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A faringite estreptocócica desencadeada pelo Streptococcus pyogenes pode resultar em uma série de doenças humanas e complicações como a febre reumática (FR) em indivíduos predispostos não tratados. A FR é uma doença autoimune que afeta mais de 20 milhões de crianças em países em desenvolvimento. A proteína M presente na membrana do S. pyogenes representa o maior fator de virulência da bactéria, e é objetivo de estudos para o desenvolvimento de uma vacina contra essa patologia. Atualmente mais de 200 tipos de proteínas M foram descritos na literatura e a sua porção Cterminal é conservada entre os diferentes tipos. Desenvolvemos um protótipo de vacina que compreende 55 resíduos de aminoácido da porção C-terminal, denominado StreptInCor. Neste trabalho analisamos a resposta humoral e celular específica contra o peptídeo sintético StreptInCor, usando camundongos transgênicos portadores de HLA de classe II humanos DR2, DR4, DQ6 e DQ8. O protocolo de imunização consistiu em administrar 50 g do StreptInCor adsorvido em 300 g de hidróxido de alumínio nos dias 0 e 14. Os grupos controles foram injetados com salina nas mesmas condições. O soro obtido no 28º dia foi testado por ensaio imunoenzimático (ELISA) para verificarmos a presença de anticorpos contra o StreptInCor e os esplenócitos destes animais, obtidos nessa data, foram utilizados para ensaios de proliferação celular na presença do StreptInCor. Testes de segurança foram efetuados e não observamos reação cruzada contra a miosina cardíaca e após 12 meses de acompanhamento, amostras de tecidos desses animais foram submetidas à análise histológica. Em conclusão não verificamos indícios de reações autoimunes nos animais imunizados com o StreptInCor e os resultados obtidos mostram a capacidade do StreptInCor em desencadear uma resposta imune, duradoura e segura em camundongos portadores de moléculas HLA de classe II / Streptococcal pharyngitis triggered by Streptococcus pyogenes throat infection can result in rheumatic fever (RF) and rheumatic heart disease (RHD) in untreated susceptible individuals. RF is an autoimmune disease that affects more than 20 million children in developing countries. M protein is the major factor of virulence of the bacteria, and it has been studied to develop a vaccine. Currently more than 200 M protein types have been described and its Cterminal domain is conserved in many different serotypes. We developed a vaccine epitope (StreptInCor) composed by 55 amino acid residues of the Cterminal portion of the M protein. In the present work we analyze the ability of the StreptInCor of induce immune response in HLA class II transgenic mice. The transgenic mice harboring the HLA Class II DR2, DR4, DQ6 and DQ8 were immunized subcutaneously with 50 g StreptInCor adsorbed onto 300 g of aluminum hydroxide gel on days 0 and 14. Control groups were immunized with vehicle (Saline) in same conditions. The sera were obtained on day 28 and tested by ELISA to verify the presence of antibodies. The specific cellular immune response was evaluated by proliferation assay using splenocytes. No cross reaction with cardiac myosin were observed. Tissue samples from immunized mice followed by 12 months were analyzed in order to verify if StreptInCor induces some histological damage. No autoimmune or deleterious reactions were observed. In conclusion our results indicate that StreptInCor Induces a good and prolonged and safe immune response in HLA class II transgenic mice

