FaDu and HT 1080 cells were performed. Hypoxic induction of HIF-1alpha protein was strongly dependent on glucose availability and largely abolished at 0.1 g/l glucose or less in both cell lines. This glucose effect was confirmed in a hypoxia-responsive-element (HRE)/enhanced-green-fluorescent-protein (EGFP) reporter assay in transfected HT 1080 cells and possibly explains a lack of HIF-1alpha protein in hypoxic tumor cells.

Die Kenntnis der Transkriptionsregulationsmechanismen stellt eine wichtige biochemische Grundlage für das Verständnis der molekularen Ereignisse, die der Krebsentstehung zugrunde liegen, dar. Eine Schlüsselrolle in der transkriptionellen Kontrolle der Genexpression spielen hierbei die Transkriptionsfaktoren. Diese sind nukleäre Proteine, die mit spezifischen DNA-Elementen interagieren und so die Transkription eines in cis-Position lokalisierten Zielgens regulieren. Da der “microphthalmia associated” Transkriptionsfaktor Mitf-M spezifisch in Melanozyten und Melanomzellen exprimiert wird, scheint er eine wichtige Rolle in der melanomspezifischen transkriptionellen Aktivierung zu spielen und war deshalb im Rahmen dieser Arbeit näher untersucht worden. Das Xiphophorus Melanomsystem, ein genetisch gut charakterisiertes Modell, wurde herangezogen, um unter zu Hilfenahme des Tyrosinasegens des mit Xiphophorus nahe verwandten Medaka (Oryzias latipes) die Transkriptionsregulation im Melanom näher zu untersuchen. Zuerst wurde gezeigt, dass der Medaka Tyrosinasepromotor spezifisch in einer Melanomzellinie von Xiphophorus (PSM Zellen) aktiviert wird. Eine 3,2 kb lange Sequenz, die 5´ zum Transkriptionsstart liegt, reicht dabei aus, eine extrem hohe, melanomspezifische Promotoraktivität zu erreichen. Dabei sind die Regionen, die sogenannte E-Boxen (CANNTG) enthalten, von besonderer Wichtigkeit für die Promotoraktivität in der Melanomzellinie, während sie in embryonalen Xiphophoruszellen (A2, als Kontrollzellen eingesetzt) keinen Einfluß auf die Expression haben. An diese E-Box-Sequenzen binden sogenannte b-HLH-Leuzinzipper Transkriptionsfaktoren. Es konnte auf indirektem Wege bewiesen werden, dass es das Protein Mitf sein muß, das an die E-Boxen im Tyrosinasegenpromotor bindet und somit die transkriptionelle Aktivierung ausübt. In EMSA Studien wurde gezeigt, dass die E-Boxen ein Kernprotein aus PSM-Zellen binden, und das dieses spezifisch an diese 6 bp lange Sequenz bindet, da Mutationen der zentralen Oligonukleotid-Sequenz die Bindung zerstörten. Ein weiterer indirekter Beweis für die Bindung von Mitf an diese E-Boxen konnte durch Co-Transfektionsexperimente erbracht werden. Auch in Säugerfibroblastenzellen konnte ektopisch eingebrachtes Mitf-M die Medaka Tyrosinasegenpromotorkonstrukte durch Bindung an E-Boxen aktivieren und das Luciferasegen zur Expression bringen. Das heißt also, dass Mitf-M ausreicht um sogar in nicht-Melanomzellen den Tyrosinasegenpromotor zu transaktivieren. Aufgrund dieser verschiedenen Experimente konnte gefolgert werden, dass diese Mitf-Bindungsstellen essentiell für eine hohe melanom- oder pigmentzellspezifische Promotoraktivität sind. Die Bindungsstelle A, die nahe der Basalpromotorregion im Medaka Tyrosinasegen liegt (-126/-131), scheint hierbei besonders wichtig für die Promotoraktivität und vor allem auch für die Vermittlung der Zelltypspezifität zu sein. Promotorkonstrukte mit den drei E-Boxen A (-126/-131), B (-2651/-2656) und C (-2866/-2871) zeigten eine gegenüber dem Konstrukt nur mit der A-Bindungsstelle höhere Aktivität. Es scheint sich ein additiver Effekt der Mitf-Bindungsstellen auszuwirken. Es konnte allerdings auch gezeigt werden, dass die E-Boxen nicht alleine verantwortlich für die Melanom- bzw. Pigmentzellspezifität sind. Neben den Mitf-Bindungsstellen gibt es noch weitere Elemente im Tyrosinasegenpromotor, die an der Bestimmmung der Spezifität beteiligt sind, und die zwar durch Deletionsreihen im Promotor eingegrenzt, dennoch noch nicht eindeutig bestimmt werden konnten. Die Wichtigkeit des Transkriptionsfaktors Mitf bzw. seiner Funktionen spiegelt sich auch in seiner starken Konservierung im Laufe der Evolution wider. Vergleichende Studien zeigten dass der Transkriptionsfaktor mit seinen verschiedenen Isoformen in Säugern wie in Vertebraten gut konserviert wurde. Nähere Analysen konnten das Vorhandensein zweier separater Gene für Mitf-M und Mitf-B bei Teleostiern nachweisen, während bei Säugetieren und Vögeln nur ein einziges Gen für die unterschiedlichen Mitf Proteine kodiert. Für das Verständnis der molekularen Prozesse bei der Melanombildung von Xiphophorus war es wichtig die Rolle von Mitf in der Signaltransduktion zu analysieren. Es war möglich einen direkten Zusammenhang zwischen der in PSM Zellen exprimierten Rezeptortyrosinkinase Xmrk, dem Genprodukt des Tumor-induzierenden Onkogens von Xiphophorus, und dem Transkriptionsfaktor Mitf nachzuweisen und seine Regulation über Signaltransduktionswege näher zu klären. Die Regulation von Mitf über den MAPkinase-Weg, konnte durch Inhibitorexperimente nachgewiesen werden. Aufgrund der zahlreichen Aktivitäten von Mitf innerhalb der Melanozyten, und seiner Aktivierungsfunktion für verschiedene Zielgene, ist dieser Transkriptionsfaktor von großer Bedeutung für sowohl Differentierung/Pigmentierung wie auch Proliferation/Überleben der Tumorzellen. / The analysis of transcriptional regulation is the essential biochemical basis for understanding the molecular mechanisms underlying cancer development. A key role in the transcriptional control of gene expression is played by transcription factors. These are nuclear proteins, interacting with specific DNA elements and thereby regulating the transcription of a target gene, which is located in cis position. The microphthalmia associated transcription factor Mitf-M, which is expressed specifically in melanocytes and melanoma cells seems to play an important role in the melanoma specific transcriptional activation. This