Die kumulative Habilitationsschrift untersucht das Harnblasengewebe, das Serumproteom sowie das Proteom der HDL-Partikel, humane Aorten-Endothelzellen und das Darm-Mikrobiom im Kontext der Adipositas und unter dem Einfluss bariatrisch-chirurgischer Interventionen. Im Fokus wissenschaftlichen Interesses standen die Identifikation von Biomarkern zur Abschätzung und zum Monitoring von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, chronischer Entzündungsprozesse sowie die Aufklärung von Anpassungsmechanismen einer Harnblasendysfunktion und die Untersuchung des mikrobiellen Ökosystems unter dem Einfluss der Adipositas. Die wissenschaftlichen Beiträge basieren auf Zellkultur- und tierexperimentellen Studien sowie auf Humananalysen. Die Global- bzw. Target-Proteomik-Studien erfolgten im Sinne eines Bottom-up-Ansatzes unter Anwendung von Gel-basierenden und Gel-freien Proteintrennverfahren und nachfolgend massenspektrometrischer Analyse. Durch die Anwendung von variablen Proteomik-Plattformen konnten Adipositas-assoziierte Risikoparameter im Serum zur Identifikation von Komorbiditäten ermittelt und validiert werden. In der Konsequenz dieser Resultate wurde ein MRM-Assay erarbeitet. Die Untersuchungen von HDL-Partikeln zeigten eine hohe interindividuelle Varianz des HDL-Proteoms und eine Vielzahl bisher unbekannter Proteine wurden dem HDL-Proteom und der NO-assoziierten HDL-Funktion zugeordnet. Die Proteomik deckte im besonderen Maße die Adipositas-assoziierte Pathophysiologie der Harnblasendysfunktion auf. Weiterführende Studien des Harnblasen-Proteoms im Tiermodell belegen die positive Wirkung einer bariatrischen Intervention. Die Untersuchung des Proteoms der Darmbakterien belegt den Nutzen der Proteomik in der Aufklärung der mikrobiellen Diversität und des damit verbundenen spezifischen bakteriellen Stoffwechsels sowohl in Stuhlproben als auch in der Darmschleimhaut. Die Markierung von Stickstoffquellen in der Nahrung mittels 15N-Isotopen gibt in vivo entscheidende Hinweise auf den Stoffwechsel der Bakterien und des Wirtes bzw. deren Interaktionen.

Heidelberg, Univ., Habil.-Schr., 2005.

Darmstadt, Techn. Univ., Diss., 2003. / Dateien im PDF-Format

Cytokinins are N6 substituted adenine derivatives that affect many aspects of plant growth and development. A multistep phosphorelay systém, including hybrid sensor kinases, histidinecontaining phosphotransfer proteins and two sets of response regulators, is the key part of cytokinin signaling. However, a recent evidence indicates a crucial role for the proteasomeubiquitin systém (UPS) in the cytokinin response. Here, in this thesis entitled 'Protein metabolism disruption and its effect on cytokinin signaling' the major protein degradation mechanisms are outlined and the present-day model of cytokinin metabolism and signaling is discussed. In the experimental part, the UPS-cytokinin interaction is probed in a growth response experiment, an LC-MS proteome analysis and by the datamining of previously published proteomics data. The results indicate an interesting dosage-dependent balance between cytokinin- and proteasome-mediated signaling, and a huge impact of proteasome inhibition on cytokinin response proteins. Key words: proteasome, ubiquitin, growth response, protein degradation, LC-MS, proteome

Euglenophyta are monophyletic group of euglenids defined by presence of green, three membrane- bound plastid which has been aquired via secondary endosymbiosis with chlorophyte alga. Mechanism of transport of nuclear-encoded proteins into this plastid is not yet completely understood. It was observed that the proteins are transported to the outermost plastid membrane in vesicles passing through ER and Golgi, but the mechanism of their recognition and fusion with the target membrane remains unclear. Translocation system of inner two membranes is still completely unknown, regarding the situation in other plastids, it has been proposed that homologues of TOC and TIC complexes are present. In this work we analyzed sequence data from proteome of isolated plastid membranes of model organism Euglena gracilis and transcriptome of E. gracilis and its distant relative Eutreptiella gymnastica. We studied whether they contain proteins potentially involved in transport and homologues of proteins of transport systems known from plastids in other organisms (TOC/TIC, ERAD-like transport, SNARE). However, all our results are negative. It is hard to determine whether these findings indicate the possible absence of TOC and TIC complexes in euglenid plastid, or rather the insufficiency of our data. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Amastigotes are forms of Leishmania, naturally occurring in vertebrate hosts within phagocytic cells - especially the macrophages. The aim of this project was to compare three types of amastigotes of Leishmania that can be used for experiments under laboratory conditions - namely the axenic amastigotes, cultured extracellularly (without vertebrate phagocytic cells), amastigotes isolated from macrophages infected ex vivo, and "true" amatigotes isolated from lesions of the infected BALB/c mice. Amastigotes were compared with respect to the development in the natural vector and at the proteome level. L. mexicana, the causative agent of cutaneous leishmaniasis in the New World, was chosen for this comparison. In experiments comparing the development of Leishmania in the natural vector Lu. longipalpis we found significantly weaker infections in the sand flies infected with axenic amastigotes compared to other types of amastigotes. In addition to the intensity of infection, we compared the localization of promastigotes in the digestive tract of the phlebotomine sand flies. The following localizations were observed: the abdomen, the thorax, the cardia and the stomodeal valve, which is crucial for infectivity of the sand fly. There was no significant difference in localization in any of the groups of...

Genus Phytophthora represents a world-wide spread pathogen with more than hundred recognized species and its devastating effect on plants has a serious economic and ecological impact. This diploma thesis entitled „Proteome and metabolome of genus Phytophthora” briefly summarizes knowledge about this pathogen, including its life cycle and interactions with its host. Twelve species representing six Phytophthora clades that were selected for experimental work are then discussed in details. Phytophthora isolates were characterized on proteome and metabolome level employing an LC-MS untargeted proteome profiling and a GC-MS analysis of volatiles. The results were then processed to identify candidate molecules for a targeted identification of Phytophthora and these results were validated in an independent experiment with P. palmivora and Hordeum vulgare. We found that a proteome profiling can be employed as a tool to differentiate individual Phytophthora species and that the marker peptides can be employed for a targeted monitoring of Phytophthora presence in plants.

Seed germination and early plant development is a crucial phase of plants' life. Multiple internal and external stimuli influence germination progress and have a serious impact on a plant's survival and vitality. Biotic and abiotic stimuli trigger a whole range of changes, both on molecular and developmental levels, but the complex molecular mechanisms regulating these responses are far from being resolved. This thesis reviews the seed germination process and outlines the role of external stimuli in its progress. The experimental part describes the development of a method for seed germination monitoring, provides new insight into the role of hydrogen peroxide in germination, and analyzes effects of cadmium ions, temperature, salt and drought on proteome and metabolome of germinating seeds of Hordeum vulgare. In total, 2000 proteins and 800 metabolites were identified. The analyses revealed over 95 putative abiotic stress markers, including 63 and 36 proteins and metabolites, respectively

There is a very few papers to provide an overview of the characteristics of the estrous cycle, the relationship of the estrous cycle to physiological manifestations such as the pH of the vaginal environment, as well as the dynamics of the vaginal microbiota in wild mice. The aim of this thesis is to contribute to the understanding of the dynamic relationship between external influences and the physiology of the female reproductive system, to develop a reliable methodology for measuring the pH of the vaginal microenvironment in mice as well as to quantify the overall abundance of some bacterial taxons by comparing sequencing and qPCR methods. The results suggest that the physical presence of the male in the cage has the most significant effect on the prolongation of the estrus phase, in contrast to non-significant olfactory stimulation of the urine. Fluctuation in the pH of the vaginal environment have also been shown to be cyclic, and the qPCR method shows that the composition of the vaginal microbiota, during the estrus phase, differs significantly from other phases of the estrous cycle, as we confirmed by 16S rRNA sequencing. Thus, these results provide a comprehensive view of the variability of the estrous cycle with an emphasis on the variability of the vaginal microbiota and the change in the...

