Mankind has worked with the climate crisis and other sustainability issues since the 1990s, but this hasn’t had any desired effect. One of the problems relates to interpretations of the term sustainability. It has caused confusion, and work towards developing shared understandings is still an ongoing process. Sustainability challenges pertain to all industries. The Swedish water sector faces several challenges today. One of these challenges relates to the need for investments in the Swedish water and wastewater (W&WW) pipelines. The growing population requires an expanded W&WW network, and the existing network needs to be updated to maintain a high-quality product.  As part of the EU’s Green Deal for making the European economy more sustainable and more resilient the EU-taxonomy has been developed to put political goals into practices and measurements of performance. The role of the Taxonomy is to pave the way towards what currently is perceived as environmental sustainability. This creates transparency and simplifies investments to lead to more sustainable choices.  The aim of this study was to investigate how the EU-taxonomy affects the Swedish construction of W&WW pipelines and how this can be used in strategic sustainability efforts. This was done through research on both W&WW pipe construction and sustainability frameworks. A case study has been used to acquire a picture of how existing routines stand in relation to the EU-taxonomy. The objects of the case study have been one consulting firm in urban development and one public actor, responsible for developing the municipality’s W&WW network, a so-called VA-huvudman. To further contextualize the EU-taxonomy, the theoretical Framework for Strategic Sustainable Development (FSSD) has been applied. This is a research-based framework, as opposed to a political one – such as the EU-taxonomy or Agenda 2030. The framework has been used to understand what the EU-taxonomy can contribute as a tool for the strategic work with FSSD. Standardization has also been applied as a concept, in order to highlight the use of the EU-taxonomy.  In the empirical study, the result shows that the structure of the EU-taxonomy makes it difficult to apply it on a subject as specific as a W&WW pipeline construction. Furthermore, the criteria within the Taxonomy challenging to apply on W&WW pipelines since they apply to the entire water, or water treatment, system. Further work with the Taxonomy requires more horizontal coordination within the organizations to report on and fulfill the criteria.  Since the EU-taxonomy lacks a life cycle perspective it doesn’t include the whole life cycle or indirect activities related to W&WW pipeline construction, such as choice of material or the construction process. A complementary framework, or other measures, are needed in order to capture environmental aspects of sustainability. / Människan har kontinuerligt arbetat med klimatfrågan och andra hållbarhetsfrågor sedan 90-talet,men detta har fått en begränsad effekt. Hållbarhet är ett ord som skapat förvirring, och ettgemensamt språk är något som efterfrågats. Den svenska vattensektorn möter idag ett antalutmaningar. Det stora investeringsbehovet inom det svenska vatten- och avlopps (VA)-nätet ärett av dessa. Den ökande befolkningen kräver en utbyggnad av VA-nätet och det befintliga nätetbehöver upprustas för att bibehålla kvaliteten på vattenleveranserna. EU-taxonomin är del av EU:sgröna giv vars syfte är att göra den Europeiska ekonomin mer hållbar och resilient. Taxonominsär inom detta ett klassificeringssystem för miljömässigt hållbara investeringar inom EU. Dettaska leda till transparens samt styra kapital mot mer hållbara alternativ genom att förenkla förinvesterare att fatta mer hållbara val. Studiens syfte är att undersöka hur kraven i EU-taxonomin ser ut för ledningsarbeten in-om vatten och avlopp (VA-ledning), och hur dessa kan användas på ett strategiskt sätt för att stärkahållbarhetsanpassningar inom samhällsbyggandet. Detta har genomförts genom en omvärldsanalysav både VA-ledning och olika befintliga hållbarhetsramverk. En fallstudie har använts för att få enbild av hur befintliga rutiner förhåller sig till EU-taxonomin. Fallobjekten i studien har varit ettkonsultföretag inom samhällsbyggnad samt en aktör som är ansvarig för en kommuns VA-nät, ens.k. VA-huvudman. Utöver avgränsningen att undersöka ledningsarbeten inom VA-branschen harprojektet begränsats till de två första delegerade akterna med klimatinriktning som publiceratsinom ramen för EU-taxonomin. För att sätta EU-taxonomin i ytterligare en kontext har det teoretiska ramverket Frameworkfor Strategic Sustainable Development (FSSD) använts. Detta är ett forskningsbaserat ramverktill skillnad från politiskt beslutat, som både EU-taxonomin, Parisavtalet och Agenda 2030är. Ramverket har använts för att undersöka hur EU-taxonomin kan användas i det strategiskahållbarhetsarbetet. Standardisering har även lyfts som ett koncept och används för att belysaEU-taxonomin i en större kontext. Resultatet visar att VA-ledning är en begränsad del av större system inom EU-taxonomin.Aktiviteterna i taxonomin som innefattar VA-ledning är också kopplade till hela vatten- ochavloppssystemet i sin helhet. Denna utformning gör det svårt att enkelt urskilja separata delarav ledningssystemet eftersom aktiviteterna inte är utformade så. Att rapportera på de för VA-verksamheterna relevanta aktiviteterna i taxonomin kommer därmed kräva samarbete från fleraparter, möjligen även utanför VA-organisationen. EU-taxonomin saknar även ett livscykelperspektiv. Den inkluderar inte hela livscykeln el-ler indirekta aktiviteter inom VA-ledning, som materialval eller byggprocessen. För att beaktahållbarhet i en vidare bemärkelse krävs därför en komplettering av något annat ramverk ellerandra åtgärder. Genom EU-taxonomin gör EU en ansats att definiera det miljömässigt hållbaravilket kan bidra till att främja en hållbar utveckling, särskilt om det används strategiskt ochkompletteras med andra hållbarhetsramverk som beaktar fler aspekter ur ett livscykelperspektiv. En hypotes för framtida forskning på området kan dock vara att EU-taxonomin inte kan användassom ett fullständigt hållbarhetsramverk med fokus på miljöaspekter på ett mindre system än den beskrivna aktiviteten. Det bör undersökas vidare hur EU-taxonomin kan kompletteras med etteller flera hållbarhetsramverk för att i större utsträckning främja hållbarhet.