thesis therefore focused on the function and the role of Mitf. The genetically well characterized Xiphophorus melanoma system was used as a model. Utilizing the tyrosinase gene of the closely related Medaka (Oryzias latipes) the transcriptional regulation in melanoma was investigated. First it was shown that the Medaka tyrosinase promoter was activated specifically in a melanoma cell line from Xiphophorus (PSM cells). A 3,2 kb sequence upstream the transcription start is sufficient for a high melanoma specific promoter activation. The region containing so called E-boxes (CANNTG) is of special importance for the promoter activity in the melanoma cell line whereas in embryonic cells from Xiphophorus (A2 cells, as control) the E-boxes had no influence on the expression. Members of the b-HLH-leucin zipper transcription factor family bind to this E-boxes. An indirect approach showed that it has to be the protein Mitf that binds to the E-boxes in the promoter of the tyrosinase gene and thereby mediates transcriptional activation. EMSA studies revealed a nuclear protein from PSM cells binding to the E-boxes. This binding occurs specifically to the 6 bp core sequence since mutations of the central oligonucleotid sequence destroyed the binding. An further indirect proof for the binding of Mitf to the E-boxes and thus regulation by Mitf, was obtained through co-transfection experiments. Ectopically delivered Mitf-M even in mammalian fibroblasts activated tyrosinase gene promoter constructs via binding to the E-boxes and by that mediated expression of the luciferase gene. Mitf-M is sufficient to transactivate the tyrosinase gene promoter even in non-melanoma cells. On the basis of these experiments it was concluded that the Mitf binding sites are essential for a high melanoma or pigment cell specific promoter activity. The binding site A, located near the basal promoter region in the Medaka tyrosinase gene (-126/-131), appears to be of a special importance for the promoter activity and for the mediation of tissue specificity. In comparison with the construct only with binding site A, the promoter constructs with all three E-boxes A (-126/-131), B (-2651/-2656) and C (-2866/-2871) showed a higher activity. This seems to be an additive effect of the Mitf binding sites. But it could be shown as well that it are not the E-boxes alone that are responsible for melanoma specificity. Besides the Mitf binding sites there exist further elements in the tyrosinase gene promoter that contribute to the specificity. Experiments with deletion constructs could help to narrow down these elements in the promoter, but they are not yet precisely determined. The importance of the transcription factor Mitf and its functions is reflected as well in its strong evolutionary conservation. Comparative studies showed that the transcription factor with its different isoforms is well conserved between mammals and lower vertebrates. More detailed analysis proved the presence of two separate genes for Mitf-M and Mitf-B in teleosts, whereas in mammals and birds only one single gene exists, coding for the different Mitf proteins. For understanding the molecular mechanisms of melanoma formation in Xiphophorus it was important to analyse the role of Mitf in signal transduction in the tumor cells. It was possible to demonstrate a direct link between the receptor tyrosine kinase Xmrk, the gene product of the tumor inducing oncogene in Xiphophorus, which is expressed in PSM cells and Mitf, and to contribute to its regulation in signal transduction pathways. A regulation of Mitf by the MAPkinase pathway was shown by inhibitor experiments. Because of the numerous activities of Mitf in melanocytes this transcription factor plays a pivotal role in the activation of various genes of high importance for differentiation/pigmentation as well as proliferation/survival of the cells.

BOB.1/OBF.1 ist ein Lymhozyten-spezifischer transkriptioneller Koaktivator. Er bindet an die Oct1 und Oct2 Transkriptionsfaktoren und verstärkt deren transkriptionelles Potential. Die Untersuchung BOB.1/OBF.1- defizienter Mäuse ergab, dass BOB.1/OBF.1 eine entscheidende Funktion hat in verschiedenen BZellentwicklungsstadien. Überraschenderweise zeigte die Analyse BOB.1/OBF.1-defizienter Mäuse eine weitgehend normale Expression von Genen, welche ein Oktamer-Motiv in ihren regulatorischen Regionen enthalten wie z. B. die Immunglobulingene. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Rolle von BOB.1/OBF.1 für oktamerabhängige Transkription in einer aus BOB.1/OBF.1-defizienten Mäusen etablierten B-Zelllinie untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass Promotoren, die von einem funktionellen Oktamer-Motiv abhängen, gänzlich inaktiv sind in BOB.1/OBF.1-defizienten B-Zellen. Mittels eines in diesen Zellen stabil exprimierten, regulierbaren BOB.1/OBF.1-Fusionsproteins konnte gezeigt werden, dass dieser transkriptionelle Defekt eine direkte Folge des Fehlens des Koaktivators BOB.1/OBF.1 ist. Dies gilt für einen synthetischen Oktamer- Promotor-regulierten Reporter ebenso wie für einen Immunglobulin-k-Promoter-regulierten Reporter. Diese Ergebnisse zeigten, dass BOB.1/OBF.1 selbst ein nicht-redundantes Protein in B-Zellen ist und absolut notwendig ist für oktamerabhängige transkriptionelle Aktivität. Zahlreiche in B-Zellen exprimierte Gene enthalten ein Oktamer-Motiv in ihrer regulatorischen Region, jedoch wurden erst wenige beschrieben, deren Expression von BOB.1/OBF.1 reguliert wird. Um die molekulare Basis der Funktion von BOB.1/OBF.1 für die B-Zellentwicklung zu verstehen, wurde im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit mit verschiedenen Methoden nach BOB.1/OBF.1-regulierten Zielgenen gesucht. Mit der cDNA-RDA-Methode konnte MLC1A als ein in präB-Zellen durch BOB.1/OBF.1 indirekt reguliertes Gen identifiziert werden. Affymetrix-Genchip-Experimente identifizierten sowohl durch BOB.1/OBF.1 heraufregulierte Gene, wie