All living organisms leverage mechanisms and response systems to optimize reproduction, defense, survival, and competitiveness within their natural habitat. Evolutionary theories such as the universal adaptive strategy theory (UAST) developed by John Philip Grime (1979) attempt to describe how these systems are limited by the trade-off between growth, maintenance and regeneration; known as the universal three-way trade-off. Grime introduced three adaptive strategies that enable organisms to coop with either high or low intensities of stress (e.g., nutrient deficiency) and environmental disturbance (e.g., seasons). The competitor is able to outcompete other organisms by efficiently tapping available resources in environments of low intensity stress and disturbance (e.g., rapid growers). A ruderal specism is able to rapidly complete the life cycle especially during high intensity disturbance and low intensity stress (e.g., annual colonizers). The stress tolerator is able to respond to high intensity stress with physiological variability but is limited to low intensity disturbance environments. Carnivorous plants like D. muscipula and tardigrades like M. tardigradum are two extreme examples for such stress tolerators. D. muscipula traps insects in its native habitat (green swamps in North and South Carolina) with specialized leaves and thereby is able to tolerate nutrient deficient soils. M. tardigradum on the other side, is able to escape desiccation of its terrestrial habitat like mosses and lichens which are usually covered by a water film but regularly fall completely dry. The stress tolerance of the two species is the central study object of this thesis. In both cases, high througput sequencing data and methods were used to test for transcriptomic (D. muscipula) or genomic adaptations (M. tardigradum) which underly the stress tolerance. A new hardware resource including computing cluster and high availability storage system was implemented in the first months of the thesis work to effectively analyze the vast amounts of data generated for both projects. Side-by-side, the data management resource TBro [14] was established together with students to intuitively approach complex biological questions and enhance collaboration between researchers of several different disciplines. Thereafter, the unique trapping abilities of D. muscipula were studied using a whole transcriptome approach. Prey-dependent changes of the transcriptional landscape as well as individual tissue-specific aspects of the whole plant were studied. The analysis revealed that non-stimulated traps of D. muscipula exhibit the expected hallmarks of any typical leaf but operates evolutionary conserved stress-related pathways including defense-associated responses when digesting prey. An integrative approach, combining proteome and transcriptome data further enabled the detailed description of the digestive cocktail and the potential nutrient uptake machinery of the plant. The published work [25] as well as a accompanying video material (https://www.eurekalert.org/pub_releases/ 2016-05/cshl-fgr042816.php; Video credit: Sönke Scherzer) gained global press coverage and successfully underlined the advantages of D. muscipula as experimental system to understand the carnivorous syndrome. The analysis of the peculiar stress tolerance of M. tardigradum during cryptobiosis was carried out using a genomic approach. First, the genome size of M. tardigradum was estimated, the genome sequenced, assembled and annotated. The first draft of M. tardigradum and the workflow used to established its genome draft helped scrutinizing the first ever released tardigrade genome (Hypsibius dujardini) and demonstrated how (bacterial) contamination can influence whole