Das Ubiquitin-Proteasom-System gewährleistet in eukaryontischen Zellen den regulierten Abbau der meisten intrazellulären Proteine und ist mit der Generierung von T-Zell-Epitopen grundlegend an der Immunantwort beteiligt. Wegen der Komplexität des Systems stand ein in vitro Verfahren zur 26S proteasomalen Prozessierung eines ubiquitinierten Modellsubstrates erstmals im Jahr 2000 zur Verfügung. In der vorliegenden Arbeit gelang es, diese von Thrower et al. publizierte Methode hinsichtlich einer größeren Proteinquantität zu optimieren und auf die in vitro Ubiquitinierung und Degradation von Proteinen anzuwenden, deren proteasomaler Abbau unter dem Aspekt der Epitopgenerierung immunologisch von besonderer Relevanz ist. Die biochemische und massenspektrometrische Analyse der 26S proteasomalen Degradation von penta-ubiquitinierten Derivaten des tumorassoziierten Glykoproteins Mucin1 zeigte erstens, dass die Prozessierung der Substrate zu einem 26S proteasomalen gating-Effekt führt, der von Substratbindung und -deubiquitinierung sowie von ATP-Hydrolyse abhängig ist. Zweitens ließ sich als Folge der Substratprozessierung eine Instabilisierung des 26S Proteasoms beobachten, die auf einen Assoziations-Dissoziations-Zyklus hindeutet. Drittens ergab die Untersuchung zum Einfluss des Proteasom-Aktivators PA28 auf den Abbau eines Mucin1-Polyepitops, dass PA28 eine erhöhte Quantität an 26S proteasomal generiertem Epitop verursacht. Viertens war unter Zuhilfenahme des Inhibitors clasto-Lactacystin und anhand der ubiquitinierten Mucin1-Derivate erstmals für ubiquitinierte Substrate nachweisbar, dass die proteasomale katalytische Untereinheit beta5 für die Proteindegradation durch den 26S-Komplex nicht essentiell ist. Das in der vorliegenden Arbeit etablierte Abbausystem hat zudem sein Potential unter Beweis gestellt, als ein in vivo-nahes in vitro Testsystem zu fungieren, um die Wirksamkeit von Proteasom-Inhibitoren sowie die Prozessierbarkeit von Polyepitop-Vakzinen zu bewerten. / The ubiquitin-proteasome pathway plays a major role in cellular protein degradation. By generating T-cell epitopes it contributes essentially to the immune response. The complexity of the system impeded the establishment of an in vitro approach that would make a detailed analysis of the protein degradation by the 26S proteasome possible. Finally, in 2000 Thrower et al. published an in vitro method enabling the synthesis and degradation of an ubiquitinated model substrate by the 26S proteasome. In the study presented here the approach of Thrower et al. was improved by scaling up and by the synthesis of substrates the degradation of which by the 26S proteasome is of great importance immunologically, mainly in regard to the generation of T-cell epitopes. In vitro synthesised penta-ubiquitinated versions of the tumor-associated glycoprotein mucin1 were processed by purified 26S proteasomes. The analysis of substrate degradation and product generation by biochemistry and mass spectrometry showed firstly, that substrate processing initiated a 26S proteasomal gating effect which depends on substrate binding to the proteasome, deubiquitination and proteasomal ATP-hydrolysis. Secondly, a disassembly of the 26S proteasome was observed following substrate processing which suggests a regulated association-dissociation cycle of the proteasome. Thirdly, supplementation of the degradation approach with the proteasome activator PA28 led to a higher quantity of epitope generated by the 26S proteasome out of a mucin1 polyepitope string. Fourthly, use of the proteasome inhibitor clasto-Lactacystin revealed, for the first time, that the catalytic proteasome subunit beta5 is not essential for the degradation of ubiquitinated protein substrates by the 26S proteasome. In addition, the in vitro approach established in the presented study has shown its potential to function as an in vivo-like system which helps to assess proteasome inhibitors and potential polyepitope vaccines.

Die hypertrophe Kardiomyopathie ist eine autosomal dominant vererbte Herzmuskelerkrankung. Es kommt zu einer asymmetrischen Hypertrophie insbesondere des Herzmuskels. Symptome sind unspezifisch und reichen von Dyspnoe bis hin zu Synkopen. Gelegentlich ist der plötzliche Herztod die erste Manifestation der Erkrankung. Molekulargenetische Untersuchung des Genomes dieser Patienten zeigten, dass diese Patienten Mutationen im Proteinen des Sarkomers aufwiesen. Hierunter fällt das beta-MHC-Gen und alpha-Tropomysin-Gen. Wir untersuchten 45 nicht miteinanderverwandte Patienten auf Mutationen im beta-MHC-Gen und im alpha-Tropomysin-Gen. Folgende molekulargenetische Untersuchungen wurden angewendet: Polymerase-Ketten-Reaktion, Single-Strand-Polymorphismus-Anlyse und Sequenzierung. Bei 6 Patienten (13%) fanden wir eine Mutation im beta-Myosin-Gen. Kein Patient hatte eine Mutation im alpha-Tropomyosin-Gen. In der Literatur wird eine Mutation im beta-MHC-Gen in bis zu 35% und im alpha-Tropomyosin-Gen in bis zu 3% der Fälle angenommen. Unsere Patienten hatten die Mutationen: Exon 13 Arg403Trp und Val411Ile, Exon 19 Arg719Trp, Exon 20 Ile736Thr, Exon 21 Leu796Phe und Exon 23 Cys905Phe. Die Mutationen Arg403Trp und Arg719Trp waren vorher bereits bekannt. Die Mutationen, Ile736Thr, Val411Ile, Leu796Phe und Cys905Phe wurden in der Form von uns erstmals ermittelt. Offensichtlich besitzen unsere Patienten überdurchschnittlich häufiger Mutationen in anderen Genen, die in dieser Studie nicht untersucht wurden. Der Phänotyp der Krankheit der HCM war bei unserem Patientenkollektiv sehr heterogen, und es ließen sich keine signifikanten Unterscheidungen eststellen. So haben wir uns darauf beschränkt, bei den 6 Patienten mit Mutationen nur nach den von Burn et al. (1997) aufgestellten Risikofaktoren zu suchen, die einen plötzlichen Herztod herbeiführen können, und haben sie danach in Patienten mit einem höheren oder niedrigeren Risiko eingestuft. Kriterien für ein erhöhtes Risiko, einen plötzlichen Herztod zu erleiden, wurden von Patienten mit den Mutationen: Exon 13 Arg403Trp, Exon 13 Val411Ile, Exon 19 Arg719Trp, Exon 20 Ile736Thr und Exon 21 Leu796Phe erfüllt. Mutationen an diesen Positionen sind auch in der Literatur mit einem erhöhten Risiko für einen plötzlichen Herztod assoziiert worden. Der Patient mit der Mutation im Exon 23 Cys905Phe wies wenige Risikofaktoren auf und unterscheidet sich somit nicht von den in der Literatur beschriebenen Patienten. Wir konnten dies mit unseren Ergebnissen bestätigen. / Hypertrophic Cardiomyopathy is disease of the cardiac muscle which results in an asymmetric hypertrophy especially of the interventricularseptum of the heart. It is transmitted in an autosomal dominant way. The symptoms are unspecific reaching from dyspnoe to syncopes. Sometimes the sudden death is the first manifestation of the disease. Molekular genetic researches showed that in the patients genes Mutations in proteins of the sarkomer were detectable. Two of them are alpha-Tropomyosin and beta-Myosin Heavy Chain. We examined 45 unrelated Patient of the existence of Mutations in alpha-Tropomyosin and beta-Myosin Heavy Chain. We used following Examinations: PCR, SSCP, Sequencing. A mutation in the beta-Myosin Heavy Chain were found in 6 Patients (13%), non in alpha-Tropomyosin. Generally mutations are expected in 35% in beta-Myosin Heavy Chain and 3% in alpha-Tropomyosin. Our patients seem to have mutations in genes we did not examine in this study. We detected Mutations in: Exon 13 Arg403Trp and Val411Ile, Exon 19 Arg719Trp, Exon 20 Ile736Thr, Exon 21 Leu796Phe und Exon 23 Cys905Phe. Mutation Arg 403Trp and Arg719Trp have been known in this form before, the others were new. As the phenotypes of our patients were heterogenous and not significantly to be distinguished we looked for risk factors for sudden death as described by Burn et al. 1997 within our group of patients with mutations. Five Persons showed risk factors as discribed: Exon 13 Arg403Trp and Val411Ile, Exon 19 Arg719Trp, Exon 20 Ile736Thr, Exon 21 Leu796Phe. The person with the mutation Exon 23 Cys905Phe showed no risk factors for sudden death. Our results correlate with those of earlier studies. The patient with the mutation Exon 23 Cys905Phe was classified as a low risk patient while the other mutations correlate with a further high risk.

Der MHC I Pathway ist ein Teil des Immunsystems und stellt mittels Antigenen an der Zelloberfläche den Proteinstatus der Körperzellen dar. Ziel dieser Arbeit ist durch die Entwicklung von Modellen zu Proteinsynthese und Abbau sowie den Teilschritten des MHC I Pathways und der Untersuchung von Simulationsergebnissen das Verständnis der zugrunde liegenden Prozesse zu verbessern und gegebenenfalls die Qualität der Antigenprädiktion zu verbessern. Es wurden statistische Modelle für den Transport der Peptide in das ER mittels TAP, das Schneiden von Peptidbindungen durch das Proteasom und das cytosolische sowie endoplasmatische Trimmen von Peptiden entwickelt. Weiterhin wurden kinetische Modelle zur Synthese und Abbau von viralen Proteinkonstrukten, zur proteasomalen Erstellung von Proteinfragmenten und zum Simulieren des Gesamtprozesses von Infektion bis zur Antigenpräsentation entwickelt. Es wurde gezeigt, dass eine DRiP Rate von 10 Prozent die Antigenpräsentation unabhängig von der Lebenszeit der Proteine gewährleistet und für langlebige Proteine der Anteil der Antigene aus DRiPs die Gesamtmenge der Antigene dominiert. So wird gewährleistet, dass an der Zelloberfläche der Status der momentanen Proteinsynthese dargestellt wird. Die erstellten Teilmodelle der Schritte des MHC I Pathways sind jeweils auf in vitro Daten des jeweiligen Prozesses trainiert und ermöglichen zusammen mindestens die gleiche Vorhersagequalität, wie Pathway Modelle, die auf in vivo Daten trainiert worden sind. Dies zeigt, dass alle wesentlichen Prozesse zur Antigenpräsentation von den erstellten Modulen erfasst werden. Die Module können je nach Bedarf und Fragestellung zu Modellen kombiniert werden. Ein Vorhersagetool wurde auf http://mhc-pathway.net zur Verfügung gestellt. Durch Modellanalysen können der relative Beitrag der einzelnen Schritte des Pathways und die Vorraussetzungen für ein potentielles Antigen bestimmt werden. Das kinetische Modell der Prozesse von Infektion bis Antigenpräsentation erlaubt das Verfolgen aller Peptide und das Analysieren der Prozesse die zur Erstellung von Epitopen führen. Die quantitativen Vorhersagen können experimentell validiert werden. Die proteasomale Fragmenterstellung ist der Teilprozess, der noch am wenigsten gut verstanden ist und bedarf noch weiterer experimenteller Untersuchungen. / The MHC I antigen presentation pathway is part of the immune system and enables cells to show their proteome state at the cell surface. This works aims at improving the understanding of the MHC I pathway and the prediction of antigens from the source proteins where appropriate. The means are the development of models for protein synthesis, degradation and the individual steps of the pathway as well as the analysis of simulation results. Statistical models for the transport of peptides into the ER by TAP, the cleavage of peptide bonds by the proteasome, and the cytosolic and endoplasmic trimming of peptides have been developed. Furthermore, kinetic models for synthesis and degradation of viral protein constructs, for proteasomal generation of protein fragments, and for the simulation of the entire process from viral infection of a cell to the resulting antigen presentation were created. It has been shown that a DRiP rate of 10% is sufficient to have antigen presentation independent of the source protein’s live time and that the antigens derived from the DRiP pool dominate the antigen presentation for long lived proteins. This mechanism enables the presentation of the current protein synthesis state of the cell. Each developed model of a part of the MHC I pathway is trained on in vitro data and together they provide at least the same prediction quality as pathway models that are based on in vivo data. This shows that all processes that contribute significantly to antigen presentation are covered in the developed models. The models for the individual parts can be combined according to the demand and question. A prediction tool has been provided at http://mhc-pathway.net. The contribution of each part of the pathway can be assessed by model supported analysis of the individual steps. It is possible to determine the traits of a potential antigen. The kinetic model of the pathway from infection to antigen presentation enables the generation of time curves for each possible peptide and the analysis of the processes that lead to the development of antigens. The quantitative predictions allow for experimental validation. The proteasomal fragment generation is the least good understood part of the MHC I pathway and requires further experimental study.

Das Immunsystems muss gesunde Zellen von infizierten und Krebszellen unterscheiden können, um letztere selektiv zu bekämpfen. Dies ist die Aufgabe der CTL-Zellen, die dazu auf der Zelloberfläche präsentierte Peptide die aus intrazellulären Proteinen der jeweiligen Zelle stammen untersuchen. Diese präsentierten Peptide (Epitope) werden durch den MHC-I Antigenpräsentationsweg hergestellt. Das Ziel dieser Arbeit ist es Methoden zu entwickeln die Epitope aus der großen Zahl prinzipiell in Proteinen enthaltener Peptide heraussuchen können. Dazu wird die Selektivität dreier wichtiger Komponenten des Präsentationsweges untersucht: Die Herstellung der Peptide durch das Proteasom, der Transport in das ER durch TAP, und das Binden von Peptiden an leere MHC-I Moleküle. Zur sequenzbasierten Vorhersage der Bindung von Peptiden an MHC-I Moleküle wurde ein neuer Algorithmus entwickelt. Dieser kombiniert eine Matrix, welche die individuellen Beiträge einzelner Reste zur Bindung beschreibt, mit Paarkoeffizienten, die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Positionen im Peptid beschreiben. Dieser Ansatz macht bessere Vorhersagen als bisher publizierte Methoden, und quantifiziert erstmals den Einfluss von Wechselwirkungen innerhalb eines Peptids auf die Bindung. Die Verteilung der Werte der Paarkoeffizienten zeigt, dass sich Wechselwirkungen nicht auf benachbarte Aminosäuren beschränken. Im Vergleich zu den Matrixeinträgen sind die Werte der Paarkoeffizienten klein, was erklärt warum Vorhersagen die Wechselwirkungen komplett vernachlässigen trotzdem gut sein können. Erstmals wurde ein Algorithmus zur Vorhersage der TAP-Transportseffizienz von Peptiden beliebiger Länge entwickelt. Das ist deshalb wichtig, da viele MHC-I Epitope als N-terminal verlängerte Prekursoren in das ER transportiert werden. Für die Vorhersage der Transportfähigkeit eines potentiellen Epitopes wird deshalb über die Transporteffiziens des Epitopes selbst und seiner Prekursoren gemittelt. Mit Hilfe dieser Definition von Transportfähigkeit wird gezeigt, dass TAP einen starken selektiven Einfluss auf die Auswahl von MHC-I Epitopen hat. Indem man Peptide die als 'nicht-transportierbar' vorhergesagt werden als mögliche Epitope ausschließt, kann man die ohnehin schon hohe Qualität von MHC-I Bindungsvorhersagen weiter steigern. So eine zweistufige Vorhersage scheitert, wenn man statt des TAP Transports die Vorhersage der Generierbarkeit eines Epitopes durch das Proteasom als Filter verwenden möchte. Dieses schlechte Abschneiden der proteasomalen Schnittvorhersagen wird auf eine mangelhafte experimentelle Datenbasis zurückgeführt, da proteasomale Schnittraten schwieriger zu messen und interpretieren sind als die Affinitätsdaten für TAP und MHC-I. Um die experimentelle Datenbasis in Zukunft verbessern zu können, wurde ein neues experimentelles Protokoll entwickelt und an einer Reihe von Experimenten getestet. Dabei werden zwei Probleme behandelt: (1) Durch die Verwendung von Massenbilanzen werden MS-Signale in quantifizierte Peptidmengen umgerechnet. (2) Durch das erste kinetische Modell des Proteasomes das die Entstehung und den Abbau von Peptiden während eines Verdaus zufrieden stellend beschreiben kann, können aus den Verdaudaten Schnittraten bestimmt werden. / A major task of the immune system is to identify cells that have been infected by a virus or that have mutated, and discriminate them from healthy cells. This duty is assigned to cytotoxic T-lymphocytes (CTL), which scan epitopes presented to them on cell surfaces derived from intracellular proteins through the MHC-I antigen processing pathway. The goal of this work is to provide computational methods that allow to predict which epitopes get presented from the large pool of peptide candidates contained in intracellular proteins. This is achieved by examining the selective influence of three major steps in the pathway: peptide generation by the proteasome, peptide transport into the ER by TAP, and binding of peptides to MHC-I molecules. For peptide binding to MHC-I, a new algorithm is developed that combines a matrix-based method describing the contribution of individual residues to binding with pair coefficients describing pair-wise interactions between positions in a peptide. This approach outperforms several previously published prediction methods, and for the first time quantifies the impact of interactions in a peptide. The