Bei bhPIV3 handelt es sich um ein bovines Parainfluenzavirus Typ 3 (bPIV3), dessen Ober-flächenproteingene gegen jene des humanen Parainfluenzavirus Typ 3 (hPIV3) ausgetauscht wurden. Dieses ursprünglich als experimenteller Impfstoff gegen hPIV3 entwickelte Virus wurde darüber hinaus als Impfvektor zur Expression anderer viraler Antigene verwendet. Im Rahmen der hier vorgestellten Arbeit wurden die ersten bhPIV3-basierten Vektoren für nicht-virale Antigene hergestellt und in einem ersten Versuch evaluiert. Dazu wurden ein reverses Genetiksystem zur Herstellung rekombinanter bhPIV3 in einem neuen Labor aufgebaut und fünf neue rekombinante Viren erhalten, welche zusätzlich Antigene des Mycobacterium tuberculosis (M. tb.) exprimieren. Balb/c-Mäuse wurden intranasal mit den bhPIV3-Vektoren infiziert, so dass sowohl deren Replikation als auch der induzierte protektive Effekt gegenüber M. tb.-Neuinfektionen getestet werden konnte. In einem ersten Versuch zeigte sich, dass eine Immunisierung mit den rekombinanten Viren allein keine Schutzwirkung entfaltet. Als Boost-Impfung nach Gabe des Bacille Calmette Guérin (BCG) zeigten einige Vektoren jedoch einen signifikanten protektiven Effekt. In einem Folgeversuch konnten diese Beobachtungen jedoch bislang nicht bestätigt werden, so dass weitere Versuche durchzuführen sind, bevor eine endgültige Aussage bezüglich des hervorgerufenen Schutzeffektes getroffen werden kann. In einem weiteren Tierversuch wurde gezeigt, dass die Baumwollratte ein Tiermodell darstellt, in dem bhPIV3 erheblich schlechter repliziert als hPIV3. Trotz der eingeschränkten Replikation induzierte bhPIV3 neutralisierende Antikörpertiter gegen hPIV3, die mit durch hPIV3 induzierten Titern vergleichbar waren. Mit Hilfe eines neu generierten rekombinanten Virus, welches das grün fluoreszierende Protein EGFP exprimiert, konnte ein Weg aufgewiesen werden, die Bestimmung neutralisierender Antikörpertiter deutlich zu vereinfachen. / The initial objective of this project was to establish a reverse genetic system for generation of recombinant bovine/human parainfluenza virus type 3 (bhPIV3), a bovine PIV3 (bPIV3) in which the bhPIV3 glycoprotein genes are replaced by their counterparts of human PIV3 (hPIV3). In addition, methods needed to characterise virus infectivity, genetic integrity and relevant in vitro phenotypes were established. The reverse genetics system was used to add individual mycobacterium tuberculosis (M. tb.) open reading frames (ORFs) as supernumerary gene units to the bhPIV3 genome and to rescue bhPIV3 vectors that expressed M. tb. antigens. In addition, a similar vector expressing the enhanced green fluorescent protein (EGFP) was constructed. Following the in vitro characterization of the derived viral vectors, the M. tb. vectors were evaluated for their efficacy to protect against M. tb. aerosole challenge in the Balb/c mouse model for tuberculosis. Although, in a single experiment, vaccination with bhPIV3 vectors alone did not confer any protection against M. tb. challenge, a boost with selected bhPIV3 vectors after Bacille Calmette Guérin (BCG) priming was successful in conferring protective efficacy against M. tb. challenge. A repeat of this challenge study could not confirm the initial observation, and further experiments are needed to determine whether the observed protection can be reliably reproduced. Evaluation of the bhPIV3 vectors in the cotton rat model showed that this small animal model is suitable to evaluate the attenuation phenotype of bhPIV3 compared to human parainfluenza virus type 3 (hPIV3). Although replication of bhPIV3 was highly restricted compared to hPIV3, hPIV3 neutralizing antibody titers induced by bhPIV3 infection were similar to those induced by hPIV3 infection. Studies with bhPIV3 expressing EGFP led to a new fluorescence based assay to determine hPIV3 neutralizing antibody titers. This assay could save time and resources in hPIV3 serology.