Ahd2like, Rbp1, Creg als auch herabregulierte Gene, wie Id3. Eine Klassifizierung der potentiellen Zielgene nach ihrer Funktion legt eine Funktion von BOB.1/OBF.1 nahe für verschieden Aspekte der B-Zellphysiologie wie Zellmetabolismus, Zelladhäsion und Zelldifferenzierung. BOB.1/OBF.1 hat also sehr wahrscheinlich eine sehr weitgefächerte Funktion in verschiedenen regulatorischen Mechanismen von B-Zellentwicklung und -funktion. Das Fehlen von Immunglobulin-Expression in Hodgkin-Reed-Sternberg-Zellen (HRS-Zellen) des klassischen Hodgkin-Lymphoms wurde ursprünglich erklärt durch inaktivierende Mutationen im Promotor oder in kodierenden Sequenzen des Gens. Im dritten Teil dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass in HRS-Zellen weder BOB.1/OBF.1 noch Oct2 exprimierte werden. Durch Transfektion von Reportern, die durch Oktamer- Motive oder durch einen Immunglobulin-Promotor reguliert werden, in HRS-Zelllinien konnte gezeigt werden, dass das Fehlen dieser Proteine sehr wahrscheinlich maßgeblich am Defekt der Immunglobulin-Transkription in HRS-Zellen beteiligt ist. / BOB.1/OBF.1 is a lymphocyte-restricted transcriptional coactivator. It binds to the Oct1 and Oct2 transcription factors and increases their transactivation potential. Targeted gene disruption experiments revealed that BOB.1/OBF.1 is critical at different stages of B cell development. Surprisingly, animals deficient for BOB.1/OBF.1 showed virtually normal expression of genes that contain octamer motifs in their regulatory regions, like immunoglobulin genes. In the first part of this work the role of BOB.1/OBF.1 for octamerdependent transcription in a B cell line established from BOB.1/OBF.1-deficient mice was addressed. We show that promoters exclusively dependent on functional octamer motifs are completely inactive in BOB.1/OBF.1- deficient B cells. To demonstrate directly that the lack of activity is a consequence of lack of the coactivator, we constructed a hormone regulated conditional allele of BOB.1/OBF.1, which was introduced into the BOB.1/OBF.1-deficient B cells. This resulted in the hormone-dependent transcriptional activity of octamerdependent reporters in these cells. The BOB.1/OBF.1 requirement for octamer promoter function was also observed when an authentic immunoglobulin k-promoter was assayed. Thus, these results demonstrate that BOB.1/OBF.1 itself is a non-redundant protein in B cells and absolutely required for octamer-dependent transcriptional activity. A large number of genes expressed in B cells contain octamer motifs in their regulatory regions. However, only few genes have been described so far whose expression is dependent on BOB.1/OBF.1. To understand the molecular basis of BOB.1/OBF.1 function in B cell development we searched for BOB.1/OBF.1 target genes by different screening methods, in the second part of this work. Using the cDNA-RDA method MLC1A could be identified as a gene indirectly regulated by BOB.1/OBF.1 in preB cells. Genechip experiments identified genes induced by BOB.1/OBF.1, like Ahd2like, Rbp1, Creg, and genes repressed by BOB.1/OBF.1, like Id3. Classification of BOB.1/OBF.1 target genes by function suggests that they affect various aspects of B cell physiology such as cellular metabolism, cell adhesion and differentiation. Our observations suggest that by regulating genes in different functional pathways, BOB.1/OBF.1 has a widespread effect on B cell development and function. The absence of immunoglobulin expression in Hodgkin-Reed-Sternberg (HRS) cells of classical Hodgkin lymphoma was initially suggested to be caused by inactivating mutations in the immunoglobulin promoter or coding region. In the third part of this work it was shown, that HRS cells express no BOB.1/OBF.1 and Oct2. By transfection experiments in HRS cell lines, using octamer-motif dependent and immunoglobulin regulated reporters, it was shown that the lack of this proteins is likely to be critically involved in the observed defect of immunoglobulin transcription in HRS cells.

SUMMARY GABP is a heterodymeric member of Ets-family transcription factors. It consists of two subunits – GABPa which contains DNA binding domain and GABPb, which provides transcriptional activation domain and nuclear localization signal. GABPa/b complex is essential for transcriptional activation of multiple lineage-restricted and housekeeping genes, several viral genes, and in some cases might function as transcriptional repressor. Large variety of data indicates involvement of GABP in the complex regulation of cell growth, specified by quiescence, stimulation/proliferation, apoptosis and senescence. Expression level of GABPa subunit is rapidly increased when resting cells enter S-phase, and GABPa/b complex is critical to promote the continuity of the cell cycle. Conditional inactivation of GABPa expression in mouse embryonic fibroblasts results in a complete block of proliferation and acquisition of senescence-like phenotype. However, the influence of GABP on the other cell growth determinant – the apoptosis – remains largely obscure. Therefore we aimed to investigate the influence of GABPa/b expression level on the cell growth in vitro. Using siRNA approach we achieved efficient but only transient down-regulation of GABPa expression which precluded further cell growth studies. Persistent increase of the expression of GABPb subunit only resulted in a positive effect on the cell growth speed. Simultaneous conditional overexpression of both GABPa and GABPb subunits though, strongly reduced the growth of the affected cell cultures in reversible and in expression level dependent manner. Interestingly, GABPa/b overexpressing cells did show neither cell cycle arrest nor massive induction of apoptosis. However, more detailed analyses revealed that dampened apoptotic processes were taking place in GABPa/b−overexpressing cells, starting with a prominent activation of caspase-12. Interestingly, activation of