distribution of the pair coefficient values shows that interactions are not limited to amino acids in direct contact, but can also play a role over longer distances. Compared to the matrix entries, the pair-coefficients are rather small, explaining why methods completely ignoring interactions can nevertheless make good predictions. Next, a novel algorithm is developed to predict the TAP affinities of peptides of any length. Longer peptides are important because several MHC-I epitopes are generated by N-terminal trimming of precursor peptides transported into the ER by TAP. As the true in vivo precursors of an epitope are not known, a generalized TAP score is established which averages across the scores of all precursors up to a certain length. The ability of this TAP score to discriminate between epitopes and random peptides shows that the influence of TAP is a consistent, strong pressure on the selection of MHC-I epitopes. Using predicted TAP transport efficiencies as a filter prior to the prediction of MHC-I binding affinities, it is possible to further improve the already very high classification accuracy achieved using MHC-I affinity predictions alone. Such a 2-step prediction protocol failed when predictions of C-terminal proteasomal cleavages were combined with MHC-I affinity predictions. This disappointing result is thought to be caused by the lack of a sufficiently large set of quantitative and consistent experimental data on proteasomal cleavage rates, which are more difficult to measure and interpret than the affinity assays used to characterize peptide binding to TAP and MHC-I. Therefore, a new protocol for the evaluation of proteasomal digests is developed, which is applied to a series of experiments. This novel protocol addresses two problems: (1) Using mass-balance equations, a method is developed to quantify peptide amounts from MS-signals. (2) By introducing the first kinetic model of the 20S proteasome capable of providing a satisfactory quantitative description of the whole time course of product formation, cleavage probabilities can be extracted reliably from proteasomal in vitro digests.

Immune genes of the major histocompatibility complex (MHC) constitute a central component of the adaptive immune system and play an essential role in parasite resistance and associated life-history strategies. In addition to pathogen-mediated selection also sexual selection mechanisms have been identified as the main drivers of the typically-observed high levels of polymorphism in functionally important parts of the MHC. The recognition of the individual MHC constitution is presumed to be mediated through olfactory cues. Indeed, MHC genes are in physical linkage with olfactory receptor genes and alter the individual body odour. Moreover, they are expressed on sperm and trophoplast cells. Thus, MHC-mediated sexual selection processes might not only act in direct mate choice decisions, but also through cryptic processes during reproduction. Bats (Chiroptera) represent the second largest mammalian order and have been identified as important vectors of newly emerging infectious diseases affecting humans and wildlife. In addition, they are interesting study subjects in evolutionary ecology in the context of olfactory communication, mate choice and associated fitness benefits. Thus, it is surprising that Chiroptera belong to the least studied mammalian taxa in terms of their MHC evolution. In my doctoral thesis I aimed to gain insights in the evolution and diversity pattern of functional MHC genes in some of the major New World bat families by establishing species-specific primers through genome-walking into unknown flanking parts of familiar sites. Further, I took a free-ranging population of the lesser bulldog bat (Noctilio albiventris) in Panama as an example to understand the functional importance of the individual MHC constitution in parasite resistance and reproduction as well as the possible underlying selective forces shaping the observed diversity. My studies indicated that the typical MHC characteristics observed in other mammalian orders, like evidence for balancing and positive selection as well as recombination and gene conversion events, are also present in bats shaping their MHC diversity. I found a wide range of copy number variation of expressed DRB loci in the investigated species. In Saccopteryx bilineata, a species with a highly developed olfactory communication system, I found an exceptionally high number of MHC loci duplications generating high levels of variability at the individual level, which has never been described for any other mammalian species so far. My studies included for the first time phylogenetic relationships of MHC genes in bats and I found signs for a family-specific independent mode of evolution of duplicated genes, regardless whether the highly variable exon 2 (coding for the antigen binding region of the molecule) or more conserved exons (3, 4; encoding protein stabilizing parts) were considered indicating a monophyletic origin of duplicated loci within families. This result questions the general assumed pattern of MHC evolution in mammals where duplicated genes of different families usually cluster together suggesting that duplication occurred before speciation took place, which implies a trans-species mode of evolution. However, I found a trans-species mode of evolution within genera (Noctilio, Myotis) based on exon 2 signified by an intermingled clustering of DRB alleles. The gained knowledge on MHC sequence evolution in major New World bat families will facilitate future MHC investigations in this order. In the N. albiventris study population, the single expressed MHC class II DRB gene showed high sequence polymorphism, moderate allelic variability and high levels of population-wide heterozygosity. Whereas demographic processes had minor relevance in shaping the diversity pattern, I found clear evidence for parasite-mediated selection. This was evident by historical positive Darwinian selection maintaining diversity in the functionally important antigen binding sites, and by specific MHC alleles which were associated with low and high ectoparasite burden according to predictions of the ‘frequency dependent selection hypothesis’. Parasite resistance has been suggested to play an important role in mediating costly life history trade-offs leading to e.g. MHC- mediated benefits in sexual selection. The ‘good genes model’ predicts that males with a genetically well-adapted immune system in defending harmful parasites have the ability to allocate more resources to reproductive effort. I found support for this prediction since non-reproductive adult N. albiventris males carried more often an allele associated with high parasite loads, which differentiated them genetically from reproductively active males as well as from subadults, indicating a reduced transmission of this allele in subsequent generations. In addition, they suffered from increased ectoparasite burden which presumably reduced resources to invest in reproduction. Another sign for sexual selection was the observation of gender-specific difference in heterozygosity, with females showing lower levels of heterozygosity than males. This signifies that the sexes differ in their selection pressures, presumably through MHC-mediated molecular processes during reproduction resulting in a male specific heterozygosity advantage. My data make clear that parasite-mediated selection and sexual selection are interactive and operate together to form diversity at the MHC. Furthermore, my thesis is one of the rare studies contributing to fill the gap between MHC-mediated effects on co-evolutionary processes in parasite-host-interactions and on aspects of life-history evolution. / Innerhalb des adaptiven Immunsystems spielen die Gene des MHC (Major Histocompatibility Complex) eine zentrale Rolle. Neben ihrer Funktion für die körpereigene Parasitenabwehr haben sie auch einen entscheidenden Einfluss auf damit verbundene ‚life-history’ Strategien. Typischerweise sind die funktional für die Pathogenerkennung wichtigen Genabschnitte hoch variabel, was evolutiv nicht nur durch die Vielfalt der Pathogene bedingt ist, sondern im Zuge der sexuellen Selektion durch entsprechende Partnerwahl gefördert wird. Dabei wird die individuelle MHC-Konstitution sehr wahrscheinlich über körpereigene Duftstoffe vermittelt, denn MHC Gene bestimmen nicht nur den individuellen Körpergeruch, sondern liegen in chromosomaler Kopplung mit olfaktorischen Rezeptorgenen. Außerdem werden sie auch auf Sperma- und Trophoplastenzellen exprimiert, so dass MHC-bedingte sexuelle Selektionsmechanismen nicht nur über die direkte Partnerwahl, sondern auch durch kryptische Mechanismen während der Fortpflanzung wirken können. Fledermäuse und Flughunde (Chiroptera) bilden die zweitgrößte Säugetiergruppe und gelten als wichtiges Reservoir und Überträger für den Menschen und andere Wildtiere hoch infektiöser Krankheiten. Innerhalb der evolutionären Ökologie sind sie außerdem auf Grund ihrer z.T. komplexen olfaktorischen Kommunikation während der Partner-wahl und den damit verbundenen fitness relevanten Vorteilen interessante Forschungsobjekte. In Anbetracht dessen ist es erstaunlich, dass bisher so gut wie nichts über den MHC in dieser Säugergruppe bekannt ist. Das Ziel meiner Dissertation war es, zum einen Einblicke in die Evolution und Diversität funktional wichtiger MHC Gene (MHC Klasse II DRB) bei Fledermäusen zu erhalten, und zum anderen zu untersuchen, inwieweit die individuelle MHC-Konstitution am Beispiel der kleinen Hasenmaulfledermaus (Noctilio albiventris) einen Einfluss auf Parasitenresistenz und Fortpflanzung hat und welche Selektionsmechanismen dabei für das entstandene genetische Diversitätsmuster verantwortlich sind. Meine Arbeit zeigt, dass Prozesse, die bei anderen Vertebratenordnungen das Diversitätsmuster am MHC hervorrufen, wie balancierende und positive Selektion, Rekombination und Genkonversion ebenfalls für Fledermäuse zutreffen. In der Anzahl exprimierter DRB loci unterscheiden sich die untersuchten Fledermausarten allerdings beträchtlich. Bemerkenswert ist die extrem hohe Anzahl DRB loci bei Saccopteryx bilineata, die in dieser Ausprägung noch bei keiner anderen Säugetierart beschrieben wurde, einer Fledermaus mit einem hoch entwickelten olfaktorischen Kommunikations-system. Die hier erstmals durchgeführten phylogenetischen Untersuchungen zeigen, dass sich anders als für die meisten anderen Säugetiergruppen beschrieben, die duplizierten DRB Loci unabhängig voneinander entwickelt haben. Dieser mono-phyletische Ursprung duplizierter Loci innerhalb von Fledermausfamilien bestätigte sich für alle Bereiche des Genes: dem hochvariablen Exon 2, das für den funktional entscheidenden Pathogen-bindenden Bereich des Proteins kodiert, sowie für Exon 3 und 4, die für die Molekülstruktur erhaltende Bereiche des Proteins kodieren. Innerhalb der Gattungen (Noctilio, Myotis), basierend auf Exon 2, fand ich das für andere Säugergruppen typische Bild eines ‚trans-species polymorphism’, bei dem MHC-Allele von verschiedenen Arten sich untereinander ähnlicher sein können als Allele der gleichen Art. Meine Ergebnisse sind ein wichtiger Beitrag zum Verständnis der MHC Evolution in der Gruppe der Fledermäuse und liefern hilfreiche Kenntnisse für zukünftige Studien zum MHC in dieser Säugetierordnung. Meine Studien an einer frei lebenden Population der kleinen Hasenmaulfledermaus zeigten dass der exprimierte DRB Locus typische Anzeichen pathogenbedingter aber auch sexueller Selektionsmechanismen zeigt. Ich fand eine ausgeprägte populations-weite Heterozygotie, positive darwinsche Selektion, die den Polymorphismus in Codons die direkt an der Pathogenerkennung beteiligt sind erhält, sowie spezifische Allele die entweder mit einer erhöhten oder einer geringen Parasitenbelastung einhergehen, entsprechend den Annahmen der ‚Frequenz-abhängigen Selektions-Hypothese’. Die individuelle Parasitenresistenz gilt als ein wichtiger Faktor um ressourceabhängige ‚life-history’ Strategien auszuloten. Vor allem Männchen mit einem effektiven Immunsystem, sollten mehr Energien für die Fortpflanzung zur Verfügung haben (‚good-genes model’). Meine Daten bestätigen diese Annahme, Männchen die stärker parasitisiert waren, waren weniger häufig reproduktiv aktiv und trugen häufiger ein DRB-Allele das mit erhöhter Parasitenbelastung einherging. Genetisch unterschieden sie sich darin nicht nur von den reproduktiv aktiven Männchen der Population sondern auch von den Jungtieren. Die Jungtiere trugen zudem häufiger ein für die Parasitenabwehr vorteilhaftes Allel. Die Ergebnisse zeigen dass die individuelle MHC-Konstitution einen nicht zu unterschätzenden Einfluss auch auf den Reproduktionserfolg eines Männchens haben kann und vorteilhafte Allele sich bereits in nachfolgenden Generationen durchsetzen. Meine Doktorarbeit gehört damit zu einer der seltenen Studien, die nicht nur zeigen konnte inwieweit der MHC an co-evolutionären Prozessen der Parasit-Wirt-Interaktion beteiligt ist, sondern dass er darüber hinaus auch direkt für die individuelle ‚life-history’ Entwicklung von Bedeutung ist.

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