genome analysis efforts [27]. Finally, the M. tardigradum genome was compared to two other tardigrades and all species present in the current release of the Ensembl Metazoa database. The analysis revealed that tardigrade genomes are not that different from those of other Ecdysozoa. The availability of the three genomes allowed the delineation of their phylogenetic position within the Ecdysozoa and placed them as sister taxa to the nematodes. Thereby, the comparative analysis helped to identify evolutionary trends within this metazoan lineage. Surprisingly, the analysis did not reveal general mechanisms (shared by all available tardigrade genomes) behind the arguably most peculiar feature of tardigrades; their enormous stress tolerance. The lack of molecular evidence for individual tardigrade species (e.g., gene expression data for M. tardigradum) and the non-existence of a universal experimental framework which enables hypothesis testing withing the whole phylum Tardigrada, made it nearly impossible to link footprints of genomic adaptations to the unusual physiological capabilities. Nevertheless, the (comparative) genomic framework established during this project will help to understand how evolution tinkered, rewired and modified existing molecular systems to shape the remarkable phenotypic features of tardigrades. / Alle lebenden Organismen verwenden Mechanismen und Rückkopplungssysteme um Reproduktion, Überlebenswahrscheinlichkeit, Abwehreffizienz und Konkurrenzfähigkeit in ihrem natürlichen Habitat zu optimieren. Evolutionäre Theorien, wie die von John Philip Grime (1979) entwickelte „universal adaptive strategy theory“ (UAST), versuchen zu beschreiben wie diese Systeme durch eine Balance zwischen Wachstum, Erhaltung und Regeneration, auch gemeinhin bekannt als universeller Dreiwege-Ausgleich, des jeweiligen Organismus limitiert sind. Grime führte dazu drei adaptive Strategien ein, die es Organismen ermöglicht sich an hohe oder niedrige Stress-Intensitäten (z.B. Nahrungsknappheit) oder umweltbedingte Beeinträchtigung (z.B. Jahreszeiten) anzupassen. Der Wettkämpfer ist in der Lage seine Konkurrenz durch eine effiziente Ressourcengewinnung zu überflügeln und ist vor allem bei niedrigem Stresslevel und minimalen umweltbedingten Beeinträchtigungen effizient (z. B. schnelles Wachstum). Ruderale Organismen hingegen durchlaufen den Leben- szyklus in kurzer Zeit und sind damit perfekt an starke umweltbedingte Beeinträchtigungen, wie zum Beispiel Jahreszeiten, angepasst. Allerdings können auch sie nur bei niedrigen Stresslevel effizient wachsen. Die letzte Gruppe von Organismen, die Stresstoleranten sind in der Lage sich an hohen Stressintensitäten mithilfe extremer physiologischer Variabilität anzupassen, können das allerdings nur in Umgebungen mit niedrigen umweltbedingten Beeinträchtigungen. Fleischfressende Pflanzen wie die Venusfliegenfalle (D. muscipula) oder Bärtierchen (M. tardigradum) sind zwei herausragende Beispiele für stresstolerante Organismen. Die Venusfliegenfalle ist in der Lage Insekten mit spezialisierten Blätter, welche eine einzigartige Falle bilden, zu fangen. Die Pflanze kompensiert so die stark verminderte Mengen an wichtigen Makronährstoffen (z.B. Stickstoff) in den Sümpfen von Nord- und Süd-Carolina. Bärtierchen dagegen sind in der Lage in schnell austrocknenden Habitaten wie Moosen oder Flechten, die normalerweise mit einem Wasserfilm überzogen sind, durch eine gesteuerte Entwässerung ihres Körpers zu überleben. Die Stresstoleranz beider Spezies ist zentraler Forschungsschwerpunkt dieser Dissertation. In beiden Fällen wer- den Hochdurchsatz-Methoden zur Sequenzierung verwendet um genomische (Bärtierchen) sowie transkriptomische (Venusfliegenfalle) Anpassungen zu identifizieren, die der