Transkriptionelle Netzwerke (Transkriptionsfaktoren, epigenetische Modulatoren und spezifische Zielgene) stellen die unterste Ebene der zellinternen Signalübertragung dar. Eingebettet in verschiedene stimulusabhängige Signalwege bedienen sich ihre Komponenten genetischer und epigenetischer Mechanismen, um Zielgene transkrip-tionell zu regulieren und Veränderungen der Chromatinstruktur hervorzurufen. In der vorliegenden Arbeit wurde die hierarchische Organisation und Zusam-mensetzung des MEK-ERK-abhängig gesteuerten transkriptionellen Netzwerks und seine Veränderung im Zuge der HRAS-vermittelten onkogenen Transformation von HA1-Zellen untersucht. Viele Arbeiten haben sich bereits eingehend mit der Charak-terisierung einzelner Komponenten und Zielgene beschäftigt (Wagner et al. 2005, Reddy et al. 2002, Sun et al. 2006, Kapitel 1). Im Unterschied zu den zitierten Studien wurde in der vorliegenden Arbeit ein umfassendes Protokoll zur genomweiten De-chiffrierung transkriptioneller Netzwerke unter Kombination von experimentellen und bioinformatischen Methoden entwickelt und durchgeführt. Die Analyse ge-nomweiter Expressionsprofile un- und U0126-behandelter immortaler und HRASV12-transformierter humaner Nierenepithelzellen (HA1EB, HA1ER) erlaubte die Identifi-zierung von 138 auf- und 103 abregulierten genspezifischen IDs der RAS-ERK-abhängig gesteuerten Signalkaskade. Regulierte Transkriptionsfaktoren wurden i-dentifiziert und im Westernblot, sowie zum Teil mittels Durchflusszytometrie und RT-PCR validiert und nachfolgend transienten siRNA-Experimenten unterzogen. Für die Transkriptionsfaktoren ELK3, SRF und den hierarisch darunter liegenden Faktor FRA1 wurden Expressionsprofile der spezifischen siRNA-vermittelten Hemmung in beiden Zelllinien erstell und mit bioinformatischen Methoden (TRAP, GSEA-GO) a-nalysiert um direkte und indirekte sowie gemeinsame Zielgene zu ermitteln. Zusätz-lich wurde der Effekt auf phänotypischer Ebene (Softagar, MTT) überprüft. In der vorliegenden Arbeit ließ sich keine direkte Hierarchie der drei Transkrip-tionsfaktoren SRF, FRA1 und ELK3 bestätigen. Allerdings konnte zum ersten Mal eine gemeinsam regulierte Gruppe von Genen identifiziert werden, die darauf schließen lässt, dass die drei Transkriptionsfaktoren sowohl in HA1EB, als auch in HA1ER Teile eines gemeinsam regulierenden Netzwerks sind. Aus den Proliferationsexperimenten wurde zudem bestätigt, dass jeder Transkriptionsfaktor individuell eine essentielle Rolle bei der Promotion maligner Eigenschaften spielt. Für alle drei Transkriptionsfak-toren konnte eine RAS-abhängige starke Verschiebung der spezifisch angesteuerten Gene nachgewiesen werden. Diese Verschiebung wurde mittels TRAP und GSEA auch für alternative Regulatoren der spezifischen Zielgene festgestellt. Die nähere Analyse der FRA1-abhängigen Zielgene führte zu neuen Erkenntnis-sen zur Umordnung des Transkriptoms im Zuge der onkogenen Transformation. Die FRA1-spezifischen Zielgene in HA1EB und HA1ER weisen unterschiedliche Funktio-nalitäten auf. So wurden in HA1EB viele Gene identifiziert, die im Rahmen der Im-munantwort eine Rolle spielen und in HA1ER nicht reguliert werden. In den RAS-transformierten HA1ER konnten dagegen Gene identifiziert werden, die in der Tu-morprogression eine Rolle spielen (FRA1, STAT3, MTA1, TCFL5). Die Verifizierungen mittels qPCR und ChIP bestätigten 5 der 38 möglichen FRA1-Zielgene. Von diesen, FRA1, AEBP1, FRA1, TCFL5, NPAS2 und YWHAZ ist lediglich FRA1 bereits als FRA1-Zielgen beschrieben. Die Funktionen der neu identifizierten RAS-abhängigen FRA1-Zielgene untermauerten bereits bekannte Funktionen der FRA1-vermittelten Transkription (Differenzierung, Proliferation, zirkadiane Rhythmen, Apoptose) und erweitern sie um verschiedene Aspekte wie Metabolismus und Rückkopplungen in die Signaltransduktion, die noch nicht für die RAS-abhängige FRA1-vermittelte Transktiption beschrieben worden sind. Dazu gehören unter anderem Interaktionen mit TGFbeta, WNT, JAK/STAT und JNK. Daneben sind in den HA1ER eine Vielzahl von Regulatoren des RHO-Signalwegs identifiziert worden, was für FRA1 auf bisher unbekannte Interaktionen mit RAC/RHO-Signalwegen schließen lässt. / Transcriptional networks represent the final level of internal signal transmission. They are embedded in different signalling pathways and use genetic as well as epi-genetic mechanisms to regulate their according target genes. During oncogenic trans-formation they are undergoing massive rearrangements in composition, regulation and interaction. This leads to radical changes in the transcriptome and drives the on-cogenic phenotype of the according cells. My thesis employs the composition of the MEK-ERK-dependent transcriptional net-work and its alteration during the HRAS-oncogene-mediated transformation in HA1-cells. By commencing from already known components: SRF, Ternary Complex Fac-tors (TCF: SAP1, SAP2/ELK3, ELK1) and members of the AP1-complex (JUN, FOS-proteins) I analyzed the alteration in expression of secondary targets and their inter-action as well as their relation to the superior factors. Therefore I compared genome wide expression profiles (Affymetrix, HG-U133A) of immortal HA1EB and HRASV12-oncogene-transformed HA1ER-cells with and without U0126-induced MEK/ERK-inhibition and extracted several MEK/ERK-dependent transcription factors. Among them where FRA1 and ELK3, two transcription factors already known to be involved in oncogenesis and proliferation associated processes. ELK3 needs SRF as crucial binding partner to function. Therefor I also included SRF into the subsequent analysis. The three transcription factors function in different time-dependent hierarchy states so we supposed a putative hierachical network be-tween them. I established transient knockdown cells deriving