Der pRB/E2F-Signalweg ist ein wichtiger Schlüsselpunkt für die Wachstumskontrolle in Säugerzellen und in vielen Tumoren sind Komponenten dieses Signalweges dereguliert. Durch die Nullmutation von E2F3 in Mausembryonalen Fibroblasten (MEFs) und Mäusen konnte gezeigt werden, dass E2F3 essentiell für das zelluläre Wachstum ist und in der Maus organspezifisch sowohl als Tumorsuppressor als auch Onkogen agieren kann. Jedoch sind dafür die zugrunde liegenden Mechanismen noch nicht genau geklärt. Möglicherweise tragen verschiedene Signalwege, die durch den Verlust von E2F3 dereguliert werden, zu den Defekten bei. In dieser Arbeit wurde TGFbeta1, ein wichtiger Wachstumsregulator, in den E2f3-/- MEFs untersucht und es konnte zum ersten Mal eine direkte Verbindung zwischen der E2F3-Expression und der TGFbeta1-Signalwirkung gezeigt werden. Durch den Verlust von E2F3 werden Tgfb1 und die TGFbeta1-regulierten Gene PAI-1, p21, Vimentin und Fibronectin in MEFs dereprimiert. Darüber hinaus werden MEFs und humane Lungenkarzinomzellen durch den Verlust von E2F3 gegenüber TGFbeta1 sensibilisiert und reagieren verstärkt auf TGFbeta1-induzierte Genexpression und Prozesse wie Wachstumsarrest und EMT. Somit wird E2F3 nicht nur durch TGFbeta1 reguliert, sondern kann auch auf TGFbeta1 und die TGFbeta1-Signalwirkung Einfluss nehmen, was für die Tumorprogression weit reichende Auswirkung haben kann. Um die tumorsuppressiven Eigenschaften von E2F3 besser zu verstehen, wurden im zweiten Teil dieser Arbeit murine medulläre Schilddrüsentumore mit unterschiedlichem metastatischen Potential miteinander verglichen und es konnten neue E2F-Zielgene identifiziert werden. Die Untersuchung von humanen Struma nodosa-Biopsien und metastatischen medullären Schilddrüsentumoren ergab, dass die in den Mäusen gefundenen Gene künftig auch als humane Metastasemarker Verwendung finden können. / The pRB/E2F-pathway plays a key role in growth control and it is deregulated in many tumors. Previously, by analysing E2f3 deficient mouse embryonic fibroblasts (MEFs) and mice it has been shown that E2F3, a key downstream target of pRB, is essential for cellular proliferation and can act either as an oncogene or tumorsuppressor in mice depending on the organ. However, the underlying mechanism is still unclear. We suggest that specific pathways which are deregulated due to the deletion of E2F3 contribute to these defects. TGFbeta1, which is one of the most potent growth regulators for mammalian cells was analysed in E2f3-/- MEFs. In this study, we could establish a direct link between E2F3 expression and TGFbeta1 signalling. Loss of E2F3 in MEFs leads to de-repression of Tgfb1 and TGFbeta1-regulated genes like PAI-1, p21, vimentin and fibronectin. Moreover, loss of E2F3 in MEFs or in human lung carcinoma cells results in an increased sensitivity to TGFbeta1-induced gene expression and processes like growth arrest and epithelial mesenchymal transition. These data suggest that not only TGFbeta1 can act on E2F3 but also E2F3 can affect TGFbeta1 and the outcome of TGFbeta1-induced signalling. In order to understand the tumor suppressive properties of E2F3, we compared gene expression profiles of murine medullary thyroid carcinomas (MTCs) of different metastatic potential and could identify novel E2F-target genes. Analysis of human struma nodosa biopsies and human metastatic medullary thyroid tumors showed that the genes identified in the mouse model can also be used as metastasis markers in human tumors.

Die Untersuchungsschwerpunkte der vorliegenden Promotion, die von 1996-1999 im Rahmen des BMBF-Projektes "Auenregeneration nach Deichrückverlegung" im Biosphärenreservat Flusslandschaft Elbe - Brandenburg durchgeführt wurde, waren: - Lage und räumliche Verteilung der Vegetationstypen des Auengrünlandes in einem geplanten Rückdeichungsgebiet bei Lenzen (Elbe-km 476-484) im jetzigen Deichvor- und Deichhinterland - Erforschung der kausalen Zusammenhänge zwischen der jetzigen Vegetationszonierung im überflutungsgeprägten Deichvorland und den abiotischen und biotischen Standortsfaktoren vor Ort - aus den zwei erstgenannten Untersuchungen ableitend die Erstellung einer verbindlichen Prognose zur Zonierung der Grünlandvegetation nach der Deichrückverlegung (Übertragung der standortsbezogenen Untersuchungsergebnisse auf das Rückdeichungsgebiet im Geografischen Informationssystem GIS) - Auswirkung verschiedener Weide- und/oder Mahd-Nutzungsformen auf die jetzige Grünlandvegetation und Prognose der landwirtschaftlichen und naturschutzfachlichen Nutzungsmöglichkeiten nach einer Rückdeichung - Landschaftpflegerische Möglichkeiten zur Wiederansiedlung gefährdeter Stromtal-Arten nach einer Deichrückverlegung Anhand multivariater Verfahren (Kanonische