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The diploma thesis focuses on the content of biogenic amines (BA: tyramine, histamine, kadaverine, tryptamine, phenylethylamine) and polyamines (PA: putrescine, spermine, spermidine) in eidam, emmental and parmesan cheese. The theoretical part describes the origin, occurrence and importance of BA and PA, and the various factors influencing their occurrence. In the practical part, the influence of the type of cheese, temperature and storage time on the content of individual amines was monitored. The most significant amines in all types of tested cheeses were tyramine (eidam 173,3 mg/kg > emmental 4,4 mg/kg = parmesan 10,9 mg/kg) and putrescine (eidam 188,4 mg/kg > emmental 77,5 mg/kg = parmesan 36,4 mg/kg). When compared to all types of monitored cheeses stored for 3 weeks, there was a tendency (p > 0,05) to increase the BA content and decrease the PA content in the cheeses stored at 20 °C compared to the cheese stored at 5 °C (tyramine 128,1 mg/kg vs. 62,9 mg/kg, putrescine 61 mg/kg vs. 100,8 mg/kg). During storage (X, weeks), the tyramine content (Y; mg/kg) in eidam and emmental was increased by the following equation: y = 82,2 + 28,9x (R2 = 0,34, p = 0,005) and y = -10,7 + 5,17x (R2 = 0,23, p = 0,025). The corresponding regression for the content of PUT (on the other hand, the reduction of content) in emmental and parmesan was as follows: y = 230,1 – 63,63x + 4.249x2 (R2 = 0,92, p < 0,001) and y = 48,6 – 6,07x2 (R2 = 0,24, p = 0,024).

Aggression ist ein facettenreiches Phänomen, das sowohl in Vertebraten als auch in Invertebraten auftritt. Trotz der weiten Verbreitung dieses Verhaltens sind die neuronalen Netzwerke, die der Aggression zugrunde liegen, noch kaum bekannt. Zahlreiche Studien weisen den biogenen Aminen eine prominente Rolle in der Modulation von Aggression zu. Das Ziel dieser Doktorarbeit war mit Hilfe des Modellorganismus Drosophila melanogaster zu der Aufschlüsselung der neuronalen Korrelate von Aggression beizutragen, insbesondere im Hinblick auf das biogene Amin Oktopamin. In Drosophila sind aggressive Interaktionen aus einer Vielzahl von offensiven und defensiven Verhaltensweisen zusammengesetzt, von denen einige bezüglich der Häufigkeit ihres Auftretens geschlechtsspezifisch sind. Um die Auswertung dieser vielseitigen Verhaltensweisen zu vereinfachen, wurde die Analyse auf einen einzigen Indikator für Aggression beschränkt: den „lunge“. Diese bemerkenswerte Verhaltensweise tritt nur im Kontext der Aggression auf und ist charakteristisch für Männchen. In Kooperation mit Andreas Eckart habe ich ein Computerprogramm entwickelt, das eine automatische Auszählung der lunges in einem vom Forscher gewählten Zeitraum durchführt. Zusätzlich erhält man u.a. Informationen über die Laufstrecke der einzelnen Tiere wie auch über ihre Größe. Dank eines weiteren von uns entwickelten Programms ist es möglich, Kämpfe zweier Drosophila Männchen unabhängig von deren Genotyp wahlweise automatisch oder halb-automatisch auszuwerten. Mit Hilfe dieser Programme wurde gezeigt, dass (1) die gemeinsame Laufaktivität der beiden Männchen mit der Anzahl aller aufgetretenen lunges korreliert und, dass (2) ein Größenunterschied von 8% ausreichend ist, um zu beeinflussen, welches Tier mehr lunges durchführt. Ebenfalls konnte festgestellt werden, dass (3) eine Nullmutation im ‚white’ Gen, welches einen ABC-Transporter kodiert, aggressives Verhalten fast vollständig unterdrückt, was teilweise auf eine visuelle Beeinträchtigung zurückzuführen ist. Außerdem führt (4) das Absenken des White-Levels in verschiedenen Bereichen des Zentralgehirns zu reduzierter Aggression; ein Effekt, der auch durch die chemische Entfernung der Pilzkörper, einer Struktur des zentralen Gehirns, hervorgerufen werden kann. Dies weist darauf hin, dass die Integrität verschiedener neuronaler Netzwerke/Gehirnbereiche erforderlich ist, um wildtypische Aggression zu ermöglichen. Zusätzlich konnte (5) anhand von Mutationen in zwei Genen der Oktopaminsynthese, die beide die Oktopamin-Konzentration zwar erniedrigen, die Tyramin-Konzentration jedoch heben bzw. senken, demonstriert werden, dass Oktopaminmangel Aggression fast vollständig