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Principles of olfactory-visual integration to form a common percept in honeybees / Prinzipien der olfaktorisch-visuellen Integration des Lernverhaltens der Honigbienen

Becker, Mira Caroline January 2020 (has links) (PDF)
The honeybee is a well studied and important organism in neuroethology. The possibility to train them with a classical conditioning paradigm and their miniature brain provide a perfect requisite to investigate the neuronal principles of learning and memory. Honeybees use visual and olfactory cues to detect flowers during their foraging trips. Hence, the reward association of a nectar source is a multi-modal construct, which has at least two major components - olfactory and visual cues. It is still an open question, how both sensory components are converged in the mushroom body, which represent the multi-modal integration centre of the honeybee brain. The main goal of this study, is to investigate the processing of multiple modalities and how a reward association is formed. This includes, how and wether both sensory modalities interfere during learning. Thus, in this study stimulation with UV, blue and green light was used to evoke distinct photoreceptor activities in the compound eye. Furthermore, three different odours (Geraniol, Citronellol and Farnesol) were used. These stimuli were tested in three different experimental series. The first experiment involved classical differential conditioning of the single modalities - odour and colour. Honeybees showed high learning performances in differentiating olfactory stimuli and also reliable responses for visual conditioning. Furthermore, a temporal discrepancy in the stimulus length for best learning in the olfatcoty and visual cues was found. In the second series, it was tested how multi-modal compounds are perceived. This includes, unique cues (configural processing) or the sum of the single components of a compound (elemen- tal processing). This was tested by combining single odour components with monochromatic light in a positive (PP) and negative patterning (NP) experiment. During PP, the olfactory- visual compound was rewarded, whereas the single components were unrewarded. In contrast, during NP the single components were reinforced, but the compound was not. In addition, the ability to distinguish between two different light stimuli presented as a part of an olfactory-visual compound with the same odour component during acquisition was tested. In a memory test, the light stimuli were presented again as a compound and in addition as the single components. The results revealed that bees used elemental processing with compounds containing green and blue light. In contrast, when UV light was presented the bees used configural processing. Finally, a third experiment was conducted at the neuronal level. Multi-unit recordings were established to provide a suitable method to analyse extrinsic neurons at the mushroom body output region, the so called ventral lobe of the pedunculus. Here, three different odours (Geran- iol, Farnesol and Citronellol), two colours (green and blue) and two combined stimuli (colour + odour) were chosen as stimuli, to search for possible variations in processing stimuli with different modalities. Two units could be detected that responded mainly to visual stimuli. / Die Honigbiene ist ein gut untersuchter und wichtiger Organismus für die neuroethologische Forschung. Die Möglichkeit sie auf klassische Weise zu Konditionieren und ihr relativ kleines Gehirn macht sie zum idealen Untersuchungs-Gegenstand um die neuronalen Prinzipien des Lernens und der Gedächtnisbildung zu erforschen. Während des Furagierens nutzen Honigbi- enen beides: visuelle und olfaktorische Merkmale der Futterplanzen. Daher ist die Belohnungs- Assoziation mit der Nektar-Belohnung ein multi-modales Konstrukt, welches aus mindestens zwei Hauptkomponenten, den olfaktorischen und den visuellen Reizen, besteht. In dieser Arbeit soll untersucht werden, wie olfaktorische und visuelle Reize verarbeitet wer- den und wie sie im Pilzkörper, dem multi-modalen Integrationszentrum des Bienengehirnes, konvergieren. Wie beide sensorischen Modalitäten integriert werden um eine gemeingültige Belohnungs-Assoziation zu bilden, ist immer noch eine offene Frage. Weiterhin ist unklar ob und wie sie miteinander interferieren. Die hier dargestellten Studien nutzen Stimulationen mit UV, blauem und grünem Licht um unterschiedliche Photorezeptor Aktivitäten im Komplexauge auszulösen. Des Weiteren wurden drei verschiedene Duftkomponenten (Geraniol, Citronellol und Farnesol) verwendet. Diese Stimuli wurden in drei verschiedenen Experiment-Reihen gestestet. Das erste Experiment umfasste die klassische differentielle Konditionierung der Einzelmodalitäten (Duft und Farbe). Honigbienen zeigten eine hohe Lernfähigkeit bei der Unterscheidung zweier olfaktorischer Reize sowie eine solide Lern-Leistung während der Konditionierung mit Licht. Im zweiten Experiment wurde getestet, ob ein zusammengesetzter Reiz aus beiden Modalitäten als Summe der einzelnen Elemente (elementare Verarbeitung) oder als unikaler Reiz (konfigu- rale Verarbeitung) wahrgenommen wird. Hierbei wurde monochromatisches Licht und einzelne Duftkomponenten in positive patterning- (PP) und negative patterning-Experimenten (NP) getestet. Beim PP, wurde der zusammengesetzte Reiz belohnt, wohingegen die Einzelkom- ponenten unbelohnt blieben. Dagegen wurden beim NP nur die Einzelkomponenten belohnt, aber nicht ihre Kombination. Außerdem wurde der Frage nachgegangen, ob die Fähigkeit zur Differenzierung unterschiedlich ist, wenn zwei verschiedene Lichtreize teil einer olfaktorisch- visuellen Kombination sind, oder nicht. Interessanterweise zeigten die Verhaltensleistungen einen prominenten Fall von konfiguraler Verarbeitung, allerdings nur wenn UV-Licht ein El- ement der olfaktorisch-visuellen Zusammensetzung war. Die Ergebnisse der Experimente mit blauem oder grünem Licht hingegen, unterstützen die Theorie einer elementaren Verarbeitung. Abschließend wurde mittels elektrophysiologischer multi-unit-Aufnahmen eine passende Meth- ode etabliert, um die extrinsischen Neurone des Pilzkörpersausganges zu analysieren. Hierbei wurden drei verschiedene Düfte und zwei Farben sowie zwei Kombinationen aus Farbe und Duft getestet, um mögliche Variationen der multimodalen Reiz-Verarbeitung zu untersuchen. Zwei neuronale Einheiten (units) wurden gefunden, welche hauptsächlich auf Lichtreize antworteten.
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The influence of N-terminal peptides of G-protein coupled receptor kinase (GRK) 2, 3 and 5 on β-adrenergic signaling / Der Einfluss von N-terminalen Peptiden der G-Protein gekoppelten Rezeptorkinasen (GRK) 2, 3 und 5 in der β-adrenergen Signaltransduktion

Maimari, Theopisti January 2020 (has links) (PDF)
G protein coupled receptor kinases (GRK) phosphorylate and thereby desensitize G protein coupled receptors (GPCR) including β-adrenergic receptors (βAR), which are critical regulators of cardiac function. We identified the Raf kinase inhibitor protein (RKIP) as an endogenous inhibitor of GRK2 that leads to increased cardiac contractility via βAR activation. RKIP binds to the N-terminus (aa1-185) of GRK2, which is important for the GRK2/receptor interaction. Thereby it interferes with the GRK2/receptor interaction without interference with cytosolic GRK2 target activation. In this project, the RKIP/GRK interface was investigated to develop strategies that simulate the effects of RKIP on βAR. RKIP binding to different isoforms of GRK expressed in the heart was analyzed by protein interaction assays using full-length and N-termini of GRK2, GRK3 and GRK5: 1-53, 54-185 and 1-185. Co-immunoprecipitation (Co-IPs) and pull-down assays revealed that RKIP binds to the peptides of GRK2 and GRK3 but not to the ones of GRK5, which suggests the existence of several binding sites of RKIP within the N-termini of GRK2 and GRK3. To analyze whether the peptides of GRK2 and GRK3 are able to simulate the RKIP mediated interference of the GRK2/receptor interaction, we analyzed the β2-AR phosphorylation in the absence and presence of the peptides. Interestingly, N-termini (aa1-185) of GRK2 and GRK3 reduced β2AR phosphorylation to a comparable extent as RKIP. In line with reduced receptor phosphorylation, the peptides also reduced isoproterenol-stimulated receptor internalization as shown by [3H] CGP-12177 radioligand binding assay and fluorescence microscopy compared to control cells. Subsequently, these peptides increased downstream signaling of β2AR, i.e. the phosphorylation of the PKA substrate phosducin. In an attempt to elucidate the mechanism behind the observed effects, Co-IPs were performed in order to investigate whether the peptides bind directly to the β2-AR and block its phosphorylation by GRK2. Indeed, GRK2 1-185 and GRK3 1-185 could bind the receptor, suggesting that this way GRK2 is prevented from inhibiting the receptor. To investigate the physiological effect of GRK2 1-185, GRK3 1-185 and GRK5 1-185, their effect on neonatal mouse cardiomyocyte contractility and hypertrophy was analyzed. After long-term isoproterenol stimulation, in the presence of GRK2 1 185 and GRK3 1-185 the cross-sectional area of the cardiomyocytes showed no significant increase in comparison to the unstimulated control cells. In addition, upon isoproterenol stimulation, GRK2 1-185 and GRK3 1-185 increased the beat rate in cardiomyocytes, mimicking RKIP while the base impedance, an indicator of viability, remained stable. The N-termini (1-185) of GRK2 and GRK3 simulated RKIP’s function and had a significant influence on β2AR phosphorylation, on its downstream signaling and internalization, could bind β2-AR, increased beat rate and did not significantly induce hypertrophy, suggesting that they may serve as a model for the generation of new and more specific targeting strategies for GRK mediated receptor regulation. / G-Protein gekoppelte Rezeptorkinasen (GRK) phosphorylieren und desensitisieren G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCR), einschließlich β-adrenerge Rezeptoren (βAR), welche wichtige Regulatoren der Herzfunktion sind. Raf Kinase Inhibitor Protein (RKIP) ist ein endogener Inhibitor von GRK2, der zur Aktivierung von βAR führt und dadurch zur Steigerung der Herzkontraktilität. RKIP bindet N-terminal (1-185) an GRK2; der GRK2 N-Terminus ist wichtig für die GRK2/Rezeptor Interaktion. Durch diese Bindung wird GRK2 inhibiert und derer Interaktion mit den Rezeptor gestört, allerdings bleiben die zytosolische GRK2 Substrate unbeeinflusst. In diesem Projekt wurde die Interaktion zwischen RKIP und GRK untersucht, um neue Targeting Strategien zu entwickeln, die die positiven Effekte von RKIP auf βAR Signalwege simulieren. Die Bindung von RKIP an verschiedene, im Herzen lokalisierte GRK-Isoformen wurde über protein interaction assays untersucht: mit GRK2, GRK3 und GRK5 und mit deren N-terminalen Peptiden 1-53, 54-185, 1-185. Die Co-Immunopräzipitationen (Co-IPs) und die pull-down Versuche haben gezeigt, dass RKIP sowohl GRK2 und GRK3 als auch deren N-Termini bindet, GRK5 und dessen N-termini hingegen nicht. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass sich mehrere RKIP Bindungsstellen an dem GRK2 N-Terminus befinden. Um zu analysieren, ob die GRK2- und GRK3-Peptide eine ähnliche Wirkung wie RKIP auf die Interaktion von GRK2 und Rezeptor aufweisen, wurde die Rezeptorphosphorylierung ermittelt. Es konnte gezeigt werden, dass GRK2 1-185 und GRK3 1-185 die Phosphorylierung des βAR reduzieren können. Radioligandbindungsassays mit [3H] CGP-12177 und Fluoreszenzmikroskopie zeigten zudem, dass GRK2 1-185 und GRK3 1-185 auch die Internalisierungsrate des βAR senken können. Anschließend hatten GRK2 1-185 und GRK3 1-185 einen positiven Effekt auf einem βAR downstream Signalmolekül. Hierbei handelte es sich um die Phosphorylierung von Phosducin, was ein PKA-Substrat ist. Um die Wirkungsweise der N-termini zu erläutern, wurde untersucht, ob diese direkt den β2AR binden und somit die GRK2 vermittelte Phosphorylierung hindern. Interessanterweise konnte gezeigt werden, dass GRK2 1-185 und GRK3 1- 185 den β2AR binden und dementsprechend einen Einfluss auf die Phosphorylierung haben. Des Weiteren, wurden die Effekte der Peptide auf Kontraktilität und Hypertrophie in neonatalen Mauskardiomyozyten analysiert. In Anwesenheit von GRK2 1-185 und GRK3 1-185 war die Querschnittsfläche der Mauskardiomyozyten nicht signifikant größer im Vergleich zu den unstimulierten Kontrollzellen. Außerdem wurde eine signifikante Erhöhung der Kontraktilität in den Mauskardiomyozyten mit GRK2 1-185 und GRK3 1-185 beobachtet. Insgesamt, konnten GRK2 1-185 und GRK3 1-185 RKIPs Funktion simulieren: sie hatten einen signifikanten Effekt auf β2AR-Phosphorylierung, Internalisierung und downstream Signaling. Zudem konnten sie die Kontraktilität erhöhen und hatten keinen Einfluss auf Hypertrophie. Somit könnten sie als Prototyp für die Entwicklung neuer Targeting Strategien für die GRK-vermittelte Rezeptor Regulation, genutzt werden.
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Integrated Systems Biology Analysis; Exemplified on Potyvirus and Geminivirus interaction with \(Nicotiana\) \(benthamiana\) / Integrierte Systeme Biologie Analyse, Beispiel für Potyvirus und Geminivirus Interaktion mit \(Nicotiana\) \(benthamiana\)

Pahlavan, Pirasteh January 2019 (has links) (PDF)
Viral infections induce a significant impact on various functional categories of biological processes in the host. The understanding of this complex modification of the infected host immune system requires a global and detailed overview on the infection process. Therefore it is essential to apply a powerful approach which identifies the involved components conferring the capacity to recognize and respond to specific pathogens, which in general are defeated in so-called compatible virus-plant infections. Comparative and integrated systems biology of plant-virus interaction progression may open a novel framework for a systemic picture on the modulation of plant immunity during different infections and understanding pathogenesis mechanisms. In this thesis these approaches were applied to study plant-virus infections during two main viral pathogens of cassava: Cassava brown streak virus and African cassava mosaic virus. Here, the infection process was reconstructed by a combination of omics data-based analyses and metabolic network modelling, to understand the major metabolic pathways and elements underlying viral infection responses in different time series, as well as the flux activity distribution to gain more insights into the metabolic flow and mechanism of regulation; this resulted in simultaneous investigations on a broad spectrum of changes in several levels including the gene expression, primary metabolites, and enzymatic flux associated with the characteristic disease development process induced in Nicotiana benthamiana plants due to infection with CBSV or ACMV. Firstly, the transcriptome dynamics of the infected plant was analysed by using mRNA-sequencing, in order to investigate the differential expression profile according the symptom developmental stage. The spreading pattern and different levels of biological functions of these genes were analysed associated with the infection stage and virus entity. A next step was the Real-Time expression modification of selected key pathway genes followed by their linear regression model. Subsequently, the functional loss of regulatory genes which trigger R-mediated resistance was observed. Substantial differences were observed between infected mutants/transgenic lines and wild-types and characterized in detail. In addition, we detected a massive localized accumulation of ROS and quantified the scavenging genes expression in the infected wild-type plants relative to mock infected controls. Moreover, we found coordinated regulated metabolites in response to viral infection measured by using LC-MS/MS and HPLC-UV-MS. This includes the profile of the phytohormones, carbohydrates, amino acids, and phenolics at different time points of infection with the RNA and DNA viruses. This was influenced by differentially regulated enzymatic activities along the salicylate, jasmonate, and chorismate biosynthesis, glycolysis, tricarboxylic acid cycle, and pentose phosphate pathways, as well as photosynthesis, photorespiration, transporting, amino acid and fatty acid biosynthesis. We calculated the flux redistribution considering a gradient of modulation for enzymes along different infection stages, ranging from pre-symptoms towards infection stability. Collectively, our reverse-engineering study consisting of the generation of experimental data and modelling supports the general insight with comparative and integrated systems biology into a model plant-virus interaction system. We refine the cross talk between transcriptome modification, metabolites modulation and enzymatic flux redistribution during compatible infection progression. The results highlight the global alteration in a susceptible host, correlation between symptoms severity and the alteration level. In addition we identify the detailed corresponding general and specific responses to RNA and DNA viruses at different stages of infection. To sum up, all the findings in this study strengthen the necessity of considering the timing of treatment, which greatly affects plant defence against viral infection, and might result in more efficient or combined targeting of a wider range of plant pathogens. / Virale Infektionen haben einen signifikanten Einfluss auf verschiedene funktionelle Eigenschaften und biologische Prozesse im Wirt. Das Verständnis dieser komplexen Modifikation des infizierten Wirtsimmunsystems benötigt eine globale und detaillierte Einsicht in den Infektionsprozess. Diese erfordert einen leistungsfähigen Ansatz zur Identifizierung der beteiligten Komponenten, welche eine Pathogen-Erkennung und Antwort vermitteln bzw. eine kompatible Virus-Pflanze-Infektion voraussetzen. Die Anwendung der vergleichenden und integrierten Systembiologie zur Untersuchung dieser Pflanzen-Virus-Interaktionen im Infektionsverlauf kann eine neue Grundlage zum systematischen Verständnis der Modulation des Immunsystems der Pflanze und der Pathogen-Mechanismen während verschiedener Infektionen eröffnen. In dieser Arbeit wenden wir diese Ansätze an, um Pflanzen-Virus-Infektionen der zwei häufigsten viralen Pathogenen von Maniok zu untersuchen, den Cassava brown streak virus (CBSV) und den African cassava mosaic virus (ACMV). Dazu rekonstruieren wir den Infektionsprozess durch die Kombination von „omics“ basierten Datenanalysen und metabolischen Netzwerkmodellen um die wichtigen Elemente des viralen Infektionsprozesses zu verschieden Zeitpunkten aufzuklären. Metabolische Flussanalysen geben Einblick in metabolische Umsätze und deren Regulierung. Diese simultanen Untersuchungen erfassen ein breites Spektrum der Virus-vermittelten Veränderungen im Wirt über mehrere „omics“ Ebenen, einschließlich Geneexpression, Primärmetabolite und enzymatischer Aktivitäten, die mit dem charakteristischen Krankheitsentwicklungsprozess assoziiert sind, der in Nicotiana benthamiana Pflanzen aufgrund einer Infektion mit CBSV oder ACMV induziert wurde. Zuerst wurde die Dynamik des Transkriptoms infizierter Pflanzen mittels mRNA-Sequenzierung analysiert um das differentielle Expressionsprofil nach dem Symptomentwicklungsstadium zu untersuchen. Die Expressionsmuster und die biologischen Funktionen dieser Gene wurden im Hinblick auf die Infektionsstufe und den Virus Einheiten aufgelöst. Ein nächster Schritt war die Echtzeit-Expressionsmodifikation ausgewählter Schlüsselprozess-Gene, gefolgt von der Umsetzung im linearen Regressionsmodell. Anschließend wurde der funktionelle Verlust von regulatorischen Genen ermittelt, welche eine R-vermittelte Resistenz auslösen können. Es wurden erhebliche Unterschiede zwischen infizierten Mutanten / transgenen Linien und Wild-typen beobachtet und im Detail charakterisiert. Darüber hinaus entdeckten wir eine massive lokalisierte Akkumulation von reaktiven Sauerstoffspezies und quantifizierten die Expression von Abbauproteinen in den infizierten Wildtyp-Pflanzen relativ zu Mock-infizierten Kontrollen. Darüber hinaus fanden wir koordinierte regulierte Metaboliten als Reaktion auf eine virale Infektion, gemessen unter Verwendung von LC-MS / MS und HPLC-UV-MS Techniken. Dazu gehören die Analyse der Profile von Phytohormonen, Kohlenhydraten, Aminosäuren, und Phenolika zu verschiedenen Zeitpunkten der Infektion mit den RNA und DNA-Viren. Diese wurden beeinflusst durch die differentielle regulierten enzymatischen Aktivitäten entlang der Salicylat-, Jasmonat- und Chorismat-Biosynthese, der Glykolyse, Tricarbonsäure und Pentose-Phosphat-Umsetzung, der Photosynthese und Photorespiration, des Transportes und der Aminosäure sowie Fettsäure-Biosynthese. Wir berechneten die Umverteilung des metabolischen Flusses unter Berücksichtigung einer ansteigenden Beeinflussung von Enzymen in den verschiedeneren Infektionsstadien, die von Prä-Symptomen zur Infektionsstabilität reichen. Zusammengefasst beinhaltet unsere Reverse-Engineering-Studie die Generierung von experimentellen Daten und deren Modellierung mittels vergleichender und integrierter Systembiologie zum Einblick in das Modell-Pflanzen-Virus-Interaktionssystem. Wir lösten die Interaktion zwischen Transkriptom-Modifikation, Metabolitenmodulation und die Umverteilung des metabolischen Flusses während des kompatiblen Infektionsprozesses auf. Das Ergebnis zeigt die globalen Veränderungen in einem anfälligen Wirt auf, sowie die Korrelation zwischen Symptomschwere und der Stärke dieser Veränderungen. Darüber hinaus identifizieren wir im Detail die entsprechenden allgemeinen und spezifischen Reaktionen auf RNA und DNA-Viren in den verschiedenen Stadien der Infektion. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Erkenntnisse aus dieser Studie die Notwendigkeit aufzeigen, den zeitlichen Ablauf bei einer Pflanzenschutzbehandlung zu berücksichtigen, welche die pflanzliche Abwehr gegen eine Virusinfektion stark beeinflusst; und insgesamt zu einer effizienteren oder kombinierten Anwendung gegen ein breiteres Spektrum von Pflanzenpathogenen führen könnte.