from HA1EB and HA1ER for all three transcription factors and generated further expression profiles from them. Additionally I verified the importance of these transcription factors on survival and proliferation via MTT and Softagar experiments. Using different statis-tically and bioinformatical methods (GSEA, TRAP) in collaboration with the Max-Planck-Institute for molecular Genetics Berlin, several direct and indirect targets of these transcription factors were predicted. These were partially overlapping in all transcription factors. Also, in comparison of the immortal and the transformed cell line, a shift of functionalities and composition of the different target gene populations and collaborating factors could be detected for all three transcription factors. It was found that in HA1EB FRA1 seems more likely to regulate immunresponsive genes as well as genes associated with the cytoskeleton and nucleus organisation whereas in HA1ER FRA1 regulates a large group of transcription- and signalling-associated genes. Additionally it could be shown that in both cell lines FRA1 regulates genes in-volved in epigenetic processes as well as circadian rhythms which are known to be important aspects in oncogenic transformation. I verified 37 different putative target genes of FRA1 using qRT-PCR (Taqman) and partially also ChIP-analysis. Of these 37genes, 5 were fully validated as directly regu-lated targets of FRA1: FRA1, AEBP1, YWHAZ, NPAS2 and TCFL5. They imply functionalities connected to proliferation and differentiation (AEBP1, FRA1, TCFL5) as well as apoptosis (YWHAZ) cell cycle control and circadian rhythm (NPAS2, AEBP1), feedbacks into the signalling (YWHAZ, AEBP1) and metabolism (NPAS2, AEBP1). Summarised the work of this thesis contributes to the decipherment of the direct and indirect targets of the according transcription factors and strengthens the argument of a general and massive shift of the transcriptional network during oncogenic trans-formation of cells. The importance of all three transcription factors on the survival of genes could be proved via proliferation assays. Additionally the functionality of their according targets could be integrated into processes connected to oncogenic trans-formation.

Initiation der Translation ist ein komplexer und stark regulierter Prozess, bei dem Ribosomen die mRNA binden. Die überwiegende Mehrheit eukaryotischer mRNAs wird durch einen 5‘-Cap-abhängigen Mechanismus translatiert. Dazu bindet der eIF4F-Proteinkomplex die mRNA an der 5'-Cap-Struktur, um weitere eIFs und die kleine ribosomale Untereinheit zu rekrutieren, welche dann die 5'UTR von 5'- in 3'-Richtung bis zu einem Startcodon scannt. Anschließend trifft die große ribosomale Untereinheit dazu und die Proteinsynthese beginnt. Darüber hinaus kann die Translation durch IRES, interne ribosomale Eintrittsstellen, vermittelt werden, welche das Ribosom unabhängig von Cap und 5‘-Ende zum Startcodon rekrutieren. Die zelluläre IRES-vermittelte Translation gilt als ineffizient unter physiologischen Bedingungen, wird aber durch Stress aktiviert. Da die Regulation dieses Mechanismus weitaus unbekannt ist, haben wir die zelluläre, Cap-unabhängige Translationsinitiation untersucht. Dafür haben wir eine embryonale Stammzelllinie generiert, welche eine dominant-negative Mutante von 4E-BP1 exprimiert. 4E-BP1 bindet das 5‘-Cap-bindende Protein, sodass eIF4F nicht am 5'-Cap andocken kann. Wir haben das Proteom während der Überexpression von 4E-BP1 und der neuronalen Differenzierung bestimmt, um Translationsdynamiken systemisch zu erfassen. Gene mit verminderter Sensitivität für die Cap-abhängige Translation wurden so identifiziert und in bicistronischen Reporter-Assays getestet. Nach strenger Validierung wurde eine Cap-unabhängig translatierte mRNA, Pqbp1, entdeckt. Der zweite Teil dieser Studie untersuchte die Cap-unabhängige Translation einer circRNA, welche keine freien Enden hat und daher per IRES translatiert werden muss. Wir konnten bestätigen, dass circMbl in vitro translatiert wird und konnten so innerhalb eines Kooperationsprojekts zu der Erkenntnis beitragen, dass circRNAs im Fliegengehirn translatiert werden. / Translation initiation is a complex and highly regulated process which involves the assembly of an elongation competent ribosome on the mRNA. The vast majority of eukaryotic mRNAs is translated by a canonical cap-dependent mechanism. This requires the eIF4F protein complex to bind the mRNA at the 5’-cap to recruit further eIFs and the small ribosomal subunit which then scans the 5’UTR in 5’ to 3’ direction until a start codon is encountered. Afterwards the large ribosomal subunit joins and protein synthesis begins. Besides that, translation of mRNAs can be mediated by IRESs, internal ribosome entry sites, which recruit the ribosome in a cap and 5’-end-independent manner to the start codon. Such cellular IRES-mediated translation is thought to be inefficient under physiological conditions but activated during stress. As the regulation of this mechanism is not well understood, we aimed to elucidate cellular cap-independent translation events. Therefore, we generated a mouse embryonic stem cell line with inducible overexpression of a dominant negative mutant of 4E-BP1. 4E-BP1 sequesters the cap-binding protein eIF4E so that the eIF4F protein complex fails to assemble at the 5’-cap. We performed shotgun proteomics during 4E‑BP1 overexpression and neuronal differentiation to globally monitor translation dynamics. Genes with reduced sensitivity for cap-dependent translation were identified and tested for internal translation initiation in bicistronic reporter assays. After stringent validation one cap-independently translated mRNA, Pqbp1, was discovered. The second part of this study investigated cap-independent translation initiation on a circRNA, which by nature lacks free ends and thus requires IRES-mediated translation. We could show that circMbl is translated in vitro and thus contributed to the scientific evidence for the translation of circRNAs in fly brain, which was studied in a collaboration project.