downstream effector caspases was rather suppressed explaining a weak increase of apoptotic cells in GABPa/b overexpressing cultures. This effect suggests that the activation of caspase-12 by elevated amounts of exogenous GABPa/b reflects the normal physiological mechanism of caspase-12 regulation. / ZUSAMMENFASSUNG GABP ist ein heterodimerisches Mitglied aus der Familie der Ets- Transkriptionsfaktoren. Es besteht aus zwei Untereinheiten – GABPa, welche die DNA-Bindedomäne enthält, sowie GABPb, welche sowohl die Transkriptions-Aktvierungsdomäne als auch das Kernimportsignal umfasst. GABPa/b ist für die Transkriptions-Aktivierung mehrerer differenzierungstypischer als auch sog. Housekeeping Gene, sowie einiger viraler Gene essentiell und kann, in einigen Fällen, auch als Transkriptionsrepressor fungieren. Eine Vielzahl von Daten deutet darauf hin, dass GABP in der komplexen Kontrolle des Wachstums von Zellen ein wichtige Rolle zukommt. Dies zeigt sich z. B. im Einfluss von GABP auf zelluläre Vorgänge wie der Stimulation/Proliferation, Apoptose und Seneszenz. So steigt z. B. der Spiegel der GABPa Untereinheit rapide an, nachdem ruhende Zellen die G0-Phase verlassen und in die S-Phase eintreten. Der aus beiden Untereinheiten gebildete Komplex ist dann für die Progression der Zellen durch den gesamten Zellzyklus von entscheidender Bedeutung. Die Unterdrückung der Expression der GABPa Untereinheit in embryonalen Mausfibroblasten hingegen führt zu einem vollkommenen Proliferations-Stopp dieser Zellen und induziert in diesen einen Seneszenz-artigen Phänotyp. Andererseits ist über den Einfluss von GABP auf andere wichtige das Zellwachstums beeinflussende Faktoren wie z. B. der Apoptose bislang noch recht wenig bekannt. Daher lag es im Fokus dieser vorliegenden Arbeit, den Einfluss der GABPa/b-Spiegels auf das Zellwachstum in vitro näher zu untersuchen. Mithilfe von siRNA-Ansätzen gelang uns die effiziente Herunterregulierung von GABPa. Diese war jedoch nur von vorübergehender Natur, so dass weitere Studien zum Zellwachstum nicht möglich waren. Die stabile Überexpression der GABPb Untereinheit führte dagegen nur zu einem Anstieg der Zellwachstumsgeschwindigkeit. Wurden jedoch sowohl beide Untereinheit gleichzeitig überexprimiert, so resultierte dies in einer deutlichen, Expressionsspiegel-abhängigen und reversiblen Wachstumshemmung der Zellen. Bemerkenswerterweise zeigte die GABPa/b-überexprimierende Zellpopulation weder einen erhöhten Anteil an G0-Phase noch war eine deutlich ausgeprägte Zunahme der Apoptose-Rate zu verzeichnen. In weiteren Experimenten konnte dennoch eine leichte Erhöhung der Apoptose-Rate in den überexprimierenden Zellen gezeigt werden, was sich durch die deutliche Aktivierung von Caspase-12 belegen ließ. Die Aktivierung von Effektor-Caspasen der Caspase-12 schien allerdings nicht zu erfolgen, was den nur schwach ausgeprägten Charakter der Apoptose zu erklären vermag. Diese Beobachtungen suggerieren, dass die Aktivierung der Caspase-12 durch erhöhte Mengen von exogenem GABPa/b den normalen physiologischen Mechanismus der Caspase-12 Regulation widerspiegelt.

Bei Melanomen handelt es sich um die gefährlichste Form von Hautkrebs mit der höchsten Mortalitätsrate. Deshalb sind Untersuchungen dieser Hautkrebsart von immenser Bedeutung. Es ist bekannt, dass der AP-1-Transkriptionsfaktorkomplex eine große Rolle für Melanomentstehung und -progression spielt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktion der AP-1 Komponente FOSL1 in Melanomen untersucht. Hierbei konnte zunächst ermittelt werden, dass die FOSL1 Expression im humanen Melanom durch den MAPK-Signalweg vermittelt wird und von den Onkogenen BRAF und NRAS abhängig ist. Dies wird auch durch die Tatsache unterstützt, dass die Stabilität von FOSL1 durch MAPK reguliert wird. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass FOSL1 in vielen Melanomzellen die Proliferation verstärkt und auch an Migration beteiligt ist. Da diese Prozesse zur Krebsprogression beitragen, deutet dies darauf hin, dass FOSL1 bei der Melanomentwicklung eine wichtige Funktion besitzt. Weiterhin konnten SLUG, SNAI3, IL6 und MMP14 als FOSL1-Zielgene identifiziert werden, deren Regulierbarkeit durch FOSL1, jedoch abhängig von der jeweiligen Zelllinie war. Somit konnte mit dieser Arbeit gezeigt werden, dass FOSL1 nicht nur, wie zuvor für Brustkrebszellen beschrieben, an Migration beteiligt ist, sondern auch zur Proliferation humaner Melanome beiträgt. Zukünftige Arbeiten werden zeigen, ob die identifizierten Gene für die FOSL1-vermittelte Migration und Proliferation verantwortlich sind. / Melanoma is the most aggressive type of skin cancer with the highest mortality rate. Hence, the investigation of this type of cancer is of great importance. The AP-1 transcription factor complex is known to play a major role during initiation and progression of melanoma. This research was aimed at investigating the role of the AP-1 component FOSL1 in melanoma. Initial determinations showed that in human melanoma the FOSL1 expression is mediated by the MAPK-signaling pathway and dependent on the oncogenes BRAF and NRAS. This finding is supported by the fact that the stability of FOSL1 is regulated by MAPK. Furthermore, this research revealed that FOSL1 enhances proliferation in several cell lines and also contributed to migration. Since these processes contribute to cancer progression, FOSL1 even seems to play an important role in melanoma development. Moreover, SLUG, SNAI3, IL6 and MMP14 were identified to be target genes of FOSL1. However, the FOSL1-dependent regulation of these genes differed between the cell lines. Thus, this investigation provides evidence that FOSL1 does not only promote migration, which was described previously in breast cancer, but it also contributes to proliferation of human melanoma. Experiments in the future will unravel if the identified genes are responsible for the FOSL1-mediated migration and proliferation.