Korrespondenzanalyse CCA, Hauptkomponentenanalyse DCA) konnte festgestellt werden, daß die mittlere jährliche Überflutungsdauer sich dazu eignet, die rezente Vegetationszonierung im Auengrünland zu beschreiben und zukünftige Vegetationsverteilung im Rückdeichungsgebiet zu prognostizieren. Die Überprüfung der Prognosergebnisse an Hand des rezenten, bereits überflutungsgeprägten Vordeichgrünlandes ergibt hohe bis sehr hohe Übereinstimmungen zwischen vorhergesagter und Ist-Vegetation bei wechselfrischen bis wechselfeuchten Grünlandbeständen der Typen Leucanthemo-Rumicetum thyrsiflori und Elytrigia repens-Alopecurus pratensis-Gesellschaft. Bei den wechselfeuchten bis wechselfrischen Flutrasen (Alopecuretum geniculati) und Rohrglanzgras-Röhrichten (Phalaridetum arundinaceae) weichen die Prognoseergebnisse in Flächenausdehnung und Kongruenz weiter von der rezenzten Vegetationsverteilung ab. Ursächlich sind hierfür vor allem das Mikrorelief des Deichvorlandes und seine Auswirkungen auf den Wasserzu- und abfluss während und nach Hochwässern verantwortlich. In der Diskussion werden die standortbezogenen Untersuchungesergebnisse mit ökologischen Modellen zur Sukzession und Überflutungstoleranz in Beziehung gesetzt. Das verwendete Prognosemodell wird anhand aktueller Literatur bewertet. Vor dem Hintergrund der weitreichenden hydrologischen Eingriffe in die Flussaue wird deutlich, dass nur solche Grünlandarten und -gesellschaften wieder angesiedelt werden können, die dynamische Grundwasserverhältnisse tolerieren. Eine Wiederbesiedlung kann mit Hilfe verschiedener Techniken aus nahegelegenen Restpopulationen im rezenten Deichvorland gelingen. / The investigations described in this study have been carried out between 1996 and 1999 as a part of the research project "Auenregeneration durch Deichrückverlegung" promoted by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) in the "Mankind and the Biosphere" (MAB) reserve "Flusslandschaft Elbe - Brandenburg". The main objectives of the study were - to map the spatial distribution of different types of riparian grassland within a prospective re-inundation area near the town of Lenzen on the river Elbe (river kilometer 476-484) comprising the current grassland in front of the river dike and in its hinterland, - to quantify the influence of non-biotic and biotic site factors on temporarily inundated areas by thorough investigation of the present/current vegetation zonation of the dike's foreland, - to integrate the results of vegetation mapping and environmental research using a Geographical Information System (GIS) in order to predict the future vegetation zonation after the re-flooding of the proposed area, - to predict the impact of different types of land use on characteristic riparian grassland communities (extensive types of land use with hay harvest(ing) and grazing vs. hay harvest(ing) twice a year) with respect to nature preservation aspects and economic aspects of agricultural land use, and - to propose measures suitable to recover characteristic and endangered plant species and communities of riparian grassland after the setting back of the dike. By means of multivariate statistics (Canonical Correspondence Analysis CCA, Detrended Correspondence Analysis DCA) the mean annual duration of the inundation period was identified as a parameter suitable to describe the current grassland zonation and to predict the future zonation of the prospective re-inundation area. The results of the prediction were evaluated by comparing the predicted areas with the mapped areas of the present grassland types: The spatial distribution of the rarely flooded Leucanthemo-Rumicetum thyrsiflori and Elytrigia repens-Alopecurus pratensis grassland communities were highly congruent and matched well while the predicted and the mapped areas differed widely in more frequently flooded grassland types such as Alopecuretum geniculati and Phalaridetum arundinaceae These differences, however, were due to the microtopography of the dike's foreland (e. g. enbankments) governing the access and reflux of flooding water during inundation periods (site factor "isolation"). Furthermore the results of the evironmental studies were compared with current models of vegetation dynamics and inundation tolerance. The thus developed prediction model was evaluated. Taking the profound alterations in the hydrological characteristics of the flood plain into account it became evident that only those grassland species and communities that are able to tolerate highly dynamic ground water movements can be rehabilitated. Their restitution can be achieved by different techniques making use of left-over plant populations that can be found in the nearby grasslands of the dike's foreland.

Naturstoffe sind eine der wichtigsten Quellen für die Entwicklung neuer Pharmazeutika. Eine Vielzahl von bioaktiven Substanzen mit potentieller Anti-Krebs, Anti-HIV oder antimikrobieller Wirkung wurde aus der Gruppe der Cyanobakterien isoliert. Die meisten dieser Metabolite sind Peptide oder besitzen peptid-ähnliche Strukturen und werden nicht-ribosomal von großen, modular aufgebauten Enzymkomplexen gebildet. Vor kurzem konnte anhand der Patellamide gezeigt werden, dass zyklische Peptide auch ribosomal hergestellt werden können. Microcystis aeruginosa NIES298 produziert eine Reihe von Sekundärmetaboliten, unter anderem die nicht-ribosomalen Peptide Microcystin und Aeruginosin. Zwei weiteren von diesem Stamm produzierten Peptiden, Microcyclamid und Microviridin B, konnten bislang noch keine Gene zugeordnet werden. In dieser Studie wurden ribosomale Biosynthesewege für beide Peptidfamilien identifiziert. Die zur Biosynthese des cytotoxischen Hexapeptids Microcyclamid notwendigen Enzyme zeigen eine hohe Ähnlichkeit zu den Patellamid-Enzymen und weisen auf ähnliche Biosynthesemechanismen hin. Ein völlig neuer Syntheseweg, in dem bis dahin unbekannte ATP-grasp-Ligasen eine Rolle spielen, konnte für den trizyklischen Proteaseinhibitor Microviridin gefunden werden. Die erfolgreiche heterologe Expression dieses Peptids in E. coli bietet die Möglichkeit Bibliotheken von Microviridin-Varianten mit neuen oder verbesserten Bioaktivitäten zu konstruieren. Die systematische Suche nach ähnlichen Biosynthesegenen in Microcystis Laborstämmen und Gewässerproben zeigte eine weite Verbreitung und eine große Diversität der untersuchten Peptidklassen in Cyanobakterien, und stellt die Frage nach der natürlichen Funktion dieser Metabolite. Um erste Hinweise zu erhalten, wurden Trankriptions- und Expressionsstudien der Biosynthesegene durchgeführt. Schließlich konnten, mit Hilfe des so genannten „genome-mining“, neue Varianten der untersuchten Peptidklassen gefunden und aufgeklärt werden. / Microbial natural products represent a major source for the development of new therapeutic agents. A diverse array of compounds is produced by cyanobacteria, a heterogenous group of aerobic photoautotrophs. A variety of bioactive metabolites with potential anti-cancer, anti-microbial and anti-HIV activities have been isolated. Most of the compounds are peptides or possess peptidic structures and are usually made by large nonribosomal assembly lines. However, a ribosomal origin has recently been demonstrated for the biosynthesis of patellamides, cytotoxic cyclic peptides produced by cyanobacterial symbionts of ascidians. Microcystis aeruginosa NIES298 produces various peptides including microcystin, aeruginosin, microviridin and microcyclamide. For the latter two classes of peptides ribosomal biosynthesis pathways could be identified in the course of this study. The cytotoxic hexapeptide microcyclamide is formed through the activity of a set of enzymes closely related to those involved in patellamide biosynthesis. The multicyclic microviridin family of protease inhibitors are synthesised from a precursor peptide by a unique pathway involving uncharted ATP-grasp type ligases as well as an N-acetyltransferase and a specialised transporter peptidase. The successful expression of microviridin B in E. coli provides a promising base for engineering novel variants. Screening of Microcystis laboratory strains and field samples revealed a wide-spread occurrence and a great natural variety for both peptide classes, raising the question of the ecological role of such small cyclic peptides. Attempting to obtain some first hints to answer that question, transcription and expression studies of biosynthetic genes were performed. Finally, this work showed that such scanning approaches could lead to the discovery of novel peptide variants and demonstrated new examples of succesful genome mining.

Endozytose erfordert hohe Membrankrümmung und führt zu Flächenänderungen der Membranhälften. Dies kann durch eine Oberflächendifferenz zwischen den Schichten initiiert werden, die durch geänderte Lipidzusammensetzungen hervorgerufen werden kann. Daher wurde die Hypothese aufgestellt, dass Lipid-Transporter zu Beginn der Endozytose für veränderte Flächenverhältnisse verantwortlich sind. Um den Einfluss veränderter Flächen auf Endozytose zu untersuchen, wurden die Oberflächenverhältnisse der Membran durch Zugabe von Phospholipiden verändert und anschließend Endozytose gemessen. Abhängig von der Sorte wurden die Lipide nur in die äußere Schicht eingebaut oder auch auf die innere Seite transportiert, wodurch die entsprechende Seite vergrößert wurde. Die Zugabe verschiedener Aminophospholipide, die auf die innere Membranseite transportiert werden, führte zu gesteigerter „bulk flow“ Endocytose in K562-Zellen. Darüber hinaus deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Clathrin-vermittelte Endozytose von Hep2-Zellen ebenfalls stimuliert wurde. Umgekehrt hatte die Zugabe von Lipiden, die auf der äußeren Hälfte bleiben, reduzierte „bulk flow“- oder Clathrin-vermittelte Endozytose in verschiedenen Zelllinien zur Folge. Bemerkenswert ist, dass auch Clathrin-vermittelte Endozytose durch die Lipidzugabe beeinflusst wurde, obwohl gerade in diesem Weg viele Proteine involviert sind, die Krümmung induzieren können. Dies passt zu einem neuen Modell wie Lipidtransporter in Endozytose involviert sind. Durch den Transport von Lipiden und die zusätzliche Interaktion mit Endozytoseproteinen, könnten diese Transporter zwei Mechanismen zur Erzeugung von Krümmung miteinander verbinden: Membrankrümmung induziert durch eine Flächenasymmetrie zwischen den Membranhälften und durch Wechselwirkung mit Proteinen. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten darauf hin, dass die für Endozytose notwendige Krümmung durch die durch Lipidtransport induzierte Flächenasymmetrie der Membranschichten unterstützt wird. / Endocytic engulfment requires high local membrane curvature and causes significant area changes of the membrane leaflets. This can be initiated by differences between the surface areas of the two monolayers related to leaflet specific modulation of lipid composition. Thus, it was proposed that lipid translocators, pumping phospholipids from the outer to the inner leaflet, account for monolayer area asymmetry as an early step in endocytosis. To elucidate the influence of this asymmetry on endocytosis, surface area relation was altered by adding exogenous phospholipids to living cells and changes in endocytic activity were quantified. Depending on the lipid species, exogenous lipids were only incorporated into the outer layer or subsequently translocated across the plasma membrane thereby increasing either the outer or inner surface area. Addition of different analogues of aminophospholipids, which are translocated to the inner leaflet, led to an enhancement of bulk flow endocytosis in K562 cells. Moreover, our data indicate that clathrin-mediated endocytosis of Hep2 cells was stimulated as well. Inversely, addition of phospholipids, which remain on the outer layer, reduced bulk flow or clathrin-mediated endocytosis in various cell lines. Notably, also clathrin-mediated endocytosis was influenced by the addition of lipids, although many proteins noted for their ability to induce membrane curvature are known to be implicated in this pathway. This corroborates a recent model how aminophospholipid translocases are implicated in endocytosis. Upon translocating lipids and additionally interacting with endocytic accessory proteins, lipid translocators could integrate two processes to generate curvature: membrane bending based on monolayer area asymmetry and protein-related mechanisms. Collectively, findings in the present study suggest that curvature generation in endocytosis is supported by the induction of monolayer area asymmetry mediated by the translocation of lipids.

Shigella flexneri verursacht im Verlauf der Infektion eine massive Enzündungsreaktion sowie Schädigung des humanen Darmepithels. Neutrophile sind die ersten Zellen des angeborenen Immunsystems, welche den Infektionsherd infiltrieren. Diese Zellen greifen Mikroorganismen mittels Phagozytose, Neutrophiler extrazellulärer Fallen (Neutrophil Extracellular Traps, NETs) oder Degranulierung an. In dieser Arbeit haben wir untersucht, wie die Degranulierung von Neutrophilen die Virulenz von Shigellen beeinflußt und konnten zeigen, dass die Exposition von Shigellen mit Proteinen aus den Granula von Neutrophilen die Invasion in Epithelzellen stark erhöht. Während dieser Exposition binden kationische Proteine der Granula an die Oberfläche von Shigella und bewirken eine verstärkte Adhesion, welche dann schließlich zu “Hyperinvasion” führt. Dieser Effekt wird durch Änderungen der Oberflächenladung bewirkt, da eine Lipopolysaccharid (LPS) Mutante mit negativer Oberflächenladung eine zusätzliche erhöhte Hyperinvasion im Vergleich zu Wildtyp Shigellen zeigt. Zusätzlich zur Hyperinvasion bewirkt die Infektion von Epithelzellen mit Shigellen, die mit Granula Proteinen in Kontakt gekommenen sind, eine Verminderung der IL-8 Sekretion. Dieses Zytokin bewirkt eine starke Rekrutierung von Neutrophilen. Daher stellen wir die Hypothese auf, dass Shigella in der Lage ist, antimikrobielle Proteine des Wirtes zur Erhöhung seiner Virulenz durch Hyperinvasion zu verwenden sowie eine weitere Rekrutierung von Neutrophilen durch Inhibition der IL-8 Sekretion zu verhindern. Somit unterwandert Shigella das angeborenen Immunsystem und nutzt dessen Angriff zu seinem Vorteil. / Shigella flexneri is an enteric pathogen that causes massive inflammation and destruction of the human intestinal epithelium. Neutrophils are the first cells of the innate immune system recruited to the site of infection. These cells can attack microbes by phagocytosis, Neutrophil Extracellular Trap (NET) formation and degranulation. Here, we investigated how neutrophil degranulation affects virulence and show that exposure of Shigella to granular proteins enhances infection of epithelial cells. During this process, cationic granular proteins bind to the Shigella surface causing increased adhesion which ultimately leads to hyperinvasion. This effect is mediated by changes in the surface charge, since a lipopolysaccharide (LPS) mutant with a negative surface shows enhanced hyperinvasion compared to wild-type Shigella. In addition, infection with Shigella exposed to granular proteins leads to the inhibition of secretion of the neutrophil attracting cytokine IL-8. We propose that Shigella uses host defense molecules to enhance its virulence by increased infection of its host cells and reduced recruitment of neutrophils after hyperinvasion through inhibition of IL-8 secretion. With this Shigella subverts the innate immune system and uses its attack for its own benefit.

Diese Arbeit beschreibt die immunologischen Eigenschaften von Acanthochilonema viteae Tropomyosin, einem Muskel-assoziierten Protein. A. viteae ist ein zu den Filarien gehörender Parasit von Gerbilen, ähnlich dem humanpathogenen Filarie Onchocercha volvulus. Diese Arbeit hatte die funktionelle Charakterisierung von A. viteae Tropomyosin im Kontext der natürlichen Infektion und experimentellen Vakzinierung zum Ziel. Das allergene Potential des Tropomyosins und die Produktion von spezifischen IgE-Antikörpern wurden untersucht. Außerdem wurden Tropomyosin-spezifische monoklonale Antikörpern (mAk) entwicklet. Es konnte gezeigt werden, dass Tropomyosin als vielversprechender Kandidat zur Vakzinentwicklung gegen Filariosen angesehen werden kann, wobei berücksichtigt werden muss, dass deutliche Effekte nur unter Th1-Bedingungen auftreten. Die Vakzinierung mit Protein oder DNA reduzierte Adultwurmzahlen um 30 bzw. 45%. Während einer Infektion fungiert Tropomyosin als funktionelles Allergen und führt zur Produktion von hohen Mengen spezifischen IgEs. Ein Screening synthetischer Peptid-Bibliotheken zeigte gemeinsame 13 IgG- und 11 IgE-Epitope. Weiters konnte Kreuzreaktivität mit anderen Tropomyosinen und diesen gemeinsamen IgE-Epitopen nachgewiesen werden. Mit Hilfe von mAk konnte gezeigt werden, dass Tropomyosin auf der Oberfläche der Kutikula der Larvenstadien L3 und microfilariae des Parasiten vorkommt. Durch die Deglykosylierung des nativen Proteins wurde deutlich, dass einige Epitope von posttranslationellen Modifikationen gebildet werden. Weitere Immunisierungen mit Tropomyosin führten zu einem ähnlichen Profil der Zellaktivierung und Antikörperproduktion wie der Adjuvant Aluminiumhydroxid. Jedoch führte die Behandlung zur IL-10 Produktion und zur Zunahme von Gr1+/ CD11b+ Zellpopulationen, welche natürliche Surpressors darstellen. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass A. viteae Tropomyosin immunmodulierende Eigenschaften aufweist und als Komponente eines zu entwickelnden Vakzins in Frage kommt. / This study describes the immunological properties of Acanthocheilonema viteae muscle-associated protein tropomyosin. A. viteae is a filarial parasite of jirds that resembles the important human parasite Onchocerca volvulus. Focus of experiments is on unraveling the functional properties of tropomyosin in the context of an infection and experimental vaccination. Additionally, allergenic potential of tropomyosin was investigated and the ability to induce high levels of specific IgE. A part of the study was also aimed at the development of anti-tropomyosin monoclonal antibodies (mAb). This study revealed that tropomyosin is a promising antigen for vaccines against filarial nematodes, however, effective only in a Th1 biased environment. Vaccination with protein or DNA resulted in 30% - 45% protection that was not associated with specific IgG or IgE. During infection tropomyosin is an allergen and leads to the production of high levels of specific IgE. Screening of synthetic peptide libraries showed 13 IgG and 11 IgE co-located epitopes and revealed cross-reactivity with other tropomyosins and sharing of IgE epitopes. mAb were raised against A. viteae tropomyosin and showed that tropomyosin is abundant on the cuticle of L3 and microfilariae of the parasite. Deglycosylation of the native protein showed that some epitopes were formed by the posttranslational modifications. Additionally, immunization shows that tropomyosin induces a similar pattern of cell activation and antibody production as aluminium hydroxide adjuvant, but leads to the induction of IL-10 and the increase of population of GR1+/CD11b+ cells. These cells are regarded as natural suppressors. Taken together, results show that A. viteae tropomyosin has immunomodulating properties and can be considered as a component of an efficient vaccine.