enorem Stresstoleranz zugrunde liegen. Um den erhöhten technischen Anforderungen der Datenanal- ysen beider Projekte Rechnung zu tragen wurde in den ersten Monaten der Dissertation eine neue zentrale Rechenumgebung und ein dazugehöriges Speichersystem etabliert. Parallel wurde die Datenmanagementplattform TBro [14] zusammen mit Studenten aufgesetzt, um komplexe biologische Fragestellung mit einem fachübergreifendem Kollegium zu bearbeiten. Danach wurden die einzigartigen Fangfähigkeiten der Venusfliegenfalle mittels einem tran- skriptomischen Ansatz untersucht. Vor allem wurden transkriptionelle Änderungen infolge eines Beutefangs sowie gewebespezifische Aspekte der ruhenden Pflanzen untersucht. Die Analyse zeigte deutlich, dass die Fallen der fleischfressenden Pflanze immer noch Merkmale von typischen „grünen“ Blättern aufweisen. Während des Beutefangs und -verdauens jedoch wird eine Vielzahl an evolutionär konservierten Systemen aktiviert, die bisher nur mit Stres- santworten und zellulärer Verteidigung in Verbindung gebracht worden sind. Die Integration von proteomischen und transkriptomischen Hochdurchsatzdaten ermöglichte es zudem den Verdauungssaft der Venusfliegenfalle genaustens zu beschreiben und wichtige Komponenten der Aufnahmemaschinerie zu identifizieren. Die wissenschaftliche Arbeit [25] und das beglei- tende Videomaterial (https://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-05/cshl-fgr042816.php; Video credit: Sönke Scherzer) erfreute sich einer breiten Berichterstattung in den Medien und unterstreicht die Vorteile der Venusfliegenfalle als experimentelles System um fleis- chfressende Pflanzen besser zu verstehen. Die genomische Analyse des Bärtierchen (M. tardigradum) zielte auf die außerordentliche Stresstoleranz, vor allem auf die Kryptobiose, einen Zustand in dem Stoffwechselvorgänge extrem reduziert sind, ab. Dazu wurden das komplette genetische Erbgut (Genom) entschlüsselt. Die Größe des Genomes wurde bes- timmt und das Erbgut mittels Sequenzierung entschlüsselt. Die gewonnenen Daten wurden zu einer kontinuierlichen Sequenz zusammengesetzt und Gene identifiziert. Der dabei etablierte Arbeitsablauf wurde verwendet um ein weiteres Bärtierchengenom genau zu überprüfen. Im Rahmen dieser Analyse stellte sich heraus, dass eine große Anzahl an Kontaminationen im Genom von H. dujardini vorhanden sind [27]. Das neu etablierte Genom von M. tardigradum wurde im folgenden verwendet um einen speziesübergreifenden Vergleich dreier Bärtierchen und aller Spezies aus der Metazoadatenbank von Ensembl durchzuführen. Die Analyse zeigte, dass Bärtierchengenome sehr viel Ähnlichkeit zu den bereits veröffentlichten Genomen aus dem Überstamm der Urmünder (Protostomia) aufweisen. Die erstmalige Verfügbarkeit aller Bärtierchengenome ermöglichte es zudem, das Phylum der Bärtierchen als Schwester der Nematoden mittels einer phylogenomische Analyse zu platzieren. Die vergleichende Anal- yse identifizierte außerdem zentrale evolutionäre Trends, vor allem einen enormen Verlust an Genen in dieser Linie der Metazoa. Die Analyse ermöglichte es aber nicht, generelle Mechanismen, die zur enormen Stresstoleranz in Bärtierchen führen, artübergreifend zu identifizieren. Vor allem das Fehlen von weiteren molekularen Daten für einzelne Bärtierchen- spezies (z.B. transkriptionelle Daten für M. tardigradum) machten es unmöglich die wenigen genomische Adaptionen mit den physiologischen Besonderheiten der Bärtierchen in Deckung zu bringen. Nichtsdestotrotz konnten die vergleichenden Analysen zeigen, dass Evolution auch innerhalb der Bärtierchen verschiedenste Systeme neu zusammensetzt, neue Funktionen erschafft oder bestehenden Systeme modifiziert und damit die außerordentliche phänotypis- che Variabilität ermöglicht.