The Notch signaling pathway is crucial for mammalian heart development. It controls cell-fate decisions, coordinates patterning processes and regulates proliferation and differentiation. Critical Notch effectors are Hey bHLH transcription factors (TF) that are expressed in atrial (Hey1) and ventricular (Hey2) cardiomyocytes (CM) and in the developing endocardium (Hey1/2/L). The importance of Hey proteins for cardiac development is demonstrated by knockout (KO) mice, which suffer from lethal cardiac defects, such as ventricular septum defects (VSD), valve defects and cardiomyopathy. Despite this clear functional relevance, little is known about Hey downstream targets in the heart and the molecular mechanism by which they are regulated. Here, I use a cell culture system with inducible Hey1, Hey2 or HeyL expression to study Hey target gene regulation in HEK293 cells, in murine embryonic stem cells (ESC) and in ESC derived CM. In HEK293 cells, I could show that genome wide binding sites largely overlap between all three Hey proteins, but HeyL has many additional binding sites that are not bound by Hey1 or Hey2. Shared binding sites are located close to transcription start sites (TSS) where Hey proteins preferentially bind to canonical E boxes, although more loosely defined modes of binding exist. Additional sites only bound by HeyL are more scattered across the genome. The ability of HeyL to bind these sites depends on the C-terminal part of the protein. Although there are genes which are differently regulated by HeyL, it is unclear whether this regulation results from binding of additional sites by HeyL. Additionally, Hey target gene regulation was studied in ESC and differentiated CM, which are more relevant for the observed cardiac phenotypes. ESC derived CM contract in culture and are positive for typical cardiac markers by qRT PCR and staining. According to these markers differentiation is unaffected by prolonged Hey1 or Hey2 overexpression. Regulated genes are largely redundant between Hey1 and Hey2. These are mainly other TF involved in e.g. developmental processes, apoptosis, cell migration and cell cycle. Many target genes are cell type specifically regulated causing a shift in Hey repression of genes involved in cell migration in ESC to repression of genes involved in cell cycle in CM. The number of Hey binding sites is reduced in CM and HEK293 cells compared to ESC, most likely due to more regions of dense chromatin in differentiated cells. Binding sites are enriched at the proximal promoters of down-regulated genes, compared to up-or non-regulated genes. This indicates that up-regulation primarily results from indirect effects, while down-regulation is the direct results of Hey binding to target promoters. The extent of repression generally correlates with the amount of Hey binding and subsequent recruitment of histone deacetylases (Hdac) to target promoters resulting in histone H3 deacetylation. However, in CM the repressive effect of Hey binding on a subset of genes can be annulled, likely due to binding of cardiac specific activators like Srf, Nkx2-5 and Gata4. These factors seem not to interfere with Hey binding in CM, but they recruit histone acetylases such as p300 that may counteract Hey mediated histone H3 deacetylation. Such a scenario explains differential regulation of Hey target genes between ESC and CM resulting in gene and cell-type specific regulation. / Der Notch Signalweg ist essenziell für die Herzentwicklung in Säugetieren. Er kontrolliert Zell-differenzierung, koordiniert Musterbildungsprozesse und reguliert Proliferation und Differenzierung. Kritische Notch Effektoren sind Hey bHLH Transkriptionsfaktoren, welche im Herzen in atrialen (Hey1) und ventrikulären (Hey2) Kardiomyozyten und dem sich entwickelnden Endokardium (Hey1/2/L) exprimiert werden. Die Bedeutung von Hey Proteinen während der Herzentwicklung wird an Hand von verschiedenen KO Mäusen ersichtlich, welche letale Herzdefekte, wie ventrikuläre Septumdefekte, Herzklappendefekte und Kardiomyopathien, entwickeln. Trotz dieser klaren funktionalen Relevanz ist wenig über Hey Zielgene im Herzen und den molekularen Mechanismus bekannt, über den diese reguliert werden. Hier wurde ein Zellkultursystem mit induzierbarer Expression von Hey1, Hey2 oder HeyL verwendet, um Hey Zielgene in HEK293, murinen embryonalen Stammzellen und in differenzierten Kardiomyozyten zu studieren. In HEK293 Zellen konnte ich zeigen, dass die Bindestellen im Genom weitestgehend zwischen allen drei Hey Proteinen überlappen, HeyL jedoch viele zusätzliche Bindestellen aufweist, welche weder von Hey1 noch Hey2 gebunden werden. Gemeinsame Bindestellen befinden sich nahe Transkriptionsstartstellen, präferentiell an kanonische E boxen. Die nur von HeyL gebunden Bindestellen sind mehr über das Genom verteilt. Dabei ist die Fähigkeit von HeyL diese Stellen zu binden vom C-terminalen Teil abhängig. Obwohl es Gene gibt, die unterschiedlich von HeyL reguliert werden, ist es auf Grund der sehr viel größeren Anzahl an HeyL Bindestellen unklar, ob diese Regulation das Resultat von zusätzlicher HeyL Bindung ist. Zusätzlich wurde die Regulation von Hey Zielgenen in embryonalen Stammzellen und differenzierten Kardiomyozyten untersucht, da diese Zellen für die beobachteten kardialen Phänotypen relevanter sind. Differenzierte Kardiomyozyten kontrahieren in Kultur und sind positiv für typische kardiale Marker an Hand von qRT-PCR und Färbungen. Nach diesen Markern ist die Differenzierung durch kontinuierliche Überexpression von Hey1 oder Hey2 unverändert. Die Hey1 und Hey2 regulierten Gene sind weitestgehend redundant. Viele Zielgene sind andere Transkriptionsfaktoren, die zum Beispiel an Entwicklungsprozessen, Apoptose, Zellmigration und dem Zellzyklus beteiligt sind. Diese werden oft Zelltyp spezifisch reguliert, was zur Folge hat, dass in embryonalen Stammzellen auch an der Zellmigration beteiligte Gene reprimiert werden, während es in Kardiomyozyten vor allem Gene sind, die den Zellzyklus betreffen. Die Zahl der Hey Bindestellen ist in Kardiomyozyten und HEK293 Zellen verglichen mit embryonalen Stammzellen reduziert, höchstwahrscheinlich da differenzierte Zellen weniger offenes Chromatin besitzen. Die Bindestellen sind in reprimierten Genen verglichen mit induzierten oder nicht regulierten Genen angereichert. Dies deutet an, dass eine Induktion meist durch indirekte Effekte zu Stande kommt, während eine Repression das direkte Ergebnis der Hey Bindung an Zielpromotoren ist. Die Stärke der Repression korreliert dabei generell mit der Menge an Promoter gebundenem Hey Protein, welches Histon-Deacetylasen rekrutiert und zu einer Reduktion der Histon H3 Acetylierung führt. In Kardiomoyzyten wird der repressive Effekt von Hey für bestimmte Gene unterbunden, wahrscheinlich durch Bindung herzspezifischer Aktivatoren, wie Srf, Nkx2 5 und Gata4. Diese Faktoren scheinen nicht die Bindung von Hey zu beeinflussen, aber sie rekrutieren Acetylasen wie p300, welche Hey vermittelter Histon H3 Deacetylierung entgegenwirken. Dieses Model erklärt die unterschiedliche Regulation von Hey Zielgenen zwischen embryonalen Stammzellen und Kardiomyozyten.