zum Erliegen bringt. Wird ein lunge durchgeführt, so ist dessen Ausführung fast wildtypisch. Rettungsversuche, in denen Oktopamin- und/oder Tyramin-Konzentrationen wiederhergestellt werden, legen nahe, dass ein sehr spezifisches Muster von Oktopamin räumlich und zeitlich gewährleistet sein muss, um ein so komplexes und faszinierendes Verhalten wie die Aggression in Drosophila hervorzurufen. / Aggression is a strikingly multi-faceted phenomenon occurring in vertebrates as well as in invertebrates. Despite its omnipresence, the neuronal basis of aggressive behaviours is yet barely understood. Many studies however, imply a role for biogenic amines in aggression. This PhD project aimed at contributing to the understanding of the neuronal correlates of aggression, with a main focus on the biogenic amine octopamine, using Drosophila melanogaster as the model system. In Drosophila, agonistic encounters of males and females are composed of a variety of both offensive and defensive components, some of which are displayed more often in one sex than in the other. To simplify analysis and to standardize evaluation, I chose to focus on a single indicator of aggression: the lunge, a striking feature unique to Drosophila male aggression. By evaluating the lunge I developed in cooperation with Andreas Eckart for the first time an automated, video-based analysis of Drosophila male aggression. The present software program gives the number of lunges for each fly in a certain time interval. In addition, it provides information such as the distance the fly walked and his size among others. In combination with a second software program that we developed, aggressive interactions between two male Drosophila melanogaster of a genotype of choice can now be registered either completely automatically or if preferred semi-automatically. Using these softwares, I demonstrate that (1) body size differences of 8% and higher influence the outcome of a fight in favour of the larger male; (2) walking activity alters lunge frequency with more lunges performed by more active pairs of males; (3) flies mutant for the white gene, one member of the ABC transporter family in Drosophila, are profoundly impaired in aggression, an effect that is partially due to reduced visual performance. (4) Either knocking-down white in various brain regions or chemically ablating the mushroom body located in the central brain by deleting its neuroblast precursors diminishes aggression, indicating that integrity of various neural circuits/brain regions is required for wild-type aggression to occur. Furthermore, I show that (5) flies lacking octopamine signalling but having altered tyramine signalling display hardly any lunge. A quantitative high-speed analysis revealed that lunge execution is almost indistinguishable from wild-type males. The results from the experiments in which octopamine levels and/or tyramine levels were restored suggest that an elaborate pattern of octopamine levels in time and space is required to enable flies to express wild-type aggressive behaviour.

Biogene Amine sind eine Substanzklasse, die bei Vertebraten und Invertebraten eine wichtige Komponente des endokrinen Systems darstellen. Sie binden an spezifische Rezeptoren der Gruppe der G-Protein gekoppelten Rezeptoren. In dieser Arbeit wurden zwei neue Rezeptoren aus der Schabe Periplaneta americana kloniert. Durch verschiedene Ansätze konnten zwei vollständige cDNA-Sequenzen isoliert werden. Die Aminosäuresequenzen weisen die größte Ähnlichkeit zu bereits bekannten Tyraminrezeptoren aus Locusta/Bombyx bzw. zu Dopaminrezeptoren aus Apis/Drosophila auf. Entsprechend wurden diese Rezeptoren Pea (P. americana) TYR1 und PeaDOP2 genannt. Deutliche Hinweise auf ihre Funktion lassen sich an den abgeleiteten Aminosäuresequenzen ablesen. Aminosäuren, die wichtig bei der Bildung der Bindungstasche, der Rezeptoraktivierung und der Kopplung eines G-Proteins sind, treten bei beiden Rezeptoren auf. Sequenzalignments stellen die Rezeptoren in die Gruppe anderer Tyraminrezeptoren bzw. der Invertebraten-Typ Dopaminrezeptoren. Das Transkript der beiden Rezeptoren konnte durch RT-PCR in verschiedenen Geweben nachgewiesen werden. Ein Ziel