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Protein-protein interactions are an integral component of signal transduction pathways. The interactions are mediated by modular domains which are present within the structure of the signalling molecule. These domains include PDZ, SH2, SH3, WW, PTB and LIM domains. hPTP1E is a protein-tyrosine phosphatase which contains within its primary structure a region with homology to Band 4.1 proteins, five PDZ domains and a catalytic domain. While the function of this PTPase remains unknown, the structure of hPTP1E suggest it may recruit several proteins into a multiprotein complex. In order to understand the role of hPTP1E, the protein interactions within its signalling cascade were examined. hPTP1E interacts with ZRP-1 and GEF-5.1 via its second PDZ domain and tuberin via its fourth PDZ domain in the yeast two-hybrid system. In order to characterize these proteins and their interactions, antibodies were generated against ZRP-1 and GEF-5.1. The antibodies which detected the antigen expressed in bacteria were purified by affinity chromatography. The antibodies raised against ZRP-1 and hPTP1E detected proteins of appropriate molecular weights in total cell extracts. HPTP1E is ubiquitously expressed whereas ZRP-1 is restricted to HeLa and MCF-7 cells among the cells tested. Unfortunately, antibodies against GEF-5.1 did not detect a protein of the predicted molecular weight in any of the cell extracts. Immunoprecipitation of hPTP1E fi-om cells overexpressing regions of ZRP-1 and tuberin with a hemaglutinin tag demonstrated the presence of an interaction between the phosphatase and tuberin in vivo. However, ZRP-1 and hPTP1E did not interact under these experimental conditions. Confirmation of the yeast two-hybrid results provides further support for a possible role of hPTP1E in the regulation of endocytosis. Additional molecules involved in the signalling pathways involving hPTP1E were identified by interaction trap. In one study, the proline rich amino terminus of ZRP-1 interacted with several clones encoding a segment of hCDC47 and NtZRP-p33, a clone containing an SH3 domain. The significance of these findings is unknown. HCDC47 is a minichromosome maintenance protein wich regulate DNA replication. Further, a clone called KIAA0769 containing the sequence of NtZRP-p33 depicts the typical structure for a scaffolding protein. Another yeast-two hybrid cDNA library screening using the CDC25 homology domain of GEF-5.1 did not detect an interaction with any GTPase but with 14-3-3E. 14-3-3 proteins are regulatory molecules which interact with various types of proteins by means of a phosphorylated serine residue. Mutational analysis demonstrated that the interaction is dependent on the second serine residue within the consensus sequence RSLSQG found in GEF-5.1. The primary structure of the open reading frame of GEF-5.1 was analyzed using profilescan. The software predicted the presence of several domains including a cNMP binding domain, a LTE domain, a PDZ domain, a rasassociated domain and a CDC25 homology domain. A family of guanidine nucleotide exchange factors may exist as clones KIAA0313 and T14G10 have the same structure. These results indicate a role for GEF-5.1 in Ras signalling pathways. Further, its activity may be regulated by the binding of cNMP molecules and 14-3-3E. The identification of ZRP-1 and GEF-5.1 interacting proteins as well as the analysis of the primary structure of GEF-5.1 have provided additional information about the function of hPTP1E. This cytoplasmic phosphatase may be involved in the regulation of processes such as transcription, DNA replication and. Further, an interaction between tuberin and hPTP1E suggests a role for this PTPase in the regulation of endocytosis. / La phosphorylation des protéines est une modification post-traductionelle fréquemment employée pour moduler la transmission des signaux intracellulaires. Il est nécessaire qu'un équilibre du niveau de phosphorylation soit maintenu pour le fonctionnement normal de la cellule sinon des maladies comme le cancer peuvent apparaître. Les enzymes responsables de la phosphorylation des protéines sont les protéines kinases tandis que les protéines phosphatases enlèvent les groupements phosphate. Les résidus phosphorylés dans les protéines sont certains résidus sérines, thréonines et/ou tyrosines. Les différentes enzymes sont classées en deux familles selon leur spécificité. Les protéine-tyrosine phosphatases (PTPase) sont elles-même regroupées dans deux familles selon leur localisation intracellulaire: les PTPases de type récepteur et les phosphatases cytoplasmiques. La structure des phosphatases de type récepteur inclus un domaine extracellulaire, un domaine transmembranaire et un (ou deux) domaine(s) catalytique(s). Les PTPases cytoplasmiques contiennent un domaine catalytique unique et généralement un/ ou des domaine(s) responsable(s) de leur localisation intracellulaire ou impliqué(s) dans des interactions protéine-protéine. Dans notre laboratoire, une phosphatase cytoplasmique dénommée liPTP1E par nous (et PTPL1, PTPBAS, FAP par d'autres) a été isolée. En plus de son domaine catalytique, cette protéine-tyrosine phosphatase contient 1 domaine de type "Band 4.1" qui est impliqué dans la localisation de la protéine à la membrane cellulaire via une interaction avec le cytoskelette, et 5 domaines PDZ. Ces domaines PDZ sont en général impliqués dans les interactions protéineprotéine. Plusieurs