Ein wesentliches Merkmal der Immundepression ist eine Monozytendeaktivierung mit verminderter Antigenpräsentation und Sekretion proinflammatorischer Zytokine. Infolge dessen sind Patienten mit Immundepression besonders anfällig gegenüber Infektionen. Als mögliche Mediatoren werden antiinflammatorische Zytokin wie IL10 und TGF-beta diskutiert, deren immunhemmende Wirkung allerdings nach Ihrem Entfernen schnell reversibel ist. An der Entwicklung einer langanhaltenden Immundepression müssen demnach weitere Mediatoren beteiligt sein. Eine Studie mit Patienten nach Herz-Operationen zeigte eine Korrelation zwischen einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Infektionen und einer Überexpression des Hitzeschockproteins Hämoxygenase-1 (HO-1) in peripheren Blutleukozyten, dem in vielen Studien eine antiinflammatorische und cytoprotektive Wirkung zugeschrieben wird. Eine Porphyrin-induzierte HO-1 Überexpression in humanen Monozyten korreliert mit einer verminderten MHC-II Expression. Allerdings kann eine Hemmung der HO-1-Expression diesen Effekt nicht aufheben, so dass die verwendeten Porphyrine die Antigenpräsentation durch HO-1-unabhängige Mechanismen beeinflussen müssen. Während sich die Hemmung der IFN-Gamma-induzierten MHC-II Expression durch eine gleichzeitig verminderte STAT-1-Phosphorylierung erklären lässt, ist die Porphyrin-induzierte Hemmung der konstitutiven MHC-II-Expression unabhängig von STAT-1. Zudem konnte weder eine Abhängigkeit von STAT-3, noch von einer verstärkten Histonacetylierung oder PKA-Aktivierung gezeigt werden. Die Ergebnisse deuten zudem darauf hin, dass die Porphyrin-Effekte nicht über eine Interaktion mit dem Hämoglobin-Scavenger Rezeptor CD163 induziert werden. Eine Porphyrin-Behandlung von Monozyten in vitro resultiert in einem ähnlichen Phänotyp, wie er in Monozyten von immundepressiven Patienten beobachtet wird, so dass ein verbessertes Wissen über die beeinflussten Signalwege neue Ansätze zur frühzeitigen Behandlung einer Immundepression liefern kann. / A long lasting immunodepression is characterised by a deactivation of the function of monocytes with decreased antigen presentation and decreased secretion of pro-inflammatory cytokines. This may predispose patients with immunodepression to infectious complications. Although anti-inflammatory cytokines as IL-10 and TGF-beta are discussed, the mechanism that induces and sustains this long lasting immunodepression is still incompletely understood. A previous study with patients after cardiac surgery could show a correlation between over expression of heme oxygenase-1 (HO-1) in peripheral blood leukocytes and an increased susceptibility to infection related complications. HO-1 is a stress-inducible heat shock protein with potent anti-inflammatory and cytoprotective properties. A porphyrin-induced HO-1 overexpression in human monocytes correlates with decreased MHC-II expression. However, inhibition of HO-1 expression does not abrogate this effect. According to this, porphyrins must affect the antigen presentation by HO-1-independent mechanisms. While the inhibition of IFN-Gamma-induced MHC-II expression could be explained by a simultaneously decreased STAT-1 phosphorylation, the porphyrin-induced inhibition of the constitutive MHC-II expression is independent of STAT-1. Moreover, neither STAT-3 activity, nor an increased histone acetylation or PKA activation is clearly involved in porphyrin mediated inhibition of MHC-II. The results further suggest that the porphyrin-effects are not induced by an interaction with the hemoglobin scavenger receptor CD163. Nevertheless a porphyrin-treatment of monocytes in vitro results in a similar phenotype, as observed in monocytes from patients with immunodepression. Therefore, better understanding of the involved pathways could reveal new approaches for the early treatment of patients with immunodepression.

Ziel der vorliegenden Dissertation war es, zum Verständnis der genetischen Grundlagen des akustischen Kommunikationssystems der Grille Gryllus bimaculatus beizutragen (s. auch 1.2). Dazu wurde die Expression eines Orthologs des no-on-transientA-Gens (nonA) mit Hilfe der RNA-Interferenz-Methode spezifisch herunterreguliert. Bei nonA handelt es sich um ein vielversprechendes Kandidatengen, da Punktmutationen in der codierenden Region des Gens die Eigenschaften des männlichen Balzgesangs bei Drosophila melanogaster beeinflussen. Zudem belegen Gentransfer-Experimente bei Drosophila, dass dieses Gen artspezifische Informationen des Balzgesangs enthält. Die Analyse der Gesangsdaten ergab, dass sich die Periodenlänge durch das Herunterregulieren von NONA nicht verändert. Außerdem konnte gezeigt werden, dass nonA-dsRNA-injizierte Tiere seltener 3-silbige Chirps produzieren, dafür aber mehr 4- und 5-silbige Chirps. Die Auswertung der tageszeitlichen Gesangsaktivität zeigte, dass alle Tiere signifikant am häufigsten im ersten Nachtquartal (nach Erlöschen der Beleuchtung) zirpten. Ein Effekt durch das Herunterregulieren von NONA konnte statistisch nicht belegt werden. Allerdings schien es einen Trend bei nonA-dsRNA-injizierten Tieren zu geben, gleichmäßiger über den Tag verteilt Gesangsaktivität zu zeigen. Transgene Drosophila melanogaster, deren arteigenes nonA durch das der Grille ersetzt bzw. ergänzt worden war, zeigten durchweg eine verbesserte Überlebensfähigkeit (Steigerungen zwischen 27 und 340%). Auch das positiv phototaktische Verhalten wurde durch das Grillen-NONA bei allen transformanten Fliegen verstärkt; allerdings fiel dieser Effekt eher marginal aus. Dennoch kann durchaus von einer zumindest teilweisen funktionellen Konservierung des nonA-Gens zwischen Gryllus bimaculatus und Drosophila melanogaster ausgegangen werden. / The present thesis aims to widen our understanding of the genetic background of the acoustic communication system of the cricket Gryllus bimaculatus (see also 1.2). Therefore the expression of an ortholog of the no-on-transientA (nonA) gene was specifically inhibited via RNA-interference. The nonA gene is one of the most interesting candidate genes in this context, as point mutations in the coding region of the gene affect the characteristics of the male’s calling song. Furthermore, gene transfer experiments in Drosophila showed that this gene obviously carries species-specific song information. The analysis of the calling song of nonA-RNAi-treated crickets, revealed that the duration of the syllable period was not influenced by the “knock-down” of the gene, but that the inhibition had a certain impact on the maximum number of syllables per chirp, as nonA-dsRNA-injected crickets produced significantly less 3-syllable chirps and significantly more 4- and 5-syllable chirps. Differences in the daytime calling activity between nonA-dsRNA-injected crickets and control groups could not be verified. The calling activity of all groups reached its peak in the first quarter of the night and significantly differed from the low calling activity during the remaining quarters of the day. Although the activity of all animals reached its peak during the first quarter of the night, there seems to be a trend that this rhythmical behaviour was less pronounced in nonA-dsRNA-injected crickets. Drosophila melanogaster mutants, which had been transformed with the nonA ortholog of Gryllus bimaculatus, increased their survival by 27% to 340%. In addition, the positive phototactic behaviour was slightly increased in all tested animals - this effect, however, remained marginal. Nevertheless, the nonA gene seems to be at least partly functionally conserved between Gryllus bimaculatus and Drosophila melanogaster.