der Arbeit war die Gewinnung eines polyklonalen Antiserums gegen PeaTYR1. Dieses Serum detektiert im Homogenat von Gehirnen mehrere Banden, darunter auch eine mit der kalkulierten Masse von PeaTYR1. Präabsorption des Serums mit dem Peptid, welches zur Reinigung verwendet wurde, zeigt dessen Spezifität. An Gehirnschnitten markiert das Serum große Teile des Protocerebrums aber auch feinere Strukturen der Antennalloben, der optischen Loben und des Zentralkomplexes. Ein weiteres Serum gegen Tyramin führte zu einer Markierung von mehreren Neuronengruppen, welche sich in die optischen Loben und den Zentralkomplex verzweigen. Der αPeaTYR1-CPL3 Antikörper markierte die Plasmamembran von transfizierten HEK293-Zellen. Die Lokalisierung von Rezeptor und Ligand deuten darauf hin, dass Tyramin die optische und olfaktorische Wahrnehmung beeinflussen könnte. / Biogenic amines form a group of substances which play an important role in the endocrine system of invertebrates and vertebrates. They bind to specific receptors of the G-protein coupled type. In this work two new receptors from Periplaneta americana were cloned. By several approaches two full-length cDNA sequences were obtained. The amino acid sequence is very similar to known tyramine receptors of Locusta/Bombyx or dopamine receptors from Apis/Drosophila, respectively. Therefore they were named PeaTYR1 and PeaDOP2. Residues which are important for forming the binding pocket, activation of the receptor or G-protein coupling could be identified in both receptors. Sequence alignments group them together with other tyramine receptors or insect-type dopamine receptors. The corresponding mRNA can be detected in different tissues by RT-PCR. One aim of this work was the preparation of a polyclonal antiserum against PeaTYR1. This serum detects several bands in a brain homogenate; one has the calculated mass of PeaTYR1. Its specificity was proven by praeabsorption. On brain slices the serum labels large regions in the protocerebrum, but also fine structures in the antennal lobes, the optic lobes or the central complex. Another serum against tyramine labels several cell clusters, which ramify within the optic lobes and the central complex. On transfected HEK293 cells the receptor can be detected on the plasma membrane. The localization of receptor and ligand may indicate a role of tyramine in optical/olfactory perception.

Die acinösen Speicheldrüsen der Schabe Periplaneta americana sind reich durch serotonerge, dopaminerge und GABAerge Fasern innerviert. Die biogenen Amine Serotonin (5-HT) und Dopamin (DA) induzieren die Sekretion eines NaCl-haltigen Primärspeichels. Die physiologische Rolle der GABAergen Innervation des Drüsenkomplexes war bislang unbekannt. Weiterhin wurde vermutet, dass Tyramin (TA) und Octopamin (OA) an der Speichelbildung beteiligt sind. Mittels intrazellulärer Ableitungen von sekretorischen Acinuszellen mit und ohne Stimulierung des Speicheldrüsennervs (SDN) sollte daher die Wirkung von GABA, TA und OA im Speicheldrüsenkomplex untersucht werden. Intrazelluläre Ableitungen aus Acinuszellen zeigten, dass sowohl DA als auch 5 HT biphasische Änderungen des Membranpotentials induzierten. Diese bestanden aus einer initialen Hyperpolarisation und einer darauf folgenden transienten Depolarisation. Stimulierung des SDN mittels einer Saugelektrode verursachte ebenfalls biphasische Änderungen des Membranpotentials der Acinuszellen, die mit den DA- bzw. 5-HT-induzierten Änderungen kinetisch identisch waren. Dieses Ergebnis zeigte, dass die elektrische Stimulierung des SDN im Nerv-Speicheldrüsenpräparat eine verlässliche Methode zur Untersuchung der Wirkungen von Neuromodulatoren auf die dopaminerge und/oder sertotonerge Neurotransmission ist. Die Hyperpolarisation der DA-induzierten Potentialänderungen wurde durch eine intrazelluläre Ca2+-Freisetzung und die Öffnung basolateral lokalisierter Ca2+-gesteuerter K+-Kanäle verur-sacht. Die DA- und 5-HT-induzierte Depolarisation hing kritisch von der Aktivität eines basolateral lokalisierten Na+-K+-2Cl--Symporters ab. GABA, TA und OA potenzierten die elektrischen Antworten der Acinuszellen, wenn diese durch SDN-Stimulierung hervorgerufen wurden. Dabei war OA wirksamer als TA. Dieses Ergebnis zeigte, dass diese Substanzen als im Drüsenkomplex präsynaptisch und erregend als Neuromodulatoren wirken. Pharmakologische Untersuchungen ergaben, dass die erregende Wirkung von GABA durch einen G-Protein-gekoppelten GABAB-Rezeptor vermittelt wurde. Messungen der durch SDN-Stimulierung induzierten Flüssigkeits- und Proteinsekretionsraten zeigten, dass beide Parameter in Anwesenheit von GABA verstärkt waren. Dies ließ auf eine verstärkte serotonerge Neurotransmission schließen, da nur 5-HT die Bildung eines Protein-haltigen Speichels verursacht. Immuncytochemische Untersuchungen zeigten, dass die Drüsen tyraminerge und octopaminerge Innervation empfangen. Weiterhin wurde der erste charakterisierte TA-Rezeptor (PeaTYR1) der Schabe auf einem paarigen, lateral zur Drüse ziehenden Nerv markiert, der auch tyraminerge Fasern enthielt. Die vorliegende Arbeit trug zum Verständnis der komplexen Funktionsweise der Speicheldrüse der Schabe bei und erweiterte das lückenhafte Wissen über die neuronale Kontrolle exokriner Drüsen in Insekten. / The cockroach Periplaneta americana has acinar type salivary glands. The secretory acini consist of P-cells, responsible for electrolyte and water secretion and C-cells that secrete protein into the saliva. Salivation is controlled by the dopaminergic and GABAergic salivary neurons SN1 and SN2, and by several smaller serotonergic neurons. Dopamine (DA) and serotonin (5-HT) induce the secretion of a NaCl-rich saliva. The physiological role of the GABAergic innervation was unknown. Furthermore, the cellular actions of the biogenic amines DA and 5-HT were poorly understood. Based on studies on other insect salivary glands a role for octopamine (OA) and tyramine (TA) acting as neuromodulators was suggested. In this study, intracellular recordings of the basolateral membrane potential of acinar cells were performed to examine direct and modulating actions of the biogenic amines DA, 5-HT, OA, TA and of GABA. A nerve-gland preparation was developed and used to investigate the actions of neuromodulators, namely GABA, OA and TA. DA and 5-HT induced biphasic membrane potential changes, consisting of an initial hyperpolarization and a transient depolarization. The DA-induced hyperpolarization was mediated by intracellular Ca2+-release and subsequent opening of basolateral Ca2+-dependent K+-channels. The DA- and 5-HT-induced depolarization was dependent on the presence of extracellular Na+ and the activity of a basolateral Na+-K+-2Cl--cotransporter. Electrical stimulation of the salivary duct nerve (SDN) by means of a suction electrode induced membrane potential changes with the same kinetics as those induced by bath application of DA and 5-HT. These results suggested that electrical nerve stimulation is a adequate method to investigate presynaptic effects of neuromodulators. GABA, OA and TA affected neither the resting membrane potential of the acinar cells, nor the DA- or 5 HT- induced potential changes. When GABA was applied during SDN-stimulation, it enhanced the amplitudes of the membrane potential changes of the acinar cells as well as fluid- and protein secretion rates of the glands. Pharmacological experiments revealed that the excitatory action of GABA in the gland complex is mediated by a metabotropic GABA receptor (GABAB-type). OA and TA enhanced the membrane potential changes of the acinar cells when these were induced by SDN-stimulation, suggesting presynaptic excitatory roles for both amines in the gland complex. Immunocytochemistry revealed rich innervation of the salivary glands with octopamine- immunoreactive fibers that were also stained by the tyramine-antibody, and with tyramine-immunoreactive fibers lacking octopamine-immunoreactivity. Since the tyramine receptor PeaTYR1 is expressed in the salivary gland complex, its distribution was investigated by using a specific antibody. Immunoreactivity was detected in a paired nerve of unknown root. This nerve innervated only few acini lying in the periphery of the gland complex and contained tyraminergic fibers. This study extends our knowledge about the complex neuronal control and function of insect salivary glands.