études récentes ont tenté de définir la fonction de hPTP1E. Sato et ses collègues ont isolé hPTP1E lors d'un criblage d'une librairie d'ADNc en utilisant le système des deux-hybrides dans la levure avec la partie cytoplasmique du récepteur Fas, comme appât. Ils ont aussi démontré que hPTP1E peut inhiber l'effet apoptotique de Fas. L'apoptose des cellules cibles qui est induit par les lymphocytes T cytotoxiques utiliserait le système Fas. De plus, Fas pourrait être associé à des maladies auto-immunes. En plus, hPTP1E pourrait jouer un rôle dans l'apparition de cellules resistantes aux effets de Fas tel que retrouvées dans les sarcomes de Kaposi chez les sidéens. Malgré des données convaincantes, il reste quand même des doutes quant à l'importance de hPTP1E dans ces maladies. Ainsi une étude publiée n'a pu démontrer une interaction entre les homologues de Fas et hPTP1E chez la souris. Depuis d'autres groupes étudiant les interactions de hPTP1E ont découvert plusieurs protéines qui interagissent avec celle-ci. La première, PARG, est membre de la famille des Rho-GAP, des protéines impliquées dans l'activation des GTPases de type Rho. L'interaction aurait lieu avec le 4ième domaine PDZ de hPTP1E. De plus, le domaine LEVI de RIL interagirait avec hPTP1E via ses 2ième et 4ième domaines PDZ. La fonction biologique de ces interactions n'a toutefois pas été déterminée à ce jour. Pour caractériser la fonction biologique de hPTP1E, nous avons utilisé le système des deux-hybrides de la levure pour identifier des protéines qui interagiraient avec les domaines PDZ de hPTP1E. J'ai ainsi identifié deux protéines nommés ZRP-1 et GEF-5.1, qui se lient à hPTP1E. ZRP-1 possède une structure semblable à celle de zyxin.Ces deux dernières protéines contiennent une région amino-terminale riche en résidus proline et 3 domaines de type LEM à l'extrémité carboxyl terminale. GEF-5.1, d'autre part démontre une homologie marquée aux GEFs de la famille CDC25 impliquées dans l'activation des GTPases de la famille Ras. Des anticorps ont été générés contre ZRP-1, GEF-5.1 et hPTP1E afin de fournir les outils nécessaires pour mieux caractériser ces différentes protéines. Ainsi, j'ai exprimé et purifié le troisième domaine LIM de ZRP-1 ainsi que le domaine PDZ de GEF-5.1, sous forme de protéines de fusion avec la glutathioneS-transferase (GST). Ces protéines ont servis d'antigène pour générer des anticorps chez le lapin. Des anticorps dirigés contre le deuxième domaine PDZ de hPTP1E étaient déja disponibles dans le laboratoire. Ces anticorps ont été purifiés sur une colonne d'affinité GST. Les anticorps anti-ZRP-1 et anti-hPTP1E détectent tous les deux des protéines du poids moléculaire attendu. HPTP1E est exprimé d'une facon ubiquitaire tandis que l'expression de ZRP-1 est plus restrainte parmi les cellules testées. Toutefois, les immunoglobulines dirigées contre GEF-5.1 ne détectent aucune protéine du poids moléculaire attendu dans un extrait cellulaire brut. Parallèlement, d'autres membres du laboratoire ont démontré une interaction entre la tuberine, le produit du gène TSC2, un oncogène impliqué dans la sclérose tubéreuse, et le quatrième domaine PDZ de hPTP1E. Afin de caractériser ces interactions in vivo, des immunoprécipitations de hPTP1E à partir de cellules dans lesquelles une région de ZRP-1 et/ou de la tuberine étaient surexprimé ont été conduites. Sous les conditions expérimentales utilisées, ZRP-1 n'a pas co-immunoprécipité avec hPTP1E. Cependant une interaction avec la tuberine a été détectée utilisant cette stratégie suggérant que HPTP1E pourrait jouer un rôle dans la modulation de l'endocytose. La structure de ZRP-1 inclus un domaine riche en proline qui n'est pas nécessaire pour son interaction avec hPTP1E mais qui pourrait interagir avec d'autres protéines en particulier avec des protéines contenant un/ ou des domaine(s) SH3. La moitié amino-terminale de ce domaine a été utilisé pour cribler une librairie d'ADNc par le système des deux-hybrides. Un clone appelé NtZRP-p33 contenant un domaine SH3 a été identifié. La conséquence biologique de cette interaction reste toutefois a être déterminée. Cependant, NtZRP-p33 possède une structure suggérant son implication dans la signalisation intracellulaire. Un deuxième criblage de la librairie d'ADNc a été initié pour caractériser les protéines impliquées dans le mécanisme de signalisation de hPTP1E. En utilisant le domaine de GEF-5.1 homologue à CDC25, des clones correspondants à la protéine 14-3-3 ont été isolés. Les protéines 14-3-3 forment une famille de protéines qui régularisent la fonction de plusieurs protéines. Leurs interactions se font via un residu sérine qui est phosphorylé. Des mutations du domaine catalytique ont démontré que l'interaction entre 14-3-3s et GEF-5.1 est dépendante du deuxième sérine de la séquence RSLSQG qui se retrouve immédiatement du coté carboxyl terminale du domaine GEF de la protéine GEF-5.1. Ces résultats suggèrent que l'activité de GEF-5.1 pourrait être modulée par la 14-3-38. En conclusion, les résultats expérimentaux présentés dans ce mémoire indique un rôle potentiel de hPTP1E dans plusieurs fonctions cellulaires. En s'associant à la tuberine, hPTP1E pourrait régulariser l'endocytose. Aussi, cette PTPase pourrait être impliquer dans le cycle cellulaire. Ras étant un activateur de la mitose, HPTP1E pourrait moduler l'activité de Ras par voie de GEF-5.1. Ainsi, hPTP1E pourrait agir comme proto-oncogène ou un gène suppresseur des tumeurs. Zyxin est une protéine qui se retrouve près des sites membranaires en association avec le cytoskelette. Puisque la structure de ZRP-1 et zyxin est semblable, ce dernier sert de modèle pour la fonction de ZRP-1. En collaboration avec hPTP1E, ces deux protéines pourrait régulariser la structure du cytoskelette.

Signalverarbeitung im Nervensystem hängt sowohl von der Netzwerkstruktur, als auch den zellulären Eigenschaften der Nervenzellen ab. In dieser Abhandlung werden zwei zelluläre Eigenschaften im Hinblick auf ihre funktionellen Anpassungsmöglichkeiten untersucht: Es wird gezeigt, dass neuronale Morphologie die Signalweiterleitung unter Berücksichtigung energetischer Beschränkungen verstärken kann, und dass selbst kleine Änderungen in biophysikalischen Parametern die Aktivierungsbifurkation in Nervenzellen, und damit deren Informationskodierung, wechseln können. Im ersten Teil dieser Abhandlung wird, unter Verwendung von mathematischen Modellen und Daten, die Hypothese aufgestellt, dass Energie-effiziente Signalweiterleitung als starker Evolutionsdruck für unterschiedliche Zellkörperlagen bei Nervenzellen wirkt. Um Energie zu sparen, kann die Signalweiterleitung vom Dendrit zum Axon verstärkt werden, indem relativ kleine Zellkörper zwischen Dendrit und Axon eingebaut werden, während relativ große Zellkörper besser ausgelagert werden. Im zweiten Teil wird gezeigt, dass biophysikalische Parameter, wie Temperatur, Membranwiderstand oder Kapazität, den Feuermechanismus des Neurons ändern, und damit gleichfalls Aktionspotential-basierte Informationsverarbeitung. Diese Arbeit identifiziert die sogenannte "saddle-node-loop" (Sattel-Knoten-Schlaufe) Bifurkation als den Übergang, der besonders drastische funktionale Auswirkungen hat. Neben der Änderung neuronaler Filtereigenschaften sowie der Ankopplung an Stimuli, führt die "saddle-node-loop" Bifurkation zu einer Erhöhung der Netzwerk-Synchronisation, was möglicherweise für das Auslösen von Anfällen durch Temperatur, wie bei Fieberkrämpfen, interessant sein könnte. / Signal processing in nervous systems is shaped by the connectome as well as the cellular properties of nerve cells. In this thesis, two cellular properties are investigated with respect to the functional adaptations they provide: It is shown that neuronal morphology can improve signal transmission under energetic constraints, and that even small changes in biophysical parameters can switch spike generation, and thus information encoding. In the first project of the thesis, mathematical modeling and data are deployed to suggest energy-efficient signaling as a major evolutionary pressure behind morphological adaptations of cell body location: In order to save energy, the electrical signal transmission from dendrite to axon can be enhanced if a relatively small cell body is located between dendrite and axon, while a relatively large cell body should be externalized. In the second project, it is shown that biophysical parameters, such as temperature, membrane leak or capacitance, can transform neuronal excitability (i.e., the spike onset bifurcation) and, with that, spike-based information processing. This thesis identifies the so-called saddle-node-loop bifurcation as the transition with particularly drastic functional implications. Besides altering neuronal filters and stimulus locking, the saddle-node-loop bifurcation leads to an increase in network synchronization, which may potentially be relevant for the initiation of seizures in response to increased temperature, such as during fever cramps.

Dendritische Zellen (DZ) sind essentiell für die Aktivierung von Immunantworten. Drei Flt3-abhängige DZ Populationen aus dem Blut bestehend aus konventionellen (kDZ) BDCA1+ DZs und BDCA3+ DZs und plasmazytoide DZs wurden bereits beschrieben. Hier wurden zum ersten Mal sich aus Monozyten entwickelnde DZ (moDZ), genauer BDCA1+CD14+ pro-inflammatorische DZ (pro-iDZ) aus periphärem Blut unter homöostatischen Bedingungen identifiziert. Isolierte pro-iDZ sekretierten spontan große Mengen an pro-inflammatorischen Zytokinen, die kDZ reifen ließen und T Zell Proliferation unterstützten. Sie waren BDCA1+CD14- DZ und CD14+CD16- Monozyten in der TH17 Zell Induktion überlegen. Pro-iDZ ähnliche BDCA1+CD14+ Zellen konnten durch imaging cycler microscopy in Geweben von Patienten die an Psoriasis, Dermatomyositis oder entzündetem Halonävus erkrankt waren identifiziert werden. Ihr Fehlen in gesunder Haut deutete eine Rekrutierung von pro-iDZs in entzündetes Gewebe an. Eine Verwandtschaftsanalyse von pro-iDZ zwischen Monozyten, kDZ des Blutes und in vitro generierten moDZ auf genomweiter Ebene wies auf einen monozytären Ursprung hin. Anylse mittels funktioneller Annotation auf differentiell exprimierten Genen zwischen pro-iDZ und Monozyten zeigte eine DZ spezifische Gensignatur auf. Diese Gene waren insgesamt in der gleichen Weise wie in kDZ und moDZ reguliert, das eine Entwicklung von Monozyten nach DZ nahelegte. Dieses Entwicklungskonzept wurde insofern unterstützt, indem unter entzündlichen Bedingungen kultivierte CD14+CD16- Monozyten BDCA1 Expression und DZ Funktion erlangten. Da pro-iDZ sehr ähnlich zu BDCA1+CD14+ Zellen aus entzündeter Haut waren und beide große Konvergenz mit zuvor beschriebenen BDCA1+CD14+ inflammatorischen DZ (infDZ) aus entzündeten Geweben aufwiesen, können pro-iDZ als direkte infDZ Vorläufer angesehen werden. Dadurch und wegen ihrer monozytären Herkunft können pro-iDZ als Beweis für die humane Differenzierung von Monozyten nach DZ in vivo betrachtet werden. / Dendritic cells (DCs) are critical for the activation of immune responses. Three Flt3-dependent blood DC populations including conventional BDCA1+ DCs and BDCA3+ DCs (cDCs) and plasmacytoid DCs were described previously. This work identifies for the first time human peripheral blood monocyte derived BDCA1+CD14+ pro-inflammatory DCs (pro-iDCs) during steady state. Isolated pro-iDCs spontaneously secreted