Wüstenameisen (Cataglyphis fortis) orientieren sich mittels Wegintegration sowie, in visuell abwechslungsreichem Gelände, anhand von Landmarken. In der vorliegenden Arbeit wurden in Verhaltensexperimenten die Orientierungsmechanismen von C. fortis im Kontext dreidimensionaler Routen untersucht. 1. Wüstenameisen sind in der Lage, Steigungen und Gefälle eines dreidimensionalen Laufs mit den korrespondierenden Grunddistanzen in ihren Heimvektor zu integrieren. Hierdurch bleibt eine zweidimensionale Wegintegration selbst in hügeligem Gelände akkurat. 2. Entlang bekannter Routen werden Eigenschaften eines Aufstiegs wie Winkel und Länge gespeichert. Wenn Auf- und Abstiege nur auf dem Hinweg zu einer Futterquelle auftreten, werden sie trotzdem auch auf dem Rückweg akzeptiert. 3. Erfolgreiche Aufstiege führen zu einer neu erlernten, generellen Akzeptanz von Rampen, selbst wenn ihr Auftreten inkongruent mit dem aktuell erlernten Lauf ist. 4. Haben Wüstenameisen im Test die Wahl zwischen einem Auf- bzw. Abstieg und einem horizontalen Kanal, entscheiden sie sich häufiger für die Rampen und legen auf ihnen größere Distanzen zurück, wenn auch das vorherige Training geneigte Streckenabschnitte besaß. Dies gilt auch, wenn die Kombination eines Auf- und Abstiegs im Training einen horizontalen Vektor zur Folge hatte. Die Reihenfolge von Auf- und Abstiegen wird jedoch nicht gespeichert, ebenso wenig die Distanz einer Rampe von Nest und Futterstelle. 5. Erzwungene vertikale Ablenkungen im Lauf einer Ameise werden nicht kompensiert. Der Heimvektor besitzt demnach keine vertikale Komponente, sondern funktioniert auf Basis der Korrektur geneigter Wegstrecken zu ihren entsprechenden Grunddistanzen. Cataglyphis fortis verfügt demnach nicht über eine tatsächlich dreidimensionale Repräsentation ihrer Routen. Stattdessen ermöglicht ihr wahrscheinlich das Zusammenspiel einer Reihe einfacherer Navigationsmechanismen eine genaue Orientierung auch in hügeligem Terrain. / Desert ants (Cataglyphis fortis) orientate by means of path integration, and the use of landmarks, if available. In this thesis, behavioural experiments were conducted to elucidate C. fortis’ orientation mechanisms in the context of three-dimensional routes. 1 Along a three-dimensional route, desert ants are able to incorporate the ground distances of slopes into their home vector. Thus, two-dimensional path integration remains accurate also in hilly terrain. 2 Along familiar routes, ants store and recall a slope’s properties such as inclination and length. Even if ascents and descents only occur on the outbound trip, they are also accepted on the homebound run nevertheless. 3 Successful ascents result in a newly learnt, general acceptance of ramps, even if their occurrence is incongruent with a currently learnt route. 4 Given that desert ants can choose between a horizontal continuation of a channel and a ramp, they decide more often to walk on ramps if earlier training included sloped path segments, and continue to walk on them for greater distances. This is also the case if a combination of an ascent and descent results in a horizontal home vector during training. Neither their sequence nor the distance of a ramp from nest and feeder is stored and subsequently recalled. 5 Forced vertical detours in an ant’s run are not compensated for. The home vector consequently possesses no vertical component, and instead is functional due to the correction of sloped path segments to their respective ground distances. In summary, three-dimensional orientation in C. fortis is carried out by the combination of several mechanisms, namely (1) a global vector that corresponds to a plane projection of a route in the horizontal plane; (2) behavioural rules that are generally learnt; and (3) the storing and recollection of specific information along familiar routes.