Biogene Amine sind kleine organische Verbindungen, die sowohl bei Wirbeltieren als auch bei Wirbellosen als Neurotransmitter, Neuromodulatoren und/oder Neurohormone wirken können. Sie bilden eine bedeutende Gruppe von Botenstoffen und entfalten ihre Wirkungen über die Bindung an eine bestimmte Klasse von Rezeptorproteinen, die als G-Protein-gekoppelte Rezeptoren bezeichnet werden. Bei Insekten gehören zur Substanzklasse der biogenen Amine die Botenstoffe Dopamin, Tyramin, Octopamin, Serotonin und Histamin. Neben vielen anderen Wirkung ist z.B. gezeigt worden, daß einige dieser biogenen Amine bei der Honigbiene (Apis mellifera) die Geschmacksempfindlichkeit für Zuckerwasser-Reize modulieren können. Ich habe verschiedene Aspekte der aminergen Signaltransduktion an den „Modellorganismen“ Honigbiene und Amerikanische Großschabe (Periplaneta americana) untersucht. Aus der Honigbiene, einem „Modellorganismus“ für das Studium von Lern- und Gedächtnisvorgängen, wurden zwei Dopamin-Rezeptoren, ein Tyramin-Rezeptor, ein Octopamin-Rezeptor und ein Serotonin-Rezeptor charakterisiert. Die Rezeptoren wurden in kultivierten Säugerzellen exprimiert, um ihre pharmakologischen und funktionellen Eigenschaften (Kopplung an intrazelluläre Botenstoffwege) zu analysieren. Weiterhin wurde mit Hilfe verschiedener Techniken (RT-PCR, Northern-Blotting, in situ-Hybridisierung) untersucht, wo und wann während der Entwicklung die entsprechenden Rezeptor-mRNAs im Gehirn der Honigbiene exprimiert werden. Als Modellobjekt zur Untersuchung der zellulären Wirkungen biogener Amine wurden die Speicheldrüsen der Amerikanischen Großschabe genutzt. An isolierten Speicheldrüsen läßt sich sowohl mit Dopamin als auch mit Serotonin Speichelproduktion auslösen, wobei Speichelarten unterschiedlicher Zusammensetzung gebildet werden. Dopamin induziert die Bildung eines völlig proteinfreien, wäßrigen Speichels. Serotonin bewirkt die Sekretion eines proteinhaltigen Speichels. Die Serotonin-induzierte Proteinsekretion wird durch eine Erhöhung der Konzentration des intrazellulären Botenstoffs cAMP vermittelt. Es wurden die pharmakologischen Eigenschaften der Dopamin-Rezeptoren der Schaben-Speicheldrüsen untersucht sowie mit der molekularen Charakterisierung putativer aminerger Rezeptoren der Schabe begonnen. Weiterhin habe ich das ebony-Gen der Schabe charakterisiert. Dieses Gen kodiert für ein Enzym, das wahrscheinlich bei der Schabe (wie bei anderen Insekten) an der Inaktivierung biogener Amine beteiligt ist und im Gehirn und in den Speicheldrüsen der Schabe exprimiert wird. / Biogenic amines are small organic compounds that act as neurotransmitters, neuromodulators and/or neurohormones in vertebrates and in invertebrates. They form an important group of messenger substances and mediate their diverse effects by binding to membrane receptors that primarily belong to the large gene-family of G protein-coupled receptors. In insects, the group of biogenic amine messengers consists of five members: dopamine, tyramine, octopamine, serotonin, and histamine. Besides many other effects, some of these biogenic amines were shown, for example, to modulate gustatory sensitivity to sucrose stimuli in the honeybee (Apis mellifera). I have investigated various aspects of the aminergic signal transduction in the “model organisms” honeybee and American cockroach (Periplaneta americana). So far, I have characterized two dopamine receptors, a tyramine receptor, an octopamine receptor and a serotonin receptor of the honeybee, which is well-known for its learning and memory capacities. The receptors where expressed in cultivated mammalian cells in order to analyze their pharmacological and functional (i.e., second messenger coupling) properties. The spatiotemporal expression patterns of the respective receptor mRNA were investigated in the honeybee brain by using different techniques (RT PCR, Northern blotting, in situ-hybridization). The salivary glands of the American cockroach were used as a model object in order to investigate the cellular effects of biogenic amines. Both dopamine and serotonin trigger salivary secretion in isolated salivary glands. The quality of the secreted saliva is, however, different. Stimulation of the glands by serotonin results in the production of a protein-rich saliva, whereas stimulation by dopamine results in saliva that is protein-free. Serotonin-induced protein secretion is mediated by an increase in the intracellular concentration of cAMP. The pharmacological properties of dopamine receptors associated with cockroach salivary glands were investigated and the molecular characterization of putative aminergic receptors of the cockroach was initiated. Furthermore, I have characterized the ebony gene of the cockroach. This gene encodes an enzyme that is probably involved in the inactivation of biogenic amines in the cockroach (as in other insects). The ebony gene is expressed in the brain and in the salivary glands of the cockroach.

The aim of this thesis was to determine the content of biogenic amines (BA)and polyamines (PA)in selected types of cheese and the influence of storage time on the content of biogenic amines.