high amounts of pro-inflammatory cytokines, which matured cDCs and promoted T cell proliferation. They were superior in priming TH17 cells when compared to BDCA1+CD14- DCs and CD14+CD16- monocytes. BDCA1+CD14+ cells resembling blood pro-iDCs as identified by imaging cycler microscopy were found in samples from patients suffering from psoriasis, dermatomyositosis and inflamed halo nevus. Their absence in healthy donor’s skin indicated a recruitment of pro-iDCs to sites of inflammation. Analysis of the developmental relationship of pro-iDCs between monocytes, blood cDCs and in vitro generated monocyte derived DCs (moDCs) on whole genome level strongly suggested a monocytic origin. Functional annotation analysis of differentially regulated genes between monocytes and pro-iDCs revealed a DC specific gene signature. In addition, these genes were overall regulated in the same way in blood cDCs and moDCs, indicating an ongoing development of pro-iDCs from monocytes towards DCs. This developmental concept was supported as CD14+CD16- monocytes cultured under inflammatory conditions gained BDCA1 expression and DC function. Since pro-iDCs were highly similar to BDCA1+CD14+ cells found in inflamed skin and as both showed a marked convergence with BDCA1+CD14+ inflammatory DCs (infDCs) present in inflamed tissues described previously, pro-iDCs can be regarded as immediate precursors of infDCs. Thus, in respect of a monocytic origin and a presumably inflammatory DC fate, pro-iDCs may constitute a missing link to prove human moDC differentiation in vivo.

Die Wirkung von zwei endogen neuroprotektiven Substanzen, Melatonin und 17 beta-Estradiol wurde an drei Caspase-abhängigen, apoptotischen, aber Exzitotoxin-unabhängigen Schadensmodellen an neuronalen Primärkulturen untersucht und mit der bei vorwiegend nekrotischen Schadensmodellen verglichen. Es zeigten sich eine Abhängigkeit des neuroprotektiven Potentials von der Art des Zelluntergangs sowie unterschiedliche Mechanismen der Neuroprotektion. Melatonin wirkte in allen drei apoptischen Modellen nicht neuroprotektiv, sondern verstärkte die Schädigung der Neurone noch, während partiell gegen die OGD-induzierte Nekrose (OGD, engl. Oxygen glucose deprivation, kombinierter Sauerstoff- und Glukoseentzug) kortikaler Neurone Schutz erzielt wurde. Der Einsatz des endogenen neuroprotektiven Faktors Melatonin als Therapeutikum ist möglicherweise nur bei neurodegenerativen Erkrankungen mit exzitotoxischer Schädigung durch Glutamat oder oxidativem Stress wie bei Epilepsie oder dem Schlaganfall durch Ischämie sinnvoll. Die fehlende bzw. potenzierenden Wirkung von Melatonin bei neuronaler Apoptose in vitro, stellt jedoch einen therapeutischen Erfolg bei der Behandlung der mit apoptotischer Schädigung einhergehenden Alzheimer'schen Erkrankung in Frage. Bei klinischer Anwendung ist auch der von uns erhobene Befund zu beachten, dass in vitro native neuronale Zellen durch Melatonin geschädigt werden. 17 beta-Estradiol wirkte sowohl bei nekrotischer als auch bei apoptotischer Zellschädigung. Dabei zeigten sich wesentliche Unterschiede in den Mechanismen der Neuroprotektion und in der Ansprechbarkeit verschiedener Regionen des Gehirns. Schutz vor Apoptose konnte nur durch eine Langzeitvorbehandlung (20 h) in septalen und hippokampalen Kulturen, nicht jedoch in kortikalen Kulturen beobachtet werden. Dieser Effekt liess sich durch Rezeptorantagonisten, Proteinsynthesehemmung sowie durch Hemmung der Phosphoinositol-3-Kinase blockieren. Eine Kurzzeitbehandlung war gegen Apoptose nicht wirksam, zeigte gegen OGD und Glutamattoxizität jedoch neuroprotektives Potential. Dieser Effekt liess sich nicht antagonisieren, so dass hier ein direkter antioxidativer Mechanismus wahrscheinlich erscheint. Die antiapoptotische Wirkung in septalen und hippokampalen Kulturen korrelierte mit einer höheren Dichte des Estrogenrezeptors-alpha und einer erhöhten Expression antiapoptotischer Proteine in diesen Regionen. Da bei der Alzheimer'schen Erkrankung der Kortex betroffen ist, könnte der fehlende Effekt von 17 beta-Estradiol in kortikalen Neuronen sowohl auf die neuronale Apoptose als auch auf die Proteinexpression von Bcl-2 und Bcl-xL möglicherweise auf experimenteller Basis erklären, warum eine langfristige Estrogentherapie bei Frauen mit milder bis moderater Alzeimer'scher Erkrankung den Progress der Erkrankung nicht aufhalten konnte (Mulnard et al. 2000). / The neuroprotective effect of melatonin and 17 beta-estradiol has been evaluated in several in vitro models of neuronal apoptosis and necrosis. Melatonin was not neuroprotective in three models of apoptosis but showed a pro-apoptotic effect in primary cortical neurons. Melatonin revealed to damage naïve neurons, too. Partial protection was observed against necrotic neurodegeneration after oxygen-glucose deprivation (OGD). The use of melatonin as a therapeutic agent might be of interest in neurodegenerative diseases with excitotoxic damage like epilepsia or ischemia, but is questioned in case of apoptotic neurodegeneration. 17 beta-estradiol was neuroprotectiv in both necrotic and apoptotic neurodegeneration. Differences in the mechanism of neuroprotetion and in the efficacy in different regions of the brain were observed. A neuroprotective effect was visible only in hippocampal and septal cultures if 17 beta-estradiol was applied 20 h prior (long term pre-treatment) but not in cortical neurons. This effect correlates with an increased density of estrogen receptor-alpha and an increased expression of anti-apoptotic proteins like Bcl-2 and Bcl-xL in these regions. These effect could be blocked with receptor antagonists, protein synthesis inhibitors and an inhibitor of the phosphatidylinositol 3-kinase. A short term pre-treatment revealed a receptor independent neuroprotective potential against OGD and glutamate toxicity. The failure of 17 beta-estradiol to protect cortical neurons against apoptosis could be an experimental basis to understand, why a long lasting treatment with estrogens of women with mild to moderate Alzheimer´s disease failed to inhibit the progress of the illness (Mulnard et al., 2000)

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Die flexible Anwendung von Wissen in neuen Alltagssituationen ist eine notwendige kognitive Fähigkeit. Bisherige Studien betonen die zentrale Rolle des Hippocampus beim Lernen und Verknüpfen neuer Informationen mit bereits vorhandenem Wissen. Die funktionelle Integrität des Hippocampus ändert sich jedoch im Laufe des Lebens bzw. wird durch neuropsychiatrische Erkrankungen häufig beeinflusst. Die betroffenen Personen müssen deswegen adaptive Strategien entwickeln, um behaviorale Ziele weiter zu erreichen. Daher befasst sich meine Doktorarbeit mit Adaptationsprozessen im sich entwickelnden Gehirn und im vollständig entwickelten Gehirn mit einer hippocampalen Dysfunktion. Diese Synopsis umfasst dazu drei Studien: (1) zu behavioralen Strategien im sich entwickelnden Gehirn, (2) zu behavioralen Strategien im vollständig entwickelten Gehirn nach einer Läsion und (3) zu strukturellen Veränderungen im vollständig entwickelten Gehirn nach einer Läsion. Studie 1 zeigt einen altersgebundenen Wechsel beim assoziativen Gedächtnis: Kinder, Jugendliche und junge Erwachsene benutzen verschiedene Gedächtnisstrategien beim Integrieren von Gedächtnisinhalten. Studie 2 zeigt, dass die beobachteten Gedächtnisbeeinträchtigungen bei Patienten mit rechtsseitigen hippocampalen Läsionen sich nicht alleine durch ein Defizit des assoziativen Gedächtnisses erklären lassen, sondern auf einen zusätzlichen hippocampalen Beitrag zur Gedächtnisintegration zurückzuführen sind. Studie 3 zeigt, dass sich postoperative Adaptationsprozesse auf struktureller Ebene in überraschend kurzer Zeit ereignen und dass die strukturelle Reorganisation nicht nur im Hippocampus, sondern auch in entfernteren Hirnregionen, die mit dem Hippocampus verbunden sind, stattfindet. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse der drei Studien, dass Adaptationsprozesse im sich entwickelnden Gehirn sowie bei Erwachsenen mit einer hippocampalen Dysfunktion sowohl auf der behavioralen als auch auf der strukturellen Ebene auftreten. / Applying knowledge flexibly to new situations is a cognitive faculty that is necessary in every-day life. Previous findings emphasise the crucial role the hippocampus plays in learning and linking new information with pre-existing knowledge. However, the functional integrity of the hippocampus changes over the lifespan and is frequently affected by neuropsychiatric disorders. The affected subjects must, therefore, develop adaptive strategies to achieve behavioural goals. Thus, my doctoral thesis deals with adaptation processes in the developing brain and in adult brains with a hippocampal dysfunction. This synopsis encompasses three studies on: (1) behavioural strategies in the developing brain, (2) behavioural strategies in the lesioned fully developed brain, and (3) structural changes in the lesioned fully developed brain. Study 1 suggests an age-related shift in the associative memory: Children, adolescents, and young adults use different memory strategies when integrating information. Study 2 suggests that the memory deficits observed in patients with right-sided hippocampal lesions are not merely a consequence of an impaired associative memory but rather result from an additional hippocampal contribution to the memory integration. Study 3 suggests that postoperative structural adaptation processes occur on a surprisingly short time-scale, and this structural reorganisation happens not only in the hippocampus but also in distant brain areas connected to the hippocampus. In conclusion, findings from these three studies show that adaptation processes in the developing brain and in adult brains with hippocampal dysfunction occur on both the behavioural and the structural level.

Der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter Glutamat spielt eine grosse Rolle in der Gehirnentwicklung, wie neuronale Migration und Synaptogenese. Ob glutamaterge Stimulation für das Überleben entwickelnder Neuronen notwendig ist, war bislang jedoch unbekannt. Um zu untersuchen, ob eine Hemmung von Glutamatrezeptoren im unreifen Gehirn zu Neurodegeneration führt, wurden Ratten im Alter von 1 bis 31 Tagen für 24 Stunden mit dem N-Methyl-D-Aspartat-(NMDA) Glutamatrezeptorantagonisten Dizocilpin (MK801) behandelt. Die Dichte neuronaler Degeneration wurde mikroskopisch in Kupfer-Silber- und TUNEL- gefärbten Hirnschnittpräparaten ermittelt und Unterschiede mittels ANOVA analysiert (Signifikanzniveau p / The predominant excitatory neurotransmitter glutamate plays a major role in certain aspects of neural development. However, whether developing neurons depend on glutamate for survival remains unknown. To investigate if deprivation of glutamate stimulation in the immature mammalian brain causes neuronal cell death (apoptosis), rat pups aged 0 to 30 days were treated for 24 hours with dizocilpine maleate (MK801), an N-methyl-D-aspartate-(NMDA) glutamate receptor antagonist. Density of neural degeneration was evaluated by a stereological dissector method in cupric-silver and TUNEL-stained brain slices. Groups were compared by ANOVA and significance considered at p