N-MYC is a member of the human MYC proto-oncogene family, which comprises three transcription factors (C-, N- and L-MYC) that function in multiple biological processes. Deregulated expression of MYC proteins is linked to tumour initiation, maintenance and progression. For example, a large fraction of neuroblastoma displays high N-MYC levels due to an amplification of the N-MYC encoding gene. MYCN-amplified neuroblastoma depend on high N-MYC protein levels, which are maintained by Aurora-A kinase. Aurora-A interaction with N-MYC interferes with degradation of N-MYC via the E3 ubiquitin ligase SCFFBXW7. However, the underlying mechanism of Aurora-A-mediated stabilisation of N-MYC remains to be elucidated. To identify novel N-MYC interacting proteins, which could be involved in N-MYC stabilisation by Aurora-A, a proteomic analysis of purified N-MYC protein complexes was conducted. Since two alanine mutations in MBI of N-MYC, T58A and S62A (N-MYC mut), disable Aurora-A-mediated stabilisation of N-MYC, N-MYC protein complexes from cells expressing either N-MYC wt or mut were analysed. Proteomic analysis revealed that N-MYC interacts with two deubiquitinating enzymes, USP7 and USP11, which catalyse the removal of ubiquitin chains from target proteins, preventing recognition by the proteasome and subsequent degradation. Although N-MYC interaction with USP7 and USP11 was confirmed in subsequent immunoprecipitation experiments, neither USP7, nor USP11 was shown to be involved in the regulation of N-MYC stability. Besides USP7/11, proteomic analyses identified numerous additional N-MYC interacting proteins that were not described to interact with MYC transcription factors previously. Interestingly, many of the identified N-MYC interaction partners displayed a preference for the interaction with N-MYC wt, suggesting a MBI-dependent interaction. Among these were several proteins, which are involved in three-dimensional organisation of chromatin domains and transcriptional elongation by POL II. Not only the interaction of N-MYC with proteins functioning in elongation, such as the DSIF component SPT5 and the PAF1C components CDC73 and CTR9, was validated in immunoprecipitation experiments, but also with the POL III transcription factor TFIIIC and topoisomerases TOP2A/B. ChIP-sequencing analysis of N-MYC and TFIIIC subunit 5 (TFIIIC5) revealed a large number of joint binding sites in POL II promoters and intergenic regions, which are characterised by the presence of a specific motif that is highly similar to the CTCF motif. Additionally, N-MYC was shown to interact with the ring-shaped cohesin complex that is known to bind to CTCF motifs and to assist the insulator protein CTCF. Importantly, individual ChIP experiments demonstrated that N-MYC, TFIIIC5 and cohesin subunit RAD21 occupy joint binding sites comprising a CTCF motif. Collectively, the results indicate that N-MYC functions in two biological processes that have not been linked to MYC biology previously. Furthermore, the identification of joint binding sites of N-MYC, TFIIIC and cohesin and the confirmation of their interaction with each other suggests a novel function of MYC transcription factors in three-dimensional organisation of chromatin. / N-MYC ist ein Mitglied der humanen MYC proto-Onkogen Familie, welche drei Transkriptionsfaktoren umfasst (C-,N- und L-MYC), die in zahlreichen biologischen Prozessen fun-gieren. Deregulierte Expression der MYC Proteine ist mit Tumorinitiierung, -erhalt und -progression verbunden. Zum Beispiel zeigt ein großer Anteil an Neuroblastomen aufgrund einer Amplifizierung des N-MYC kodierenden Gens hohe N-MYC Level. MYCN-amplifizierte Neuroblastome hängen von den hohen N-MYC Protein Leveln ab, die durch die Aurora-A Kinase erhalten werden. Die Interaktion von Aurora-A mit N-MYC behindert den Abbau von N-MYC durch die E3 Ubiquitin Ligase SCFFBXW7. Allerdings muss der zugrunde liegende Mechanismus der Aurora-A vermittelten Stabilisierung von N-MYC noch aufgedeckt werden. Um neue N-MYC interagierende Proteine zu identifizieren, welche in der N-MYC Stabilisierung durch Aurora-A involviert sind, wurde eine Proteom Analyse der aufgereinigten N-MYC Proteinkomplexe durchgeführt. Da zwei Alanin-Mutationen in MBI von N-MYC, T58A und S62A (N-MYC mut), die Aurora-A vermittelte Stabilisierung von N-MYC verhindern, wurden N-MYC Protein-Komplexe von Zellen, die entweder N-MYC wt oder mut exprimieren analysiert. Die Proteom Analyse offenbarte, dass N-MYC mit zwei Deubiquitinierenden Enzymen, USP7 und USP11, interagiert, welche das Entfernen von Ubiquitinketten von Zielproteinen katalysieren und dadurch die Erkennung durch das Proteasom und den darauf folgenden Abbau verhindern. Obwohl die Interaktion von N-MYC mit USP7 und USP11 in darauf folgenden Immunpräzipitationsexperimenten bestätigt wurde, konnnte weder für USP7, noch für USP11 gezeigt werden, dass es in die Regulierung der Stabilität von N-MYC involviert ist. Neben USP7/11 wurden in der Proteom Analyse zusätzlich zahlreiche mit N-MYC interagierende Proteine identifiziert, die zuvor noch nicht beschrieben wurden mit MYC Transkriptionsfaktoren zu interagieren. Interessanterweise zeigten viele der identifizierten N-MYC Interaktionspartner eine Präferenz für die Interaktion mit N-MYC wt, was eine MBI-abhängige Interaktion suggeriert. Unter diesen waren einige Proteine, die in die drei-dimensionale Organisation von Chromatindomänen und transkriptioneller Elongation durch POL II involviert sind. Nicht nur die Interaktion von N-MYC mit Proteinen, die in der Elongation agieren, wie die DSIF Komponente SPT5 und die PAF1C Komponenten CDC73 und CTR9, wurden in Immunpräzipitationsexperimenten bestätigt, sondern auch mit dem POL III Transkriptionsfaktor TFIIIC und den Topoisomerasen TOP2A/B. Analyse von ChIP-Sequenzierungsexperimenten für N-MYC und TFIIIC Untereinheit 5 (TFIIIC5) offenbarte eine große Anzahl von gemeinsamen Bindungsstellen in POL II Promotoren und intergenen Regionen, welche durch das Vorkommen eines speziellen Motivs gekennzeichent waren, das dem CTCF Motiv sehr ähnlich ist. Zusätzlich wurde gezeigt, dass N-MYC mit dem ringförmigen Cohesin Komplex interagiert, der dafür bekannt ist an CTCF Motive zu binden und dem Insulator Protein CTCF zu assistieren. Entscheidender Weise zeigten individuelle ChIP Experimente, dass N-MYC, TFIIIC5 und die Cohesin Untereinheit RAD21 gemeinsame Bindungstellen haben, die ein CTCF Motiv enthalten. Zusammenfassend weisen die Ergebnisse darauf hin, dass N-MYC in zwei biologischen Prozessen fungiert, die zuvor nicht mit der Biologie von MYC verbunden wurden. Zudem suggeriert die Identifizierung von gemeinsamen Bindungstellen von N-MYC, TFIIIC und Cohesin und die Bestätigung der Interaktion untereinander eine neue Funktion von MYC Transkriptionsfaktoren in der drei-dimensionalen Organisation von Chromatin.

Members of the T-box gene family encode transcription factors that play key roles during embryonic development and organogenesis of invertebrates and vertebrates. The defining feature of T-box proteins is an about 200 aa large, conserved DNA binding motif, the T domain. Their importance for proper development is highlighted by the dramatic phenotypes of T-box mutant animals. My thesis was mainly focused on two Drosophila T-box genes, optomotor-blind (omb) and optomotor-blind related 1 (org-1), and included (i) a genetic analysis of org-1 and (ii) the identification of molecular determinants within OMB and ORG-1 that confer functional specificity. (i) Genetic analysis of org-1 initially based on a behavioral Drosophila mutant, C31. C31 is a X-linked, recessive mutant and was mapped to 7E-F, the cytological region of org-1. This pleiotropic mutant is manifested in walking defects, structural aberrations in the central brain, and "held-out" wings. Molecular analysis revealed that C31 contains an insertion of a 5' truncated I retrotransposon within the 3' untranslated transcript of org-1, suggesting that C31 might represent the first org-1 mutant. Based on this hypothesis, we screened 44.500 F1 female offspring of EMS mutagenized males and C31 females for the "held-out" phenotype, but failed to isolate any C31 or org-1 mutant, although this mutagenesis was functional per se. Since we could not exclude the possibility that our failure is due to an idiosyncracy of C31, we intended not to rely on C31 in further genetic experiments and followed a reverse genetic strategy . All P element lines cytologically mapping to 7E-7F were characterized for their precise insertion sites. 13 of the 19 analyzed lines had P element insertions within a hot-spot 37 kb downstream of org-1. No P element insertions within org-1 could be identified, but several P element insertions were determined on either side of org-1. The org-1 nearest insertions were used for local-hop experiments, in which we associated 6 new genes with P insertions, but failed to target org-1. The closest P elements are still 10 kb away from org-1. Subsequently, we employed org-1 flanking P elements to induce precise deletions in 7E-F spanning org-1. Two org-1 flanking P elements were brought together on a recombinant chromosome. Remobilization of P elements in cis configuration frequently results in deletions with the P element insertion sites as deficiency endpoints. In a first attempt, we expected to identify deficiencies by screening for C31 alleles. 8 new C31 alleles could be isolated. The new C31 chromosomes, however, did not carry the desired deletion. Molecular analysis indicated that C31 is not caused by aberrations in org-1, but by mutations in a distal locus. We repeated the P element remobilization and screened for the absence of P element markers. 4 lethal chromosomes could be isolated with a deletion of the org-1 locus. (ii) The consequences of ectopic org-1 were analyzed using UAS-org-1 transgenic flies and a number of different Gal4 driver lines. Misexpression of org-1 during imaginal development interfered with the normal development of many organs and resulted in flies with a plethora of phenotypes. These include a homeotic transformation of distal antenna (flagellum) into distal leg structures, a strong size reduction of the legs along their proximo-distal axis, and stunted wings. Like ectopic org-1, ectopic omb leads to dramatic changes of normal developmental pathways in Drosophila as well. dpp-Gal4/ UAS-omb flies are late pupal lethal and show an ectopic pair of wings and largely reduced eyes. GMR-Gal4 driven ectopic omb expression in the developing eye causes a degeneration of the photoreceptor cells, while GMR-Gal4/ UAS-org-1 flies have intact eyes. Hence, ectopic org-1 and omb induce profound phenotypes that are qualitatively different for these homologous genes. To begin to address the question where within OMB and ORG-1 the specificity determinants reside, we conceptionally subdivided both proteins into three domains and tested the relevance ofthese domains for functional specificity in vivo. The single domains were cloned and used as modules to assemble all possible omb-org-1 chimeric trans- genes. A method was developed to determine the relative expression strength of different UAS-transgenes, allowing to compare the various transgenic constructs for qualitative differences only, excluding different transgene quantities. Analysis of chimeric omb-org-1 transgenes with the GMR-Gal4 driver revealed that all three OMB domains contribute to functional specificity. / Die Mitglieder der T-box Genfamilie kodieren Transkriptionsfaktoren mit Schlüsselrollen in der Embryogenese und der Organentwicklung von Invertebraten und Vertebraten. Charakteristisch für T-box Proteine ist der Besitz einer T Domäne, eines ungefähr 200 Aminosäuren großen, homologen DNA Bindungsmotivs. Die Relevanz dieser Proteine in vielen Entwicklungsprozessen zeigt sich deutlich in den dramatischen Phänotypen von Tieren mit Mutationen in T-box Genen. Die vorliegende Arbeit konzentrierte sich vor allem auf das Studium von zwei Drosophila T-box Genen, optomotor-blind (omb) und optomotor-blind related 1 (org-1) und beinhaltet (i) eine genetische Analyse der org-1 Gens und (ii) die Identifikation der molekularen Determinanten innerhalb OMB und ORG-1, die den verwandten Proteinen ihre funktionelle Spezifität verleihen. (i) Die genetische Analyse des org-1 Gens stützte sich anfänglich auf die Drosophila Mutante C31. C31 ist eine X-gekoppelte, rezessive Mutation und wurde in den Bereich 7E-7F kartiert, in dem sich auch org-1 befindet. C31 Fliegen zeigen Defekte im Laufverhalten, Strukturdefekte im Zentralkomplex des Gehirns und eine Flügelfehlstellung. Eine Molekularanalyse ergab, daß C31 eine Insertion eines 5' verkürzten I Retrotransposons innerhalb des 3' untranslatierten org-1 Transkripts enthält und ließ vermuten, daß C31 das erste mutante org-1 Allel darstellen könnte. Dieser Hypothese folgend durchsuchten wir ca 44.500 F1 Weibchen aus der Kreuzung von EMS mutagenisierten Männchen mit C31 Weibchen auf den C31 Flügelphänotyp, konnten allerdings keine org-1 oder C31 Mutante isolieren. Da wir nicht ausschließen konnten, daß unser Scheitern durch eine Eigentümlichkeit der C31 Mutante verursacht wurde, verfolgten wir nun eine revers-genetische Strategie mit dem Ziel, P Element Insertionen im org-1 Gen zu isolieren. Alle Fliegenlinien mit P Elementen in 7E-7F wurden molekular charakterisiert und ihre Integrationsstellen präzise bestimmt. 13 der 19 analysierten Linien trugen ihre Insertionen in einem hot-spot ungefähr 37 kb distal zu org-1. Keine P Element Insertion konnte im org-1 Gens gefunden werden, jedoch wurden mehrere P Elemente auf beiden Seiten von org-1 identifiziert. Die beiden org-1 nächsten Insertionen wurden für mehrere local-hop Experimente verwendet, in denen wir 6 neue Gene mit P Insertionen assoziieren konnten, jedoch nicht org-1. Nachfolgend wurden zwei org-1 flankierende P Elemente verwendet, um präzise Deletionen über den org-1 Genlokus zu erzeugen. Zwei org-1 flankierende P Elemente wurden zunächst auf ein Chromosom rekombiniert. Die Remobilisierung von P Elementen in cis Anordnung führt häufig zu Deletionen mit den P Element Insertionsstellen als Defizienz-Endpunkten. In einem ersten Versuch erwarteten wir mutmaßliche Defizienzen als neue C31 Allele zu identifizieren. Acht C31 Allele konnten isoliert werden. Zu unserer Überraschung trugen diese neuen C31 Chromosomen aber nicht die gewünschte Deletion. Weitere Analysen ergaben, daß C31 nicht durch Mutationen im org-1 Gen verursacht wird, sondern durch Mutationen in einem distalen Gen. Wir wiederholten die P Element Remobilisierung, suchten nun aber auf Verlust der P Element-Marker nach Defizienzen. Vier lethale Chromosomen konnten isoliert werden, die eine Deletion über org-1 tragen. (ii) Die Konsequenzen einer ektopischen Expression von org-1 wurden mit Hilfe von UAS-org-1 transgenen Fliegen und einer Reihe Gal4 Treiberlinien studiert. Mißexpression von org-1 während der Imaginalentwicklung stört die normale Entwicklung in vielen Organen und führt zu Fliegen mit einer Vielzahl von Phänotypen. Diese beinhalten eine homeotische Transformation distaler Antennensegmente in distale Beinstrukturen, stark verkürzte Beine und verkrüppelte Flügel. Ebenso wie ektopische org-1 Expression bewirkt auch die ektopische Expression von omb eine dramatische Veränderung des normalen Entwicklungsprogramms. dpp-Gal4/ UAS-omb Fliegen sind puppal lethal und weisen ein ektopisches Flügelpaar und verkleinerte Augen auf. GMR-Gal4 getriebene ektopische omb Expression in der Augenentwicklung verursacht eine Degeneration der Photorezeptorzellen, während GMR-Gal4/ UAS-org-1 Tiere intakte Augen besitzen. Die ektopische Expression von omb und org-1 verursacht also jeweils deutliche, jedoch qualitativ sehr unterschiedliche Phänotypen für die homologen Gene. Um zu bestimmen, wo sich innerhalb der OMB und ORG-1 Proteine die Spezifitätsdeterminanten befinden, haben wir beide Proteine konzeptionell in drei Domänen unterteilt und die Bedeutung der einzelnen Domänen für funktionelle Spezifität mit Hilfe von chimären omb-org-1 Transgenen in vivo untersucht. Die Analyse der chimären omb-org-1 Transgene mit der GMR-Gal4 Treiberlinie ergab, daß alle drei OMB Domänen zur funktionellen Spezifität von OMB beitragen.

Univ., Diss., 2009--Marburg.