146 search hits
-
Analysis of alkali-inducible genes of Bacillus subtilis
(2003)
-
Akram Atalla
- Using the DNA macroarray technique, it could be shown that more than 80 genes induced after alkali shock (Wiegert et al., 2001). While most of them are under the control of the alternative sigma factor (sigmaW), the remaining genes are under the control of one or more unknown regulator(s). By their signature, two of them kipR and yvdT code for regulatory proteins, while pspA, member of the sigmaW regulon, encodes another potential regulator. In this doctoral work, the genes kipR, yvd and pspA were analyzed. The kipR and yvdT genes code for a transcriptional regulator of the IcIR and TetR/AcrR family while the pspA encode a transcriptional anti-activator in E. coli . In Northern blot analyses, it could be shown that all three genes are induced after alkali shock. The transcription start points of the kipR and yvdT genes were identified by primer extension experiments, and it appeared that the transcription is dependent on a vegetative sigma A-like promoter. To identify genes which are under the negative control of the transcriptional anti-activator PspA, a DNA macroarray experiment was carried out. It turned out that several genes are repressed by a factor of at least three under conditions of PspA overproduction. By using the Far-western blot technique, a protein which might interact with the PspA protein was identified. This protein has a molecular weight approximately 50 kDa. In addition, expression of the pst operon ( pst stay for phosphate-specific transport) was analyzed which is induced after phosphate starvation and after alkaline shock. The genes of this operon are involved in the phosphate transport into the cytoplasma. By Northern-blot experiments, it could be shown that all genes of this operon are alkali-inducible. When the transcriptional start point was determined by primer extension, it turned out to be identical to the one determined under phosphate limitation. This transcription start point is preceded by a typical sigmaA-type promoter. Furthermore, alkali-induction is dependent on the PhoP-PhoR two-component signal transduction system. Phosphate-uptake experiments revealed that the uptake of inorganic phosphate was completely abolished after increasing the external pH value.
-
Alterung und Seneszenz des Phloems und des Blattes von Ricinus communis L.
(2003)
-
Udo Jongebloed
- Die Seneszenz beinhaltet den letzten Abschnitt im Leben eines Blattes und umfasst die Entwicklung vom voll entfalteten Blatt bis zu seinem Tod. Das Schicksal der Siebröhren ist untrennbar mit jenem des Blattes verbunden. Zum einen drückt es in seinen Inhaltsstoffen den metabolischen Status des Blattes aus und zum anderen ist seine Funktionsfähigkeit eine Voraussetzung, um die Aufrechterhaltung bestimmter physiologischer Leistungen im Blatt zu garantieren. In dieser Arbeit wurde das Seneszenzgeschehen in Rizinusblättern charakterisiert und der Inhalt der Siebröhren analysiert. Ein Seneszenzcharakteristikum ist der Chlorophyllabbau und die damit verbundene Reduktion der photosynthetischen Kapazität des Blattes. Nach der vollständigen Expansion des Blattes sank die Nettophotosyntheserate in Rizinusblättern altersabhängig ab. Auch der Kohlenstoffgehalt des Blattgewebes nahm leicht ab, während die Kohlenhydratgehalte im Blattgewebe anstiegen. Der Stickstoffgehalt und alle gemessenen Stickstoffverbindungen nahmen mit zunehmendem Alter im Blattgewebe ab. Ursache könnte eine geringere Stickstoffassimilation des ausgewachsenen Blattes sein. Die Aktivität der Nitratreduktase deutet auf eine geringere Nitratassimilation im alten Blatt hin. Auch die Aktivität der Glutaminsynthetase sank mit steigendem Blattalter. Die niedrige Aktivität war auf den Verlust der chloroplastidären GS2 zurückzuführen, während das GS1-Protein erst im seneszenten Blatt eine verstärkte Aktivität zeigte. Die vermutliche Aufgabe der GS1 ist die Bereitstellung von Glutamin als wichtigste Verbindung für den Stickstoffexport aus dem alternden Blatt. Trotz dieser erhöhten GS1-Aktivität sank der Glutamingehalt im Siebröhrenexsudat mit dem Alter beträchtlich und schloss sich mit diesem Trend den sinkenden Aminosäuregehalten im Blatt an. Neben dem Kohlenstoff- und dem Stickstoffmetabolismus wurden die Schwefel-, Magnesium- und Kalzium gemessen. Diese Elemente häuften sich im Blattgewebe an. Für Kalium und Phosphor konnte keine solche Akkumulation gezeigt werden. Ihre Gehalte waren im ausgewachsenen Blatt hoch und sanken asymptotisch auf einen bestimmten Wert ab. Besonders der Stickstoffgehalt im Blattgewebe weist auf ein funktionstüchtiges Phloem im seneszenten