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Isolation and Structural Elucidation of Novel Anti-Infective Naphthylisoquinoline Alkaloids from Ancistrocladus ealaensis, and Phytochemical Analysis of Two Congolese Medicinal Plants / Isolierung und Strukturaufklärung von neuen anti-infektiven Naphthylisochinolin-Alkaloiden aus Ancistrocladus ealaensis und phytochemische Analyse von zwei kongolesischen Heilpflanzen

Tshitenge Tshitenge, Dieudonné January 2019 (has links) (PDF)
Herein described are the isolation, structural elucidation, and biological evaluation of highly thrilling monomeric and dimeric new naphthylisoquinoline alkaloids from A. ealaensis. The separation, chiral resolution, and characterization of a series of stereoisomeric 2,3-dihydrobenzofuran neolignans are also reported. The analytical and phytochemical analysis on two Congolese antimalarial herbal drugs is part of the last chapter of the results. In this last case, major concerns on widely used Congolese herbal drugs are discussed. / Im Rahmen dieser Dissertation werden Einblicke in die strukturelle Vielfalt und das therapeutische Potenzial von pflanzlichen Sekundärmetaboliten gewährt
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Towards advanced immunocompetent skin wound models for in vitro drug evaluation / Auf dem Weg zu fortschrittlichen immunkompetenten Hautwundmodellen für die in vitro-Medikamentenbewertung

Griffoni, Chiara January 2019 (has links) (PDF)
Current preclinical models used to evaluate novel therapies for improved healing include both in vitro and in vivo methods. However, ethical concerns related to the use of animals as well as the poor physiological translation between animal and human skin wound healing designate in vitro models as a highly relevant and promising platforms for healing investigation. While current in vitro 3D skin models recapitulate a mature tissue with healing properties, they still represent a simplification of the in vivo conditions, where for example the inflammatory response originating after wound formation involves the contribution of immune cells. Macrophages are among the main contributors to the inflammatory response and regulate its course thanks to their plasticity. Therefore, their implementation into in vitro skin could greatly increase the physiological relevance of the models. As no full-thickness immunocompetent skin model containing macrophages has been reported so far, the parameters necessary for a successful triple co-culture of fibroblasts, keratinocytes and macrophages were here investigated. At first, cell source and culture timed but also an implementation strategy for macrophages were deter-mined. The implementation of macrophages into the skin model focused on the minimization of the culture time to preserve immune cell viability and phenotype, as the environment has a major influence on cell polarization and cytokine production. To this end, incorporation of macrophages in 3D gels prior to the combination with skin models was selected to better mimic the in vivo environment. Em-bedded in collagen hydrogels, macrophages displayed a homogeneous cell distribution within the gel, preserving cell viability, their ability to respond to stimuli and their capability to migrate through the matrix, which are all needed during the involvement of macrophages in the inflammatory response. Once established how to introduce macrophages into skin models, different culture media were evaluated for their effects on primary fibroblasts, keratinocytes and macrophages, to identify a suitable medium composition for the culture of immunocompetent skin. The present work confirmed that each cell type requires a different supplement combination for maintaining functional features and showed for the first time that media that promote and maintain a mature skin structure have negative effects on primary macrophages. Skin differentiation media negatively affected macrophages in terms of viability, morphology, ability to respond to pro- and anti-inflammatory stimuli and to migrate through a collagen gel. The combination of wounded skin equivalents and macrophage-containing gels con-firmed that culture medium inhibits macrophage participation in the inflammatory response that oc-curs after wounding. The described macrophage inclusion method for immunocompetent skin creation is a promising approach for generating more relevant skin models. Further optimization of the co-cul-ture medium will potentially allow mimicking a physiological inflammatory response, enabling to eval-uate the effects novel drugs designed for improved healing on improved in vitro models. / Aktuelle präklinische Modelle zur Bewertung neuartiger Therapien für eine verbesserte Heilung um- fassen sowohl in vitro als auch in vivo Methoden. Ethische Bedenken im Zusammenhang mit der Ver- wendung von Tieren sowie die schlechte physiologische Übersetzung zwischen tierischer und mensch- licher Hautwundheilung bezeichnen In-vitro-Modelle jedoch als hochrelevante und vielversprechende Plattformen für die Heilungsforschung. Während die aktuellen in vitro 3D-Hautmodelle ein reifes Ge- webe mit heilenden Eigenschaften rekapitulieren, stellen sie dennoch eine Vereinfachung der in vivo- Bedingungen dar, bei denen beispielsweise die nach der Wundbildung entstehende Entzündungsreak- tion den Beitrag von Immunzellen beinhaltet. Makrophagen gehören zu den Hauptverursachern der Entzündungsreaktion und regulieren ihren Verlauf durch ihre Plastizität. Daher könnte ihre Implemen- tierung in die in vitro Haut die physiologische Relevanz der Modelle deutlich erhöhen. Da bisher kein volldickes, immunkompetentes Hautmodell mit Makrophagen berichtet wurde, wurden hier die für eine erfolgreiche Dreifach-Cokultur von Fibroblasten, Keratinozyten und Makrophagen notwendigen Parameter untersucht. Zuerst wurden die Zellquelle und die Kultur zeitlich festgelegt, aber auch eine Implementierungsstrategie für Makrophagen festgelegt. Die Implementierung von Makrophagen in das Hautmodell konzentrierte sich auf die Minimierung der Kultivierungszeit, um die Lebensfähigkeit und den Phänotyp der Immunzellen zu erhalten, da die Umgebung einen großen Einfluss auf die Zell- polarisation und Zytokinproduktion hat. Zu diesem Zweck wurde die Integration von Makrophagen in 3D-Gelen vor der Kombination mit Hautmodellen ausgewählt, um die in vivo-Umgebung besser nach- ahmen zu können. Eingebettet in Kollagenhydrogele zeigten Makrophagen eine homogene Zellvertei- lung im Gel, die die Zelllebensfähigkeit bewahrt, auf Reize reagiert und durch die Matrix wandert, die alle bei der Beteiligung von Makrophagen an der Entzündungsreaktion benötigt werden. Nachdem festgestellt worden war, wie Makrophagen in Hautmodelle eingeführt werden können, wurden ver- schiedene Kulturmedien hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Primärfibroblasten, Keratinozyten und Makrophagen untersucht, um eine geeignete Medienzusammensetzung für die Kultur immunkompe- tenter Haut zu identifizieren. Die vorliegende Arbeit bestätigte, dass jeder Zelltyp eine andere Supple- mentkombination zur Aufrechterhaltung der Funktionsmerkmale benötigt und zeigte erstmals, dass Medien, die eine reife Hautstruktur fördern und aufrechterhalten, negative Auswirkungen auf die pri- mären Makrophagen haben. Hautdifferenzierungsmedien wirkten sich negativ auf die Makrophagen in Bezug auf Lebensfähigkeit, Morphologie, Fähigkeit, auf pro- und antiinflammatorische Reize zu rea- gieren und durch ein Kollagengel zu wandern aus. Die Kombination aus verwundeten Hautäquivalen- ten und makrophagenhaltigen Gelen bestätigte, dass das Kulturmedium die Teilnahme der Makro- phage an der Entzündungsreaktion, die nach der Wunde auftritt, hemmt. Die beschriebene Makrophagen-Einschlussmethode zur immunkompetenten Hautbildung ist ein vielversprechender An- satz zur Generierung relevanterer Hautmodelle. Eine weitere Optimierung des Co-Kulturmediums wird es möglicherweise ermöglichen, eine physiologische Entzündungsreaktion nachzuahmen und die Aus- wirkungen neuartiger Medikamente zur verbesserten Heilung auf verbesserte In-vitro-Modelle zu be- werten.
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Inhibition des programmierten Zelltodes und proinflammatorischer Signale durch das Cytomegalovirus-Protein M45 / Inhibition of programmed cell death an proinflammatory signals by the cytomegalovirus protein M45

Mack, Claudia January 2008 (has links) (PDF)
Die angeborene Immunität ist entstanden als Schutz gegenüber einer Vielzahl schädigender Einflüsse, denen ein Organismus ausgesetzt ist, und dient im Besonderen der sofortigen Abwehr von Krankheitserregern. Sie basiert auf der Funktion verschiedener keimbahnkodierter Rezeptoren und Sensoren, wie etwa den Toll-like Rezeptoren, die bestimmte fremdartige Strukturen der Krankheitserreger erkennen und daraufhin diverse Immunabwehrmechanismen auslösen. Hierbei kann die Detektion der Fremdstrukturen zum einen über die Aktivierung von Transkriptionsfaktoren, wie AP-1, NF-kB und IRFs, die Produktion antiviraler und proinflammatorischer Zytokine verursachen, welche daraufhin auf andere Zellen einwirken. Zum anderen kann die Detektion der Fremdstrukturen auch direkte immunologische Effektorfunktionen in der betroffenen Zelle auslösen. Die diversen Signale der Zytokin- und Detektionsrezeptoren münden in gemeinsamen Signalwegen, die daraufhin zur Induktion der verschiedenen Immuneffektorfunktionen führen. Häufig kommt es zunächst zu einer Aktivierung von NF-kB, was der antiviralen Abwehr, der Beseitigung anderer Störungen und dem Überleben der Zelle unter Stress dient. Wenn der schädigende Einfluss zu lange anhält, kann es stattdessen zur Initiation des programmierten Zelltodes kommen. Der programmierte Zelltod wird als sehr effektive Abwehrstrategie vielzelliger Organismen betrachtet, welcher die Ausbreitung intrazellulärer Erreger im Körper verhindert. Dies beruht darauf, dass die betroffene Zelle abstirbt, bevor der Erreger in der Lage ist, sich zu vervielfältigen und auf benachbarte Zellen zu übertragen. Da Viren als intrazelluläre Parasiten jedoch auf den Metabolismus ihrer Wirtszellen angewiesen sind, mussten sie im Laufe ihrer Evolution vielseitige Immunevasionsfunktionen etablieren, um sich trotz der effektiven antiviralen Wirksamkeit der angeborenen Immunität in den Wirtszellen vermehren zu können. In dieser Arbeit konnte ein vielseitiger Immunevasionsmechanismus des murinen Cytomegalovirus aufgedeckt werden. Am Anfang der Arbeit stand die Beobachtung, dass rekombinante murine Cytomegaloviren, die kein funktionsfähiges M45-Protein exprimieren, nicht mehr in der Lage waren, sich in Endothelzellkulturen auszubreiten, was auf die vorzeitige Induktion des programmierten Zelltodes zurückgeführt wurde. Der Mechanismus, wie das murine Cytomegalovirus-Protein M45 die Einleitung des programmierten Zelltodes verhindert, sollte in dieser Arbeit aufgeklärt werden. In ersten Untersuchungen konnte bestätigt werden, dass M45 tatsächlich in der Lage ist, infizierte Zellen vor Todesrezeptor-vermitteltem Zelltod zu schützen. Über die Analyse von M45-Interaktionspartnern wurde daraufhin aufgedeckt, dass M45 das zentrale zelluläre Adapterprotein RIP1 angreift, welches an einem Schnittpunkt verschiedener immunologischer Detektionssysteme und Zytokinsignalwege steht. Durch die Bindung an 5 RIP1 kann M45 die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kB nach Stimulation des TLR3 unterbinden, was wahrscheinlich eine wichtige Rolle bei der Detektion einer CMV-Infektion spielt. Des Weiteren inhibiert M45 die Aktivierung von NF-kB und der p38 MAP-Kinase nach TNF-a-Stimulation. Die vermutlich wichtigste Funktion hingegen, die M45 durch die Inhibition von RIP1 ausübt, ist die Verhinderung des Caspase-unabhängigen programmierten Zelltodes infizierter Zellen nach Einwirkung von TNF-a. Diese Funktion erklärt den ursprünglich beobachteten Phänotyp der M45-Deletionsmutante. Es konnte gezeigt werden, dass M45 diese wichtigen Immunevasionsfunktionen allein ohne weitere virale Proteine erfüllen kann. Sowohl für die Bindung an RIP1 als auch für die Inhibition der TNF-a-induzierten NF-kB-Aktivierung scheint nur der C-terminale Teil des M45 benötigt zu werden. Als molekulare Grundlage konnte nachgewiesen werden, dass M45 die Ubiquitinierung von RIP1 verhindert, welche als Stimulus-abhängige Aktivierung dieses Adapterproteins betrachtet wird. Auf diese Weise werden die verschiedenen RIP1- abhängigen Signalwege von M45 blockiert. Diese Inhibition RIP1-abhängiger Signalwege durch das MCMV-Protein M45 stellt einen neuen viralen Evasionsmechanismus dar, mit dem gleichzeitig mehrere antivirale und proinflammatorische Signalwege inhibiert werden können und der vermutlich entscheidend zur erfolgreichen Vermehrung und Pathogenese des murinen Cytomegalovirus beiträgt. / Innate immunity has evolved as protection against the multitude of harmful influences which an organism encounters and serves in particular the immediate defence against pathogens. It is based on different germ line-encoded receptors and sensors, as for example Toll-like receptors, which detect specific foreign structures on pathogens and activate diverse immune defence mechanisms. On the one hand the detection of foreign structures can lead via activation of transcription factors such as NF-kB, AP-1 and IRFs to the production of proinflammatory and antiviral cytokines, which in turn act on neighbouring cells. On the other hand the detection of foreign structures can cause direct immunological effector functions in the primary cell. The various signals of detection and cytokine receptors combine in common signalling pathways which induce different immune effector functions. This usually results in initial activation of NF-kB, which serves the antiviral defence, the elimination of other disturbances and the survival of the cell under stress. When the harmful impact lasts too long, it can result instead in the initiation of programmed cell death. Programmed cell death is regarded as very effective defence strategy of multicellular organisms which anticipates the spread of intracellular pathogens in the body. This is based on the fact that the infected cell dies before the pathogen is able to proliferate and spread to neighbouring cells. 6 Since viruses as intracellular pathogens rely on the host cell’s metabolism, they had to establish miscellaneous immune evasion mechanisms during their evolution, to be able to replicate in host cells regardless of the effective antiviral potency of innate immunity. This study revealed an impressively versatile immune evasion mechanism of murine cytomegalovirus. The project is based on the initial observation that recombinant murine cytomegaloviruses which lack a functional M45 protein were not anymore able to replicate in endothelial cell cultures, which was attributed to premature initiation of programmed cell death. The aim of this study was to reveal the mechanism how the murine cytomegalovirus protein M45 prevents the induction of programmed cell death. First experiments confirmed that M45 was able to protect infected cells from death receptor induced programmed cell death. Through the analysis of M45 interaction partners it was discovered that M45 impedes the cellular adapter protein RIP1, which stands at the intersection of different immunological detection systems and cytokine signalling pathways. Through binding to RIP1 M45 is able to prevent the activation of NF-kB after stimulation of TLR3, which probably plays an important role for the detection of cytomegalovirus infections. Furthermore M45 inhibits the activation of NF-kB and the p38 MAP kinase after stimulation with TNF-a. However the presumably most important function which M45 fulfils by interacting with RIP1 is the inhibition of TNF-a induced caspase-independent programmed cell death of infected cells. This function accounts for the originally observed phenotype of the M45 deletion mutant. It has been shown that M45 is able to fulfil this function on its own without other viral proteins. For the binding to RIP1 as well as for the inhibition of TNF-a-induced NF-kB activation just the C-terminal part of M45 seems to be necessary. As molecular basis it was found that M45 inhibits the ubiquitination of RIP1 which is considered as stimulus-dependent activation of this adapter protein. In this way the different RIP1-dependent signalling cascades are blocked. This inhibition of RIP1-dependent signalling pathways by the MCMV protein M45 presents a new viral immune evasion mechanism, which inhibits several antiviral and proinflammatory signalling cascades at once and which probably contributes decisively to successful propagation and pathogenesis of murine Cytomegalovirus.
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Rhodopsin 7 and Cryptochrome - circadian photoreception in Drosophila / Rhodopsin 7 und Cryptochrome - circadiane Photorezeption in Drosophila

Kistenpfennig, Christa January 2012 (has links) (PDF)
Many organisms evolved an endogenous clock to adapt to the daily environmental changes caused by the earth’s rotation. Light is the primary time cue (“Zeitgeber”) for entrainment of circadian clocks to the external 24-h day. In Drosophila, several visual pigments are known to mediate synchronization to light: The blue-light photopigment Cryptochrome (CRY) and six well-described rhodopsins (Rh1-Rh6). CRY is present in the majority of clock neurons as well as in the compound eyes, whereas the location of rhodopsins is restricted to the photoreceptive organs – the compound eyes, the ocelli and the HB-eyelets. CRY is thought to represent the key photoreceptor of Drosophila’s circadian clock. Nevertheless, mutant flies lacking CRY (cry01) are able to synchronize their locomotor activity rhythms to light-dark (LD) cycles, but need significantly longer than wild-type flies. In this behavior, cry01 mutants strongly resemble mammalian species that do not possess any internal photoreceptors and perceive light information exclusively through their photoreceptive organs (eyes). Thus, a mammalian-like phase-shifting behavior would be expected in cry01 flies. We investigated this issue by monitoring a phase response curve (PRC) of cry01 and wild-type flies to 1-h light pulses of 1000 lux irradiance. Indeed, cry01 mutants produced a mammalian-similar so called type 1 PRC of comparatively low amplitude (< 25% of wild-type) with phase delays to light pulses during the early subjective night and phase advances to light pulses during the late subjective night (~1 h each). Despite the predominant role of CRY, the visual system contributes to the light sensitivity of the fly’s circadian clock, mainly around dawn and dusk. Furthermore, this phase shifting allows for the slow re-entrainment which we observed in cry01 mutants to 8-h phase delays of the LD 12 h:12 h cycle. However, cry01 also showed surprising differences in their shifting ability: First of all, their PRC was characterized by a second dead zone in the middle of the subjective night (ZT17-ZT19) in addition to the usual unresponsiveness during the subjective day. Second, in contrast to wild-type flies, cry01 mutants did not increase their shift of activity rhythms neither in response to longer stimuli nor to light pulses of higher irradiance. In contrast, both 6-h light pulses of 1000 lux and 1-h light pulses of 10,000 lux light intensity during the early subjective night even resulted in phase advances instead of the expected delays. Thus, CRY seems to be not only responsible for the high light sensitivity of the wild-type circadian clock, but is apparently also involved in integrating and processing light information. Rhodopsin 7 (Rh7) is a yet uncharacterized protein, but became a good photoreceptor candidate due to sequence similarities to the six known Drosophila Rhs. The second part of this thesis investigated the expression pattern of Rh7 and its possible functions, especially in circadian photoreception. Furthermore, we were interested in a potential interaction with CRY and thus, tested cry01 and rh70 cry01 mutants as well. Rh1 is the main visual pigment of the Drosophila compound eye and expressed in six out of eight photoreceptors cells (R1-R6) in each of the ~800 ommatidia. Motion vision depends exclusively on Rh1 function but, moreover, Rh1 plays an important structural role and assures proper photoreceptor cell development and maintenance. In order to investigate its possible photoreceptive function, we expressed Rh7 in place of Rh1. Rh7 was indeed able to overtake the role of Rh1 in both aspects: It prevented retinal degeneration and mediated the optomotor response (OR), a motion vision-dependent behavior. At the transcriptional level, rh7 is expressed at approximately equal amounts in adult fly brains and retinas. Due to a reduced specificity of anti-Rh7 antibodies, we could not verify this result at the protein level. However, analysis of rh7 null mutants (rh70) suggested different Rh7 functions in vivo. Previous experiments strongly indicated an increased sensitivity of the compound eyes in the absence of Rh7 and suggested impaired light adaptation. We aimed to test this hypothesis at the levels of circadian photoreception. Locomotor activity rhythms are a reliable output of the circadian clock. Rh70 mutant flies generally displayed a wild-type similar bimodal activity pattern comprising morning (M) and evening (E) activity bouts. Activity monitoring supported the proposed “shielding” function, since rh70 mutants behaved like wild-type flies experiencing high irradiances. Under all investigated conditions, their activity peaks lay further apart resulting in a prolonged midday break. The behavior of cry01 mutants was mainly characterized by an unexpectedly high flexibility in the timing of M and E activity bouts which allowed tracking of lights-on and lights-off even under extreme photoperiods. Activity profiles of the corresponding rh70 cry01 double mutants reflected neither synergistic nor antagonistic effects of Rh7 and CRY and were dominated by a broad E activity peak. In the future, the different circadian phenotypes will be further investigated on the molecular level by analysis of clock protein cycling in the underlying pacemaker neurons. The work of this thesis confirmed that Rh7 is indeed able to work as a photoreceptor and to initiate the classical phototransduction cascade. On the other hand, it provided further evidence at the levels of circadian photoreception that Rh7 might serve as a shielding pigment for Rh1 in vivo, thereby mediating proper light adaptation. / Viele Lebewesen haben eine endogene (circadiane) Uhr entwickelt, um sich an die im 24-Stunden-Rhythmus variierenden Umweltbedingungen anzupassen, die auf der Erdrotation beruhen. Zur Synchronisation auf den externen 24-Stunden-Tag nutzen circadiane Uhren in erster Linie Licht als Zeitgeber. An dieser Lichtsynchronisation sind bei Drosophila nachweislich eine Reihe von Sehpigmenten, der Blaulicht Photorezeptor Cryptochrom (CRY) sowie sechs bekannte Rhodopsine (Rh1-Rh6), beteiligt. CRY ist sowohl in der Mehrheit der Uhrneuronen als auch in den Komplexaugen zu finden. Die Lokalisation der Rhodopsine ist im Gegensatz dazu auf die Photorezeptoren – die Komplexaugen, die Ocellen und die HB-Äuglein – beschränkt. CRY gilt als der entscheidende Photorezeptor in der circadianen Uhr von Drosophila. Zwar können Mutanten, die kein CRY besitzen (cry01), ihre Laufaktivitätsrhythmen durch Licht-Dunkel-Zyklen synchronisieren, jedoch brauchen sie dafür mehrere Tage und damit erheblich länger als wildtypische Fliegen. In diesem Verhalten ähneln cry01-Mutanten den Säugetieren, die nicht über interne Photorezeptoren verfügen und Licht somit ausschließlich über ihre Lichtsinnesorgane (Augen) wahrnehmen. Demnach wären bei cry01-Fliegen säugetierähnliche Phasenverschiebungen des Laufaktivitäts-rhythmus auf Lichtpulse zu erwarten. Um diesen Sachverhalt zu untersuchen, wurde sowohl für cry01-Mutanten als auch für Wildtyp-Fliegen eine Phasenresponsekurve (PRC) aufgezeichnet, wobei einstündige Lichtpulse mit einer Intensität von 1000 lux als Stimulus dienten. Wir erhielten für die cry01-Mutanten tatsächlich eine säugetierähnliche PRC, welche auch als so genannte Typ 1 PRC bezeichnet wird und sich durch eine im Vergleich zum Wildtyp verringerte Amplitude (< 25%) auszeichnete. Die dabei beobachteten maximalen Phasenverschiebungen betrugen ungefähr eine Stunde. Dies galt sowohl für Lichtpulse, die in der ersten Hälfte der subjektiven Nacht gegeben wurden und die Laufaktivität verzögerten (nach hinten verschoben), als auch für Lichtpulse, die in der zweiten Hälfte der subjektiven Nacht gegeben wurden und die Laufaktivität beschleunigten (nach vorne verschoben). Die für cry01-Mutanten ermittelten Reaktionen auf einstündige Lichtpulse erklären die langsame Resynchronisation der Mutanten auf Phasenverschiebungen des Licht-Dunkel-Zyklus (LD-Zyklus). Allerdings zeigte die PRC von cry01-Mutanten auch überraschende Besonderheiten, die bisher für kein Tier berichtet wurden. Üblicherweise hat eine PRC eine so genannte „Tot-Zone“ am subjektiven Tag, d. h. die Tiere reagieren nicht auf Lichtreize, die während des subjektiven Tages verabreicht werden. Die PRC der cry01-Mutanten zeichnete sich durch eine zweite solche Tot-Zone in der Mitte der subjektiven Nacht (ZT17-ZT19) aus. Außerdem konnten die Phasenverschiebungen in cry01-Mutanten weder durch eine Verlängerung noch durch eine Verstärkung des Reizes gesteigert werden. Dies steht im Gegensatz zu wildtypischen Fliegen und anderen Tieren, deren PRC dosisabhängig ist. Bei cry01-Mutanten riefen dagegen sowohl sechsstündige Lichtpulse der zuvor verwendeten Intensität (1000 lux) als auch einstündige Lichtpulse hoher Intensität (10.000 lux) sogar gegenteilige Effekte auf die Phasenverschiebung hervor. Die cry01-Mutanten reagierten auf den Stimulus, der jeweils in der ersten Nachthälfte einsetzte, unter beiden Bedingungen mit einer Vorverschiebung ihres Aktivitätsrhythmus anstatt mit der eigentlich erwarteten Verzögerung. Obwohl CRY sicher die wichtigste Rolle einnimmt, trägt auch das visuelle System zur Lichtsensitivität und Synchronisation der inneren Uhr der Fliege bei. Dies ist vor allem morgens und abends in der Dämmerung der Fall. Cry01-Mutanten reagierten auf Lichtpulse, die morgens oder abends gegeben wurden, mit den oben beschriebenen einstündigen Phasenverschiebungen. Dies reicht aus, um die Aktivität der Fliegen auf einen Licht-Dunkel-Zyklus zu synchronisieren. Rhodopsin 7 (Rh7) ist ein noch nahezu unbeschriebenes Protein, das Ähnlichkeiten in seiner Aminosäuresequenz zu den bereits bekannten Drosophila-Rhodopsinen besitzt und daher als potentieller neuer Photorezeptor betrachtet wird. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit dem Expressionsmuster sowie den möglichen Funktionen von Rh7, insbesondere in der circadianen Photorezeption. Darüber hinaus wurden rh70 cry01-Doppelmutanten getestet, um eine eventuelle Interaktion zwischen Rh7 und CRY zu untersuchen. Rh1, das in jeweils sechs von acht Photorezeptorzellen (R1-R6) der insgesamt rund 800 Ommatidien exprimiert wird, stellt das häufigste Photopigment im Komplexauge von Drosophila dar. Zum einen vermittelt Rh1 die Wahrnehmung von Bewegungen, zum anderen besitzt es wichtige strukturelle Aufgaben, da es sowohl eine normale Entwicklung der Photorezeptorzellen als auch deren Erhaltung gewährleistet. Um eine mögliche Beteiligung in der Lichtwahrnehmung zu untersuchen, wurde Rh7 anstelle von Rh1 exprimiert. Rh7 konnte in der Tat Rh1 unter beiden Aspekten ersetzen. Seine Expression verhinderte nicht nur die Degeneration der Retina, sondern ermöglichte zudem optomotorische Reaktionen, die auf einem intakten Bewegungssehen beruhen. In adulten Fliegen wird Rh7 auf Ebene der Transkription in vergleichbaren Mengen im Gehirn und in der Retina exprimiert. Aufgrund der geringen Spezifität der anti-Rh7 Antikörper konnte dieses Ergebnis leider nicht auf Proteinebene bestätigt werden. Die Untersuchung von rh7-Knockout-Mutanten (rh70) befürwortete jedoch eine alternative Funktion von Rh7 in vivo. In vorangegangenen Versuchen führte der Verlust von Rh7 zu einer gesteigerten Sensitivität der Komplexaugen, was wahrscheinlich auf einer verminderten Lichtadaptation beruhte. Wir versuchten diese Hypothese auf Ebene der circadianen Photorezeption zu überprüfen und zeichneten dazu die Laufaktivität der Fliegen auf, da ihr Aktivitätsrhythmus einen verlässlichen Output der circadianen Uhr darstellt. Grundsätzlich wiesen die rh70-Mutanten das für Wildtyp-Fliegen typische bimodale Aktivitätsmuster auf, das sich durch zwei Aktivitätsmaxima auszeichnet, die entsprechend ihrer Lage als Morgen- beziehungsweise Abendaktivitätsgipfel bezeichnet werden. Dabei wurde beobachtet, dass sich rh70-Mutanten wie Wildtyp-Fliegen verhalten, die hohen Lichtintensitäten ausgesetzt sind. So zeigte deren Aktivitätsrhythmus unter allen Versuchsbedingungen eine verlängerte Mittagspause, die durch einen großen Abstand zwischen den beiden Aktivitätsmaxima hervorgerufen wurde. Durch diese Versuche wurde die Hypothese, dass Rh7 als eine Art Schirmpigment wirken könnte, auf Verhaltensebene bestätigt. Das Verhalten der cry01-Fliegen zeichnete sich im Wesentlichen durch eine unerwartet hohe Flexibilität der beiden Aktivitätsmaxima aus. Diese konnten auch unter extremen Photoperioden an die Übergänge von Licht und Dunkelheit gekoppelt werden. Der Aktivitätsrhythmus der entsprechenden rh70 cry01-Doppelmutanten wurde durch eine ausgeprägte Abendaktivität bestimmt und erlaubte es nicht, Rückschlüsse auf eine synergistische oder antagonistische Wirkung von Rh7 und CRY zu ziehen. Zukünftige Versuche könnten die verschiedenen circadianen Phänotypen auf molekularer Ebene charakterisieren, z. B. durch Untersuchung der Oszillationen der Uhrproteine in den verantwortlichen Schrittmacher-Neuronen. Zum einen konnten die Versuche dieser Arbeit bestätigen, dass Rh7 in der Tat über die klassische Phototransduktionskaskade als Photorezeptor wirken kann. Darüber hinaus wurden auf Ebene der circadianen Photorezeption weitere Anzeichen für eine alternative in vivo Funktion von Rh7 gesammelt. Diese sprechen für eine Rolle von Rh7 als Schirmpigment für Rh1, wodurch Rh7 an der einwandfreien Lichtadaptation beteiligt wäre.
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The role of cuticular waxes in the prepenetration processes of Blumeria graminis f.sp. hordei / Der Einfluss kutikulärer Wachse auf die Präpenetrationsprozesse von Blumeria graminis f.sp. hordei

Hansjakob, Anton January 2012 (has links) (PDF)
Der obligat biotrophe Pilz Blumeria graminis f.sp. hordei gilt als Erreger des Gerstenmehltaus, einer destruktiven Erkrankung der Gerste (Hordeum vulgare). Als Folge des Befalls mit B. graminis f.sp. hordei drohen erhebliche Ernteeinbußen. Das kutikuläre Wachs von Gerstenblättern besteht hauptsächlich aus primären Alkoholen (80%), Alkylestern (10%) sowie aus geringfügig vorkommenden Bestandteilen wie Fettsäuren (2%), Alkanen (2%) und Aldehyden (1%). Der initiale Kontakt der asexuellen und durch die Luft verbreiteten Konidien findet auf der Blattoberfläche in einer Umgebung statt, die von den kutikulären Wachsen bestimmt ist, welche Keimung und Differenzierung stimulieren. Während der Keimungs- und Differenzierungsphase durchlaufen die Konidien eine sequenzielle Morphogenese, die so genannten Präpenetrationsprozesse. Dabei bilden die Konidien auf der Pflanzenoberfläche zunächst einen primären, kurzen und im weiteren Verlauf einen sekundären, elongierten Keimschlauch aus. Im Anschluss daran schwillt dieser an und wird letztlich zu einem septierten Appressorium differenziert. Mit Hilfe des Appressoriums dringt der Pilz dann in die Epidermiszelle der Wirtspflanze ein und bildet ein initiales Haustorium, das die Ernährung des Pilzes sicherstellt. Um den Einfluss von einzelnen Wachsbestandteilen der Wirtspflanze auf die Präpenetrationsprozesse systematisch zu untersuchen wurde ein neues in vitro System auf der Basis von Formvar®-Harz etabliert. Dieses System ermöglicht die Erzeugung homogener Oberflächen als Substrate für den Pilz, bei denen sowohl die aufgelagerten Mengen als auch die Oberflächenhydrophobizität unabhängig von den getesteten Substanzklassen und Kettenlängen der Moleküle hochgradig reproduzierbar sind. In diesem System haben langkettige Aldehyde die Keimung und die Differenzierung von B. graminis f.sp. hordei Konidien am wirksamsten induziert, wobei die Raten der Appressorienbildung in Abhängigkeit von der Konzentration und der Kettenlänge im Vergleich zu n-Hexacosanal (C26), das sich als am effektivsten zeigte, abnahmen (C22<<C24<C26>C28>>C30). Die getesteten gerad- und ungeradzahligen Alkane (C24-C33), Fettsäuren (C20-C28), Alkylester (C40-C44) und primären Alkohole (C20-C30) hatten keinen signifikanten Einfluss auf die Keimung und die Appressorienbildung des Pilzes. Der primäre Alkohol n-Hexacosanol (C26) stellte hierbei eine Ausnahme dar, da er die Keimung und die Bildung des Appressorium-Keimschlauchs signifikant erhöhte. Um die Rolle von langkettigen Aldehyden auf einer intakten Pflanzenoberfläche in vivo genauer zu untersuchen wurden B. graminis f.sp. hordei Konidien auf Blätter von glossy11 Mutanten der Nicht-Wirtspflanze Mais (Zea mays) inokuliert. Anders als der Wildtyp weisen glossy11 Blätter keine langkettigen Aldehyde auf. Auf glossy11 Blättern keimten 60% der B. graminis f.sp. hordei Konidien nicht und nur 10% der Konidien entwickelten ein reifes Appressorium, was einer dreimal geringeren Rate als auf Wildtyp-Blättern entspricht. Durch das Besprühen von glossy11 Blätter mit synthetischem n-Hexacosanal oder mit Wachs des Wildtyps wurden die pilzlichen Präpenetrationsprozesse wieder vollständig durchlaufen. Wurden im Gegensatz dazu Blätter des Mais-Wildtyps mit nicht induzierenden n-Alkanen, primären Alkoholen oder langkettigen Fettsäuren besprüht, konnte das den Aldehyd-defizienten Phänotyp von glossy11 imitieren. Während der Präpenetrationsprozesse wird ein Appressorium gebildet, wobei es sich hierbei um eine neu gebildete Zelle handelt. Die Keimung und die anschließende Morphogenese sind wichtige Schritte in der Etablierung der pilzlichen Infektionsstrukturen. Da diese Prozesse in einigen phytopathogenen Pilzen mit dem Zellzyklus gekoppelt sind wurde untersucht, inwieweit die Präpenetrationsprozesse von B. graminis f.sp. hordei mit dem Verlauf des Zellzykluses synchronisiert sind. Hierfür wurde eine Methode basierend auf DAPI (4,6-diamidino-2-phenylindole) zur Färbung der Zellkerne für fixierte Präparate von B. graminis f.sp. hordei Konidien entwickelt. Mittels eines pharmakologischen Ansatzes war es auf diese Weise erstmals möglich die Abhängigkeit der Präpenetrationsprozesse von der Mitose in vivo und in vitro zu verfolgen. Sechs Stunden nach der Inokulation trat nach Ausbildung des Appressorium-Keimschlauchs eine Mitose in der einkernigen Konidie auf. Die Hemmung der S-Phase mit Hydroxyharnstoff oder die Hemmung der M-Phase mit Benomyl verhinderten eine Bildung des Appressoriums, nicht aber die Entwicklung des Appressorium-Keimschlauchs. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Mitose und eine abgeschlossene Zytokinese notwendige Voraussetzungen für die Appressoriumsbildung, jedoch nicht für die Morphogenese der Konidie, sind. Als Reaktion auf bestimmte Wachsbestandteile der Wirtspflanze werden pilzliche Gene, die während der Präpenetrationsprozesse eine wichtige Rolle spielen können, differenziell exprimiert. Um solche Gene zu identifizieren wurden cDNA Klonbibliotheken mittels der suppression subtractive hybridization (SSH) 22 Minuten nach der Inokulation erstellt. Das auf Formvar®-Harz basierende in vitro System ermöglichte die selektive Anreicherung von cDNA Sequenzen aus B. graminis f.sp. hordei Konidien, die auf n-Hexacosanal beschichteten Oberflächen inokuliert wurden. Aus einer Reihe von Kandidaten wurde eine cDNA-Sequenz identifiziert, die sowohl auf Gerstenblättern als auch auf mit n-Hexacosanal oder extrahiertem Gerstenwachs beschichteten Oberflächen hochreguliert war. Mittels 3’ und 5’ RACE wurde das n-Hexacosanal induzierte Transkript kloniert. Diese cDNA-Sequenz wies keine Homologien zu bekannten Genen, die Funktionen in der pilzlichen Entwicklung und der Ausbildung von Pathogenität in Pflanzen haben, auf. / The obligate biotrophic fungus Blumeria graminis f.sp. hordei is the causative agent of barley powdery mildew, a destructive foliar disease. The fungus infests barley (Hordeum vulgare), an important crop plant, which causes remarkable yield losses. Leaf cuticular wax of barley consists mainly of primary alcohols (80%), alkyl esters (10%) and minor constituents such as fatty acids (2%), alkanes (2%) and aldehydes (1%). The asexual airborne conidia have an initial contact to the leaf surface, in an environment dominated by cuticular waxes, which trigger germination and differentiation. The conidia undergo a sequential morphogenesis during that phase, the so-called prepenetration processes. The conidium initially forms a short primary germ tube, followed by a secondary elongated germ tube, which swells and finally forms a septate appressorium. The fungal appressorium infests the epidermal cell of the host plant and establishes an initial haustorium, the feeding structure of the fungus. In order to assess the effects of single host plant wax constituents on the prepenetration processes a novel in vitro assay based on Formvar® resin was established. This system permits the setting up of homogeneous surfaces as substrata, at which the adsorbed amounts and the surface hydrophobicity are highly reproducible, independently of the tested substance classes and chain lengths of the molecules. In this system, very-long-chain aldehydes promoted germination and differentiation of B. graminis f.sp. hordei conidia. The appressorium formation rates were decreasing in a concentration and chain-length dependent manner compared to n-hexacosanal (C26), which was the most effective aldehyde (C22<<C24<C26>C28>>C30). The tested alkanes with even and odd numbers (C24-C33), fatty acids (C20-C28), alkyl esters (C40-C44) and primary alcohols (C20-C30) did not induce germination and appressorium formation. The primary alcohol n-hexacosanol (C26) was an exception, as it was capable of significantly stimulating conidial germination and appressorial germ tube formation. To elucidate the impact of very-long-chain aldehydes on an intact plant surface in vivo, B. graminis f.sp. hordei conidia were inoculated on glossy11 mutant leaves of the non-host plant maize (Zea mays), which are - unlike the wildtype - completely devoid of very-long-chain aldehydes. On glossy11 leaves 60% of B. graminis f.sp. hordei conidia remained ungerminated and 10% developed a mature appressorium, which is three times less than on wildtype plants. Spraying of synthetic n-hexacosanal or wildtype leaf wax on glossy11 leaves fully restored the fungal prepenetration processes. In contrast, spraying of non-inducing n-alkanes, primary alcohols or very-long-chain fatty acids on wildtype leaves of maize mimicked the aldehyde deficient phenotype of glossy11. During the prepenetration processes an appressorium is formed, which is a newly formed specialized cell. Germination and subsequent morphogenesis are linked to the cell cycle in certain phytopathogenic fungi. It was investigated to what extent the prepenetration processes of B. graminis f.sp. hordei are synchronized with cell cycle progression. Hence, a distinct staining procedure of nuclei for fixed samples of B. graminis f.sp. hordei conidia based on DAPI (4,6-diamidino-2-phenylindole) was developed. In combination with a pharmacological approach it was possible to trace mitosis in dependency of conidial germination and differentiation in vivo and in vitro. The uninucleate conidium germinated and after formation of the appressorial germ tube, a single mitosis occurred in the primordial conidium six hours after inoculation. The inhibition of S-phase with hydroxyurea or M-phase with benomyl prevented appressorium formation, but not the development of the appressorial germ tube. These results indicate that mitosis and a successful cytokinesis are necessary prerequisites for the appressorium formation but not for conidial morphogenesis. In order to identify genes that are expressed in response to certain host plant wax constituents, which may be critical for the prepenetration phase, cDNA clone libraries were constructed by suppression subtractive hybridization (SSH) after inoculation. The Formvar® resin based in vitro system provided a stable platform to enrich cDNA sequences that were expressed in B.graminis f.sp. hordei conidia incubated on n-hexacosanal coated surfaces for 22 minutes. Among various candidates, a cDNA sequence was identified, which was upregulated on barley leaves and on surfaces coated with n-hexacosanal or extracted barley leaf wax. The hexacosanal responsive transcript was cloned by 3’ and 5’ RACE. The cDNA sequence showed no homologies to genes of known function in fungal development and fungal pathogenicity in plants.
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Die Rolle von IL-4 und IL-13 in Maus-Modellen für allergische Erkrankungen / The role of IL-4 and IL-13 in mouse models for allergic diseases

Hahn, Christian January 2003 (has links) (PDF)
IL-4 und IL-13 sind wichtige Faktoren bei der Entwicklung allergischer Erkrankungen. In dieser Arbeit wird die Rolle von IL-4 und IL-13 in einem Maus-Modell für allergisches Asthma während der allergischen Sensibilisierung und in einer etablierten asthmatischen Erkrankung untersucht. Weiterhin wird die Rolle von IL-4 und IL-13 in frühen Stadien der atopischen Dermatitis in einem Maus-Modell betrachtet. In einem Maus-Modell für allergisches Asthma mit anhaltender IgE-Synthese und einer persistierenden allergischen Atemwegspathologie konnte gezeigt werden, dass die Inhibition des IL-4/IL-13 Systems während der allergischen Sensibilisierung zu einer dosisabhängigen Reduktion der allergen-spezifischen IgE-Titer, zur Inhibition der Atemwegseosinophilie, zur Reduktion der IL-5-Spiegel in der BAL und zu einer gesenkten Anzahl von IL-4 sezernierenden CD4+ T-Zellen. Weiterhin konnte durch die Inhibition des IL-4/IL-13 Systems die Becherzellmetaplasie signifikant gesenkt werden. Die Inhibition des IL-4/IL-13 Systems nach der Entwicklung der allergischen Atemwegspathologie führte hingegen nicht zu einer signifikanten Reduktion der gemessenen Allergie-Parameter. Daraus lässt sich schließen, dass IL-4 und IL-13 nur eine untergeordnete Rolle in einer etablierten Allergie spielt. Diese Ergebnisse sind insbesondere wichtig, wenn man über das Verwendungspotential eines IL-4/IL-13-Inhibitors in der Allergie-Therapie bei asthmatischen Patienten spekuliert. Weiterhin konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die NC/Nga-Maus ein Modell für die humane atopische Dermatitis darstellt. NC/Nga Mäuse, die unter konventionellen Bedingungen gehalten wurden, entwickeln makroskopische und histologische Hautpathologien, die der humanen atopischen Dermatitis sehr ähneln. Weiterhin entwickeln unter konventionellen Bedingungen gehaltenen NC/Nga Mäuse hohe IgE-Titer im Serum, die mit einer erhöhten Produktion an Th2-Zytokinen verbunden war. Die Inhibition des IL-4/IL-13-Systems führte in diesem Modell jedoch nicht zu einer Reduktion von Symptomen und Pathologien der humanen atopischen Dermatitis. Deswegen kann man spekulieren, dass die Inhibition des IL-4/IL-13-Systems zu einem zu späten Zeitpunkt erfolgte. Des Weiteren kann eine nicht-standardisierte Sensibilisierung bei Mäusen, die in einer konventionellen Tierhaltung gehalten werden, zu einem sehr unterschiedlichen Ausbruch der Dermatitis führen. Deshalb werden weitere Tierversuche mit einer höheren Anzahl von Tieren, die zwischen den Würfen randomisiert werden, nötig sein, um die Rolle von IL-4 und IL-13 in der atopischen Dermatitis zu klären. / IL-4 and IL-13 are considered as key regulators for the development of atopic diseases. This study addresses the role of IL-4 and IL-13 in a murine asthma model during allergic sensitization and in established disease. In addition we describe the role of IL-4 and IL-13 in early stages of atopic dermatitis in a mouse model. In a murine asthma model with ongoing IgE synthesis and persistent allergic airway pathology we could show that the inhibition of the IL-4/IL-13 system during allergic sensitization resulted in a dose dependent reduction of OVA specific IgEs, inhibition of airway eosinophilia together with decreased IL-5 levels and decreased numbers of IL-4 secreting CD4+ T cells. Moreover, goblet cell metaplasia could be reduced significantly by the IL-4/IL-13 inhibitor. However, the inhibition of the IL-4/IL-13 system after the development of allergic airway pathology did not reveal any significant reduction of all measured allergic parameters. These findings are important to estimate the therapeutic potential of allergy therapy with IL-4/IL-13 inhibitors in asthmatic patients. In addition we demonstrated that the NC/Nga mouse represents a model for human atopic dermatitis. NC/Nga mice kept under conventional conditions, developed macroscopic and histological skin symptoms which resemble human AD. In addition NC/Nga mice kept under conventional conditions developed high serum IgE titers combined with an increased production of Th2 cytokines by in vitro stimulated splenic T- cells. However, the inhibition of the IL-4/IL-13 system did not lead in any significant reduction of symptoms and pathology which might be a problem of the time point of administration of the inhibitor. In addition non standardized sensitization conditions in mice kept in a conventional animal facility may result in different outcomes of the dermatitis. Therefore further animal experiments with a higher number of mice within the groups, which are randomized between the litters, would be necessary to clarify of IL-4 and IL-13 for the pathogenesis of AD.
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Molekulare und phänotypische Charakterisierung von Drosophila melanogaster Synapsin Mutanten und In-vivo Calcium Imaging / Molecular and phenotypical characterization of Drosophila melanogaster Synapsin mutants and In-vivo Calcium Imaging

Diegelmann, Sören January 2003 (has links) (PDF)
Durch genaue Kartierung der Defizienzen in den Mutanten konnten bislang unbekannte regulatorische Elemente des Synapsin Gens identifiziert werden. Mit dieser Information sollte es möglich sein, einen Synapsin-„Rescue“ Vektor zu konstruieren, der nach Transformation in die Nullmutante den wildtypischen Phänotyp wiederherstellt. Beim Vergleich der im Rahmen des Berkeley Drosophila Genom Projekt veröffentlichten Sequenz des Synapsin Gens mit vor sieben Jahren publizierten Sequenzdaten fielen Diskrepanzen sowohl in der genomischen Sequenz als auch in der cDNA auf. Um zu klären, ob es sich hier um Artefakte, Polymorphismen oder systematische Modifikationen handelt, wurde der entsprechende Bereich von neun an verschiedenen Orten gefangenen Wildtypen genomisch und auf der cDNA Ebene amplifiziert und sequenziert. In allen Fällen wurde die genomische Sequenz des Genomprojekts verifiziert, so dass von einem Sequenzierfehler in der früheren Sequenz auszugehen ist. Als Folge ergibt sich eine Exon-Intron Struktur, bei der die Spleiß-Konsensussequenz (GT-AG Regel) im Intron 4 des Synapsins gewahrt bleibt. Dagegen bestätigten die RT-PCR Sequenzen die früheren cDNA-Daten, so dass ein A zu G Austausch zwischen der genomischen Sequenz und der cDNA des Proteins aufgedeckt wird. Dieser Austausch führt zu einer Veränderung der in allen bisher bekannten Synapsinen konservierten Zielsequenz der Proteinkinase CaMK I/ IV und PKA, was interessante Fragen zu seiner funktionellen Bedeutung aufwirft. Die Basensubstitution spricht für ein A-zu-I RNA-Editing auf der Ebene der Ribonukleinsäure. Dieser Vorgang wird durch das Enzym dADAR katalysiert und wurde bereits für verschiedene neuronale Proteine nachgewiesen. Die für die Reaktion benötigte doppelsträngige Sekundärstruktur der RNA kann durch die Sequenz der prä-mRNA des Synapsins gebildet werden. Die potentielle „Editing site Complementary Sequence“ (ECS) konnte im Intron 4 in einem Abstand von ca. 90 Basen stromabwärts der Editing-Stelle durch ein Computerprogramm ermittelt werden. Der A zu G Austausch wird in allen Laborwildtypen und allen neu etablierten Stämmen, sowie in verschiedenen Entwicklungsstadien beobachtet. Lediglich in einem cDNA-Gemisch aus Eiern, Embryonen und 1. Larven findet man neben der editierten auch die nicht-editierte Sequenz. Um in späteren Experimenten die Funktion der Phosphorylierung und die Auswirkung der mRNA Editierung ermitteln zu können wurden in einem weiteren Versuch die beiden Erkennungsstellen der PKA in der cDNA durch Mutationen modifiziert, so dass Phosphorylierungstests an den Konstrukten durchgeführt werden können. Zur phänotypischen Charakterisierung der Nullmutante wurde die Defizienz-Linie Syn97 durch extensive Rückkreuzung in den genetischen Hintergrund des Wildtyps CantonS eingebracht, der als Standard-Kontrollstamm für Verhaltensexperimente und insbesondere Lernversuche dient. Die Linie Syn97CS wurde im Rahmen einer Kooperation von Mitarbeitern des Lehrstuhls in verschiedenen Verhaltenstests und Lernparadigmen auf phänotypische Veränderungen überprüft. Dabei fanden sich mehrere Verhaltensunterschiede zum Wildtyp, die vermutlich auf geringfügigen Modifikationen in komplexen neuronalen Netzwerken beruhen. In operanten Lernparadigmen konnte ein Einfluss der Synapsin-Elimination auf den Lernerfolg detektiert werden. Dabei trat die Reduktion des Lernindex bereits im dritten Larvenstadien auf und setzte sich in der adulten Fliege fort. Der Einfluss des Fehlens des Synapsins auf Lernprozesse in Drosophila steht im Einklang mit Befunden aus Knock-out Mäusen für SynI + II. Im reduzierten Courtship Index der Syn97CS Männchen offenbart sich ein konkreter Hinweis auf eine verringerte Darwin’sche Fitness der Synapsin-Nullmutante. Die Gesamtheit der in der Synapsin-Nullmutante entdeckten Phänotypen könnte den hohen Konservierungsgrad des Proteins zwischen Vertebraten und Invertebraten erklären. In einem weiteren Teil-Projekt konnten Mutationen in die cDNA des Calciumsensor Cameleon 2.0 Proteins eingebracht werden, um so die verbesserte Version Cam 2.1 zu erhalten. Daraufhin wurden mehrere transgene UAS-Cam 2.1 Linien hergestellt, die bei der Kreuzung mit verfügbaren Gal4 Linien den Calciumsensor für eine Expression in definierten Neuronenpopulationen von Drosophila zugänglich machen. In weiterführenden Arbeiten konnte die Funktionalität des Fusionsproteins überprüft werden und somit die ersten Schritte hin zur Anwendung der in-vivo Calcium Imaging Methode am Lehrstuhl durchgeführt werden. / Synapsins are abundant synaptic vesicle-associated phosphoproteins which are highly conserved between species. They are involved in anchoring the synaptic vesicle to the cytoskeleton and in the neurotransmitter release. Previously the synapsin gene (syn) in Drosophila melanogaster was cloned and characterized. Several deletions in the locus were generated by jump-out mutagenesis. In this thesis I present further details on the molecular characterization of the synapsin gene as well as data on the phenotypical relevance of the protein. Previously unknown regulatory elements for the synapsin gene were identified by mapping the breakpoints of several mutants. By using this information it should be possible to generate a rescue constuct for syn mutants apsin to create a transgenic line with a wild-type-like expression. By comparing the synapsin sequence published seven years ago with the sequence from the Berkeley Drosophila Genome Project a discrepancy was detected regarding both the genomic and the cDNA sequence. In order to clarify if this discrepancy is based on an artefact, a polymorphism or a systematic modification, the region was amplified and sequenced at the genomic and cDNA level in nine different wild-type lines. In all cases the genomic sequence was identical to the data of the genome project, giving rise to the suspicion that the previously published sequence contained a sequencing artefact. This result eliminates the need to postulate an unconventional exon-intron structure that would violate the GT-AG splice consensus for in intron 4 of the synapsin gene. However the data from RT-PCR confirmed the cDNA sequence, proving an A to G exchange between genomic DNA and cDNA. This exchange leads to a modification of the aminoacid sequence at the highly conserved target site of the protein kinases CaMK I/ IV and PKA, raising interesting questions about the functional significance of the modification. The substitution is typical for an A-to-I editing event at the RNA level. The modification is catalysed by the dADAR enzyme and was already identified in several neuronal proteins. The necessary double-stranded secondary structure of the RNA can be formed by the synapsin pre-mRNA. The possible editing site complementary sequence (ECS) was detected 90 base downstream of the editing site within intron 4 by computer analysis. The A-to-G exchange was observed in all laboratory and new established wild-type strains as well as during most development stages. Only in a mixed cDNA fraction from eggs, embryos and first larvae a non-edited version coexists with the edited form. For further experiments on the function of phosphorylation at this site and on the relevance of the RNA-editing mutations were introduced into the cDNA in order to generate informative constructs for phosphorylation assays. For the phenotypical characterization of the flies lacking synapsin the null-mutant Syn97 was intensively crossed into the genetic background of the wild-type control strain CantonS, which normally serves as a control in behavioral and especially learning paradigms. The newly established Syn97CS line was tested in collaboration with colleagues at the department for significant differences in behavior or learning compared to the wild-type. Several behavioral abnormalities were found which probably are due to minor modifications in complex neuronal networks. In operant learning tasks we found influences of the protein deficiency. A reduction in the learning index already exists at the 3rd larval stage and persists in the adult fly. The influence of the elimination of synapsin on learning processes in Drosophila is in aggreement with results from synI+II knock-out mice. A link to a reduction of the Darwinian fitness of Syn97CS mutants came from experiments using the courtship suppression paradigm, where mutant males showed a reduced courtship index. In combination these phenotypes may well explain the high conservation of the protein between vertebrates and invertebrates. In another project a mutation was introduced in the cDNA of the calcium sensor cameleon 2.0 in order to create the improved version cameleon 2.1. Several UAS-Cam 2.1 transgenic lines could be established. By crossing these lines with Gal4 flies the calcium sensor could be expressed in a subset of defined neurons. In subsequent experiments the function of the modified protein could be demonstrated establishing the first steps towards in-vivo calcium imaging at the department.

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