Blatt hin. Aber auch die Elemente Kalium und Phosphor müssten mit dem Alter im ausgewachsenen Blatt akkumulieren, wenn das Phloem blockiert wäre. Selbst der Kohlenstoffgehalt des Blattes sank in den Versuchspflanzen trotz der akkumulierenden Kohlenhydratgehalte mit zunehmendem Blattalter ab. Obwohl die Anzahl der funktionstüchtig erscheinenden Siebröhren in der Mittelrippe mit dem Alter abnahm, ist also davon auszugehen, dass das letzte grüne Gewebe des Blattes, das Phloem, auch in seneszenten Blättern noch funktioniert. Im Siebröhrenexsudat sanken die Konzentrationen der Stickstoffverbindungen (vor allem Aminosäuren und z.T. Proteine) ab. Dies korrelierte mit den sinkenden Stickstoffgehalten im Blattgewebe. Die Saccharosekonzentration des Siebröhrenexsudates blieb mehr oder minder gleich. Saccharose stellt das Haupttransportmolekül des Kohlenstoffs in den Siebröhren dar. Glukose und Fruktose lagen in einer Konzentration von nur ungefähr 1 mM im Siebröhrenexsudat vor. Die Zusammensetzung der Proteine aus Siebröhrenexsudat seneszenter Blätter veränderte sich altersabhängig. Neben Proteinen, die zu jeder Zeit präsent waren, wurden Proteine gefunden, die in ihrer Menge zu- oder abnahmen und solche, die entweder im Siebröhrenexsudat alter Blätter neu auftauchten oder nicht mehr detektierbar waren. Oxidative Prozesse, die für die Seneszenz verantwortlich gemacht werden, scheinen bei der natürlichen Blattseneszenz in Rizinuspflanzen keine herausragende Rolle zu spielen. Zwar lagen in jungen Blättern oxidierte Proteine vor, aber dies änderte sich auch mit steigendem Blattalter nicht. Die Askorbatgehalte der Blätter stiegen leicht an, während die Askorbatkonzentrationen im Siebröhrenexsudat leicht sanken. Alles in allem wurden also keine nennenswerten Veränderungen des oxidativen Zustandes während der Entwicklung zum seneszenten Blatt gefunden. Die Hypothese, dass ein Verlust der Funktionsfähigkeit des Phloems möglicherweise der Auslöser der Blattseneszenz ist, wurde somit nicht als zutreffend erwiesen. Dennoch wurde ein partieller Verlust der Transportkapazität des Phloems durch die Akkumulation von Zuckern im Blattgewebe und der Abnahme funktionstüchtig erscheinender Siebröhren der Mittelrippe nachgewiesen. Eine wechselseitige Beeinflussung von Phloem und Blattgewebe hinsichtlich der Seneszenz, ist somit nicht auszuschließen.
-
Diversität von Nachtfaltergemeinschaften entlang eines Höhengradienten in Südecuador (Lepidoptera: Pyraloidea, Arctiidae)
(2003)
-
Dirk Suessenbach
- ZUSAMMENFASSUNG Entlang eines Höhengradienten (1040-2670 m ü. NN) wurde in einem Bergregenwald in Südecuador die Diversität der Nachtfalterüberfamilie Pyraloidea und der Familie der Arctiidae erforscht. Das Untersuchungsgebiet lag am Rande des Podocarpus-Nationalparks an der Ostabdachung der Anden, und die Studie war in eine dort lokalisierte interdisziplinäre Forschergruppe integriert. Die Nachtfalterartengemeinschaften wurden während dreier Feldaufenthalte im Frühjahr sowie im Herbst 1999 und Herbst 2000 mittels Lichtfang erfasst. Dies ergab eine Datenbasis von 10.344 Individuen der Pyraloidea verteilt auf 748 Arten und 4.491 Individuen der Arctiidae mit insgesamt 415 Arten. In dieser Dissertation werden diese beiden hochdiversen Herbivorentaxa hinsichtlich folgender Aspekte verglichen: Alpha-Diversität entlang des Höhengradienten, Artenwechsel mit wachsender Höhe, Einfluss abiotischer und biotischer Umweltparameter, die die Ausprägung der Diversitätsmuster erklären können, Änderung der vertikalen Verbreitungsbereiche der Nachtfalter und damit Prüfung von Rapoports Regel und jahreszeitliche Dynamik der Artengemeinschaften. Zur Quantifizierung der Alpha-Diversität der beiden Nachtfaltertaxa kamen, neben der reinen Artenzahl, Fishers Alpha, die "rarifizierte" Artenzahl und Extrapolationsverfahren zum Einsatz. Alle vier Maße ergaben nur gering voneinander abweichende Ergebnisse und zeigten deutlich, dass sich die beiden Taxa in der Veränderung ihrer Diversität mit der Höhe unterschieden. Die Diversität der Pyraloidea nahm mit der Höhe nahezu exponentiell ab. Ab ca. 2000-2200 m ü. NN blieb sie dann auf etwa gleichem Niveau. Die Diversität der Arctiidae veränderte sich im Höhenverlauf nur schwach und sank annähernd linear. Bei der Untersuchung der Beta-Diversität im Stationsgebiet konnten zwei erstaunliche Befunde gemacht werden. Zum einen wurde ein kontinuierlicher, gradueller Artenwechsel entlang der Höhe beobachtet. Es konnten keine distinkten Zonen, wie sie aus der Vegetationsanalyse des Untersuchungsgebietes bekannt sind und damit auch für die herbivoren Insekten zu erwarten waren, klassifiziert werden. Dies wurde mit Hilfe des NESS-Index und der nichtlinearen Multidimensionalen Skalierung als Ordinationsmethode quantifiziert. Zum anderen zeigte sich zwischen den beiden Nachtfalterfamilien eine außergewöhnliche Übereinstimmung im altitudinalen Artenwechsel. Um zu klären, welche Kräfte die unähnlichen Muster in der Alpha-Diversität einerseits und die verblüffend ähnlichen Muster der Nachtfalterfamilien im altitudinalen Artenwechsel andererseits bewirkten, wurden sowohl abiotische wie biotische Parameter in multiplen Regressionsmodellen auf ihren Erklärungswert getestet. Dabei wurden eigene Messungen der Temperatur und des Kronenschlusses und Daten über die Waldstruktur aus einer im selben Gebiet angefertigten Studie verwendet. Daten über die Diversität von Bäumen, Windern und Lianen waren nur für wenige Standorte verfügbar und konnten daher nur in einfachen bzw. Matrixkorrelationen mit den Erhebungen der Nachtfalter in Beziehung gesetzt werden. Die Temperatur war nach dem multiplen Regressionsmodell der einzige signifikante Parameter, der die Änderung der Diversität der Herbivoren mit der Höhe beeinflusste. In den Mustern der Beta-Diversität von Bäumen, Windern und Lianen fanden sich signifikante Übereinstimmungen mit den Matrizen beider Nachtfalterfamilien. Für die Untersuchung der Frage, ob es eine Zunahme der Höhenausdehnung der Verbreitung von Arten (= altitudinale Nischenbreite) mit der Höhe gab, wurden alle Arten ausgewählt, die mit mehr als 50 Individuen nachgewiesen worden waren. Damit sollten Sammelartefakte vermieden werden. Die Auswertungen - quantifiziert mit Hilfe der standardisierten Nischenbreite nach Levins (BA) - ergaben, dass für keines der beiden Nachtfaltertaxa eine Änderung der durchschnittlichen Höhenverbreitung mit zunehmender Meereshöhe zu finden ist. Damit widersprachen auch die Ergebnisse dieser Arbeit der sog. "altitudinalen Rapoport-Regel". Zur Untersuchung der Saisonalität dienten Teildatensätze aus den klimatisch extremsten Phasen im Jahr 1999 aus dem Kerngebiet der Reserva Biologica San Francisco. Ein Artenturnover war vorhanden. Nach genauerer Analyse der Daten konnte aber festgestellt werden, dass die kurze Trockenphase im Jahresverlauf keine ausgeprägte Saisonalität der Nachtfalter des Untersuchungsgebietes bewirkt hat und so die Voraussetzung für die Nutzung von Nachtfalterstichproben aus beliebigen Zeiten für Diversitätsvergleiche wenigstens näherungsweise gegeben war.
-
Social life-styles in caterpillars: Behavioral mechanisms and ecological consequences
(2002)
-
Claudia Ruf
- The present thesis investigates ecological advantages, ethological adaptations, and behavioral mechanisms connected with sociality in larval Lepidoptera. Data on social thermoregulation, larval communication, developmental benefits, and advantages of survival are presented to contribute to a better understanding of the evolution and maintenance of social systems in caterpillars. I put the main emphasis of this work on the highly social, tent building European lasiocampid moth Eriogaster lanestris. In a comparative study aspects of the social biology of E. lanestris were compared to its congener E. catax and the confamilial species Malacosoma neustria. In addition to these tent building, central-place foraging species a fourth, non-tent building nomadic butterfly species, Araschnia levana (Nymphalidae) was also studied. Caterpillars of E. lanestris are behavioral thermoregulators. In the laboratory (i.e. in the absence of solar radiation) tightly aggregated caterpillars are able to rise their body temperatures compared to ambient temperature for 2.5-3K. Temperature gains are based on metabolic heat production (Chapter 4). Under field conditions grouped caterpillars are able to stabilize their body temperatures between 30-35°C independent of ambient temperature as long as solar radiation is sufficient. Optimal body temperatures are achieved by changing positions in and on the tent frequently. The functionality of the tent is based on the reduction of convective heat exchange (Chapter 5). Foraging bouts of E. lanestris caterpillars are highly synchronized under field conditions. The number of foraging bouts is temperature dependent (influence on speed of digestion and walking). Plasticity in foraging patterns optimizes nutrient uptake and therefore minimize developmental time (Chapter 6). Caterpillars of E. lanestris use trail pheromones for communication. The pheromone is applied by dragging the ventral median sternite of the last abdominal segment over the substrate. Trails contain information about age and suitability of foraging sites, which is encoded by quantitative graduation of the trail marker (opposing processes of aging and (over)marking) (Chapters 7+8). Vibrations of the tent caused by the increasing restlessness of caterpillars at the end of the digestion phase turned out to be tightly linked to the emergence of larvae from the tent and are supposed to play a role for synchronizing the foraging bouts (Chapter 9). Costs of social behavior in E. lanestris are high under field conditions. Total colony mortality (i.e. the complete loss of a female’s offspring) of 100 exposed colonies was 48%. The majority of colony losses was connected to the previous loss of the tent, mostly initiated by heavy rainfalls (Chapter 10). Comparing E. lanestris to E. catax and M. neustria revealed that despite similar life-history traits and overlapping habitat requirements very different ecological strategies evolved with regard to egg size, tent building behavior, foraging strategies, and activity patterns (Chapter 11). Females of A. levana produce several egg clutches of different size over their life time. Caterpillar group size strongly influences development and survival. Single individuals develop more slowly and achieve smaller weights compared to groups of 10, 40 (=mean natural clutch size), or 80 individuals during the social phase of the caterpillars’ life (i.e. first to third instar). Mortality is highest in singly bred individuals and lowest in groups of 40. The advantage of grouping for survival is supposed to result from the strong collective regurgitation behavior which enables the caterpillars to ward off natural enemies (Chapters 12+13). The thesis shows with the example of E. lanestris that highly evolved social systems in larval Lepidoptera afford high parental and larval investment which may in turn lead to high advantages, e.g. with regard to large reductions in developmental time. The extended social phase requires highly sophisticated communication processes. In A. levana flexible egg deposition leads to higher plasticity with regard to the costs of sociality. Nevertheless, physiological and ecological advantages of group living are evident as well.
-
Die Funktion der Separase bei der Schwesterchromatiden-Trennung in Drosophila melanogaster
(2002)
-
Hubert Jäger
- Grundvoraussetzung für den Erhalt der genetischen Stabilität während der Zellteilung ist die akkurate Verteilung der Schwesterchromatiden auf die entstehenden Tochterzellen. Diese Verteilung erfordert die gleichzeitige Trennung aller Schwesterchromatiden am Metaphasen/Anaphasen-Übergang. Die Drosophila Proteine PIM und THR, die in vivo in einem Komplex vorliegen sind essentiell für die Trennung der Schwesterchromatiden im Verlauf der Mitose. Keines dieser Proteine zeigt signifikante Sequenzübereinstimmungen zu bekannten Proteinen. PIM weist jedoch funktionelle Gemeinsamkeiten zur Klasse der Securine auf. Es wird wie andere Securine am Metaphasen/Anaphasen-Übergang proteolytisch abgebaut, wodurch die Trennung der Schwesterchromatiden ermöglicht wird. Die Securine sind die inhibitorischen Untereinheiten der Separasen, einer konservierten Familie von Cystein-Endoproteasen. Der Abbau der Securine führt zur Aktivierung der Separasen, die über die Spaltung einer konservierten Kohäsin-Untereinheit die Trennung der Schwesterchromatiden einleiten. Um zu untersuchen, inwiefern PIM ebenfalls für die Regulation der Separase-Aktivität verantwortlich ist, wurde in dieser Arbeit das Drosophila Separase-Homolog (SSE) charakterisiert. SSE weist etwa nur die Hälfte bis ein Drittel der Größe von weiteren Separasen auf, und auch die Endoproteasedomäne ist divergent, weshalb SSE ein entferntes Mitglied der Separase-Familie darstellt. Dennoch zeigen die zytologischen Studien an Sse-Mutanten, dass SSE eine essentielle Funktion im Verlauf der mitotischen Separation der Schwesterchromatiden wahrnimmt. Zusätzlich interagiert SSE direkt mit dem Securin PIM aber auch mit dem Securin-assoziierten THR. Insofern unterscheidet sich der ternäre Drosophila Separase-Komplex klar von den binären Separase-Komplexen aus Organismen mit einer „großen“ Separase. Two-Hybrid-Experimente in der Hefe legen jedoch nahe, dass THR funktionell dem N-terminalen Bereich der „großen“ Separasen gleichzusetzen ist. Diese Interaktionsstudien lassen somit Parallelen im Aufbau des humanen und des Drosophila Separase-Komplexes erkennen. Diese Resultate lassen auch vermuten, dass in D. melanogaster eine Aufspaltung einer ursprünglich „großen“ Separase in die beiden Proteine SSE und THR erfolgt ist. Die Identifikation von Sse- und thr-Orthologen aus entfernt verwandten Drosophiliden legt den Schluss nahe, dass die zugrundeliegende Genspaltung vor mindestens 40-60 Millionen Jahren stattgefunden hat.
-
Ökologische Untersuchungen an der Schlingnatter (Coronella austriaca Laurenti 1768)
(2002)
-
Daniel Käsewieter
- In den Jahren 2000 und 2001 wurde am bayerischen Lech zwischen Landsberg/Lech und der Mündung in die Donau eine Untersuchung über die Biologie und Ökologie der Schlingnatter (Coronella austriaca) durchgeführt. Dabei wurden in den acht Untersuchungsgebieten im Jahr 2000 52 Individuen und im Jahr 2001 74 Individuen erfasst. Ein Schwerpunkt der Art liegt südlich von Augsburg zwischen den Staustufen 19 und 23. Als wichtigste Fundpunkte konnten die steinernen Uferbefestigungen, die Lechdämme sowie Wegränder identifiziert werden. Wird die Umgebung der Fundpunkte in die Analyse mit einbezogen, so gewinnen Hecken und Lechheiden an Bedeutung. Die Auswertung ergab, dass es vor allem die linienhaften Lebensräume waren, die für die Besiedlung durch die Schlingnatter maßgeblich waren. Von entscheidender Bedeutung waren außerdem die deutlich erhöhten Grenzliniendichten in den Schlingnatterlebensräumen. Besonders wichtige Strukturelemente waren Rohbodensituationen, Steine sowie Altgrasbüschel. Die Schlingnatter konnte zwischen April und Oktober beobachtet werden, der Beobachtungsschwerpunkt entfiel auf die Sommermonate Juli und August. Im Verlauf beider Jahre kristallisierten sich zwei getrennte Häutungsperioden heraus: die erste im Juni, die zweite von Ende Juli bis Mitte August. Ein Schwerpunkt der Arbeit lag in der Anwendung radiotelemetrischer Methoden, um neue Erkenntnisse über die Migration sowie die Raumnutzung verschiedener Individuen zu gewinnen. Dabei wurde festgestellt, dass Männchen durchschnittlich etwas weitere Strecken zurücklegen als die nichtträchtigen Weibchen, während die trächtigen Weibchen sehr ortstreu waren. Als maximale Distanzen konnten bei Männchen 6,6 km, bei Weibchen 4,5 km festgestellt werden. Die durchschnittliche Tagesdistanz aller Individuen lag bei ca. 10 Meter pro Tag. Die Männchen besetzten home-ranges von bis 2,9 ha, die Weibchen nur etwa 0,5 ha. Als Besonderheit kann gelten, dass ein Weibchen zweimal die Lechseite gewechselt hat. Die Weibchen der Population waren durchschnittlich mit 61,5 cm etwas kleiner als die Männchen mit 62,4 cm. Der Quotient von Gesamtlänge zu Schwanzlänge war bei den Männchen signifikant kleiner als bei den Weibchen. 90 % aller beobachteten Tiere waren größer als 40 cm, dagegen waren juvenile und semiadulte Schlangen kaum im Freiland zu beobachten. Das Geschlechterverhältnis war leicht männchendominiert (1: 0,76). Die juvenilen Schlingnattern kamen zwischen 29.07. und 09.09. zur Welt. Dabei wogen sie durchschnittlich 2,7 Gramm (1,9 Gramm bis 3,5 Gramm). Die Zahl der Jungtiere pro Wurf lag bei 6,6 (4-10). Es ergab sich kein Zusammenhang zwischen Gewicht oder Länge der Mütter und der Anzahl ihrer Jungen, dem Gesamtgewicht der Jungtiere sowie dem durchschnittlichen Gewicht pro Jungtier. Die Mütter investierten etwa 40 % ihres Körpergewichtes in ihren Nachwuchs. Alle Indizien sprechen für einen zweijährigen Fortpflanzungszyklus der weiblichen Schlingnattern in der Lechtalpopulation. Die Neugeborenen nahmen von selbst nur Reptilien (Zauneidechsen (Lacerta agilis) und Blindschleichen (Anguis fragilis)) als Nahrung an. An Babymäuse konnten sie durch Zwangsfütterung gewöhnt werden. Zwischen Geburt und Überwinterung nahmen die Schlangen zwischen 0 und 1,1 Gramm zu. Die Schlangen, die sich von Reptilien ernährten, konnten dabei etwas mehr an Gewicht zunehmen, als diejenigen, die sich von Mäusen ernährten. Das Wintergewicht der Reptiliengruppe lag ebenfalls über dem der Säugergruppe. Es stellte sich heraus, dass das Gewicht der Jungschlangen vor der Überwinterung den entscheidenden Faktor für deren Überleben darstellt. Daher kommt der ausreichenden Verfügbarkeit der beiden potentiellen Beutetierarten Zauneidechse und Blindschleiche große Bedeutung zu. Die Blindschleiche ist im Projektgebiet als durchaus häufig zu bezeichnen. Sie wurde in alle UG regelmäßig beobachtet, insbesondere in den Lechheiden und an Wegrändern. Die Populationsstruktur der Blindschleiche ist sowohl was die Geschlechter betrifft, als auch in Bezug auf die Größenklassen gleichmäßig besetzt. Die Zauneidechse konnte ebenfalls in allen UG beobachtet werden, jedoch schwankt ihre Zahl von Jahr zu Jahr erheblich. Von diesen Schwankungen sind vor allem juvenile Tiere betroffen. Der bevorzugte Lebensraum der Zauneidechse ist ebenfalls in den Lechheiden zu finden. Auch die beiden anderen im Lechtal vorkommenden Schlangenarten Kreuzotter (Vipera berus) und Ringelnatter (Natrix natrix) sind häufig mit der Schlingnatter syntop anzutreffen. Für den Schutz der Art ergeben sich daraus logische Konsequenzen: die Populationen der Nahrungstiere müssen gestützt werden, um das Überleben der Jungtiere zu sichern; die Teilpopulationen müssen vernetzt werden, um einen notwendigen Individuenaustausch zu ermöglichen; die Lebensräume der Schlingnatter müssen vergrößert werden, um ausreichend Raum für individuenstarke Populationen zu schaffen.
-
Funktion und Regulation von D- und E-Typ-Cyclin-Cdk-Komplexen während der Entwicklung von Drosophila
(2002)
-
Claas Aiko Meyer
- In dem vorliegenden Dokument werden 3 Originalarbeiten (s. S. 35) zusammengefasst. Die Embryonalentwicklung eines Vielzellers beginnt im allgemeinen mit einer Pha-se exponentieller Zellproliferation. Anschließend erfolgt in den meisten Zellen ein Zellproliferationsarrest und die terminale Zelldifferenzierung. Hierbei muss das Ausmaß der Zellproliferation mit anderen Entwicklungsvorgängen wie Musterbil-dung und Wachstum abgestimmt werden. Der G1/S-Übergang im Zellzyklus ist ein wichtiger Kontrollpunkt für die Zellproliferation. Hier wird in der Zelle entschieden, ob die DNA in einer S-Phase repliziert und ein weiterer Zellteilungszyklus durchlaufen wird. Die Aktivität von Cyclin E-Cdk(Cyclin-dependent kinase)2-Proteinkomplexen ist essentiell für den Eintritt in die S-Phase. Umgekehrt erfordert der Austritt aus der Zellproliferation zum korrekten Zeitpunkt in der Entwicklung die Inaktivierung von Cyclin E-Cdk2-Komplexen. Es wird allgemein angenommen, dass Cyclin E-Cdk2-Komplexe durch Cyclin D-Cdk4-Komplexe reguliert werden. So phosphorylieren Cyclin D-abhängige Kina-sen das Retinoblastoma-Protein Rb, wodurch die Repression von Klasse I-Zielgenen des Rb-Signalwegs, wie Cyclin E, beendet wird. Anschließend kommt es infolge der Cyclin E-Aktivierung zur Hyperphosphorylierung von Rb durch Cyc-lin E-Cdk2-Komplexe. Dies bewirkt die Freisetzung und Aktivierung von E2F-Transkriptionsfaktoren, welche die Expression von S-Phasen-Genen kontrollieren. Um die funktionelle Bedeutung von Cyclin D-Cdk4-Komplexen während der Entwicklung zu untersuchen, wurde in dieser Arbeit eine Cdk4-Nullmutation in Drosophila melanogaster charakterisiert. Überraschenderweise entwickeln sich adulte Fliegen auch in Abwesenheit jeglicher Cdk4-Funktion. Cdk4-Mutanten sind allerdings von reduzierter Größe und eingeschränkter Fertilität. Cdk4 ist daher nicht essentiell für die Zellproliferation. Vielmehr konnte gezeigt werden, dass Cyclin D-Cdk4-Komplexe eine wachstumsstimulatorische Funktion besitzen und für das Wachstum sowohl der einzelnen Zelle als auch des gesamten Organismus benötigt werden. Konditionale Überexpression von Cyclin D und Cdk4 zeigt, dass Cyclin D-Cdk4-Komplexe im Rb-Signalweg wirken und unabhängig von Cyclin E die Transkription von RnrS in physiologischer Stärke induzieren. RnrS kodiert für die kleine Untereinheit der Ribonukleotidreduktase und ist ein bekanntes Zielgen von E2F-Transkriptionsfaktoren. Die Überexpression von Cyclin D-Cdk4 in der embry-onalen Epidermis kann jedoch den rechtzeitigen Austritt aus dem Zellzyklus nicht verhindern. Cyclin D-Cdk4-Komplexe sind daher keine Entscheidungsträger über Ein- und Austritt aus der Zellproliferation. Im Gegensatz zu Cyclin D-Cdk4-Komplexen müssen Cyclin E-Cdk2-Komplexe inhibiert werden, um einen rechtzeitigen Zellproliferationsarrest sicher-zustellen. Für die rechtzeitige Inhibition wird beginnend in der G2-Phase vor der terminalen Mitose das dacapo(dap)-Gen exprimiert. DAP-Protein bindet an Cyclin E-Cdk2-Komplexe und inhibiert diese. In dieser Arbeit wurde untersucht, welche Mechanismen die embryonale Ex-pression von dap und damit den Austritt aus dem Zellzyklus steuern. Die Analyse verschiedener Mutanten hat gezeigt, dass dap-Expression auch unabhängig vom vollständigen Ablauf des Zellproliferationsprogramms direkt durch Zellschicksals-determinanten reguliert wird. Eine Analyse der genomischen 5´-Kontrollregion von dap mit Hilfe von Deletions- und Reporterkonstrukten ergab, dass die Expression von dap in verschiedenen Geweben durch unabhängige Enhancermodule gesteu-ert wird. An einem dieser Enhancer wirkt der HOX-Transkriptionsfaktor Abdominal B (ABD-B), der eine zentrale Bedeutung für die Spezifizierung von Entwicklungs-schicksalen besitzt. Die 5´-Kontrollregion von dap spielt daher eine wichtige Rolle bei der Koordination von Entwicklungschicksal und Zellproliferation.
-
Diversity of geometrid moths in a montane rainforest in Ecuador
(2002)
-
Gunnar Brehm
- The diversity of the very species-rich family of geometrid moths was investigated in a montane forest at the border of the Podocarpus National Park in southern Ecuador along an altitudinal gradient ranging from 1,040 m to 2,677 m above sea level. This study is part of a larger interdisciplinary project on diversity and functioning of a montane forest ecosystem. A total of 13,938 moths representing 1,010 species were sampled in light-traps at eleven elevational levels (two replicate sites each). Most species belonged to the subfamily Ennominae (500 sp.), followed by Larentiinae (391 sp.), Sterrhinae (58 sp.), Geometrinae (57 sp.), Oenochrominae (3 sp.), and Desmobatrinae (1 sp.). The study covers aspects of host-plant relationships, community structure, endemism, alpha-, beta-, and gamma-diversity. The role of different environmental factors as mechanisms for the diversity of the moths is discussed. Furthermore, methodological aspects of light-trap sampling, and selection of appropriate diversity measures and analytical tools are considered in this study.
-
Regulation der Transkription durch das Ubiquitin/Proteasom-System
(2002)
-
Michael Rape
- Ein Großteil eukaryontischer Proteine wird nach regulierter Modifikation mit Ubiquitin durch das 26S-Proteasom abgebaut. In wenigen bisher bekannten Fällen wird ein ubiquitiniertes Protein durch diese Protease zwar erkannt, jedoch nur teilweise degradiert. Diese regulierte Ubiquitin/Proteasom-abhängige Prozessierung (RUP) wurde bei den Transkriptionsfaktoren NF-kB aus Säugerzellen sowie SPT23 und MGA2 aus der Bäckerhefe S. cerevisiae beobachtet. In dieser Arbeit wurde zunächst der Mechanismus der proteasomalen Prozes-sierung des Transkriptionsfaktors SPT23 analysiert. SPT23 wird als integrales Mem-branprotein des Endoplasmatischen Retikulums synthetisiert. Dort wird es durch die Ubiquitin-Ligase RSP5 ubiquitiniert und durch das 26S-Proteasom in eine verkürzte 90kDa-Form prozessiert. Die proteasomale Prozessierung von SPT23 setzt die Ausbildung von Homodimeren voraus und resultiert in einem stabilen Komplex aus Prozessierungssubstrat (SPT23 p90) und Dimerisierungspartner (SPT23 p120). In diesem Komplex liegt SPT23 p90 als monoubiquitiniertes Protein vor und wird so durch die konservierte CDC48UFD1/NPL4-Segregase, die in dieser Arbeit für S. cerevisiae beschrieben wurde, erkannt. CDC48UFD1/NPL4 entwindet in einer ATP-abhängigen Reaktion den membranständigen Komplex und ermöglicht den Transport von SPT23 p90 in den Zellkern. Interessanterweise erkennt CDC48UFD1/NPL4 präferentiell ubiquitinierte Proteine und ist daher ein ubiquitin-selektives Enzym. SPT23 p90 kontrolliert die Transkription der D9-Fettsäuredesaturase OLE1. Es konnte gezeigt werden, daß die Inaktivierung des Transkriptionsfaktors im Zellkern mit Hilfe des E4-Enzyms UFD2 erfolgt. Dieser Ubiquitinierungsfaktor fördert die Multiubiquitinierung von SPT23 p90 und führt es dem proteasomalen Abbau zu. Mit SPT23 p90 konnte damit das erste natürliche Substrat des E4-Enzyms UFD2 in S. cerevisiae identifiziert werden. Interessanterweise wird UFD2 mit dem Substrat und der Segregase CDC48 in einen ternären Komplex rekrutiert. In diesem Komplex kann CDC48 die Aktivität des Multiubiquitinierungsfaktors UFD2 regulieren. Die beobachteten Reaktionen sind von physiologischer Relevanz. Ist die durch UFD2 vermittelte Inaktivierung von SPT23 p90 gestört, können Zellen die OLE1-Transkription in Gegenwart ungesättigter Fettsäuren nicht reprimieren. Diese Produkte der von OLE1 katalysierten Reaktion sind dadurch für UFD2-Deletions-mutanten toxisch. Die vorgestellten Daten veranschaulichen, wie ein Transkriptionsfaktor mit Hilfe des Ubiquitin/Proteasom-Systems reguliert werden kann. Das bereits synthetisierte Protein kann durch Prozessierung und Mobilisierung schnell aktiviert werden, wobei gleichzeitig die Lebensdauer der aktiven Form begrenzt wird. Dies gibt der Hefezelle die Möglichkeit, sich effizient variablen Umweltbedingungen anzupassen.
-
In vitro-Selektion am lentiviralen Transaktivator-Protein aus HIV-1
(2002)
-
Gesa Jonas
- In der vorliegenden Arbeit konnte für das lentivirale Transaktivatorprotein HIV-1-Tat ein ternäres Phagen-Display-System etabliert werden. Die Bindung von phagenpräsentiertem HIV-Tat an HIV-TAR-RNA erfolgt im Phagen-Display nur mit geringer Affinität. Durch die Erweiterung des Tat-TAR-Phagen-Displays mit dem zellulären Kofaktor Cyclin T1 konnte die Affinität und Spezifität der Bindung von HIV-Tat an HIV-TAR-RNA gesteigert werden. Somit konnte zum ersten Mal der in vitro und in vivo dokumentierte Einfluss eines Kofaktors in einem Phagen-Display-System reproduziert werden. Bereits durch erste funktionelle Tests des ternären Phagen-Display-Systems konnte gezeigt werden, dass der Verlust der basischen Aminosäuren der basischen Sequenzdomäne von HIV-Tat keine negative Auswirkung auf die Wechselwirkung zwischen Cyclin T1 und HIV-Tat hat. Für die weitere Untersuchung der Rolle der Aminosäuren der basischen Sequenzdomäne wurden voneinander unabhängige Tat-random-Bibliotheken konstruiert, in denen die Aminosäurepositionen R49, K50, K51, R52 bzw. die Aminosäurepositionen R53, R55, R56, R57 vollständig randomisiert wurden. Zusätzlich wurde eine Tat-C31S-random-Bibliothek basierend auf der Mutante Tat-C31S konstruiert, in der die Randomisierung an den Positionen R53, R55, R56, R57 erfolgte. Die Bibliotheken erwiesen sich mit einer Anzahl an unabhängigen Klonen zwischen 1,1 x 106 und 1,5 x106 als ausreichend divers für eine Selektion. Das Selektionssystem ermöglicht die Anreicherung von Tat-Varianten, die tatsächlich unter den gegebenen Selektionsbedingungen d.h. in Anwesenheit oder Abwesenheit von Cyclin T1 an TAR-RNA binden. Tat-wt wurde in keiner der Selektionen angereichert. Ebenso wurde keine Präferenz für basische Aminosäuren erhalten. Sie scheinen für die Bindung von HIV-Tat an TAR-RNA nicht notwendig zu sein. Alle selektierten Tat-Varianten besitzen die Fähigkeit, einen ternären Tat-TAR-Cyclin T1-Komplex auszubilden. Alle charakterisierten Tat-Varianten besitzen in vivo Transaktivierungsaktivität, die mit der Lokalisation der Tat-Variante in der Zelle korreliert ist. Tat-Varianten, die ausschließlich im Kern lokalisieren, weisen die größte Aktivität auf, während Tat-Varianten, die nur in geringem Maß in die Zelle gelangen auch nur eine geringe Aktivität aufweisen. Die Anhäufung von Argininen und Lysinen innerhalb eines Peptides übt keinen entgegengesetzten Selektionsdruck aus. Dies konnte durch die Selektion einer Ph.D.12-Peptidbibliothek nachgewiesen werden. Unter verschiedenen Selktionsbedingungen konnten Peptide selektiert werden, die mit verschiedenen Affinitäten und Spezifitäten TAR-RNA binden. Unter unspezifischen Bedingungen konnte ein Peptid mit einer großen Anzahl an basischen Aminosäuren gefunden werden, welches hochaffin aber unspezifisch an TAR-RNA bindet. Im Gegensatz dazu wurden unter spezifischen Bedingungen Peptide gefunden, die mit hoher Affinität spezifisch an TAR-RNA binden. In dieser Arbeit wurde zum ersten Mal ein ternäres Phagen-Display-System für die Untersuchung von Protein-RNA Wechselwirkungen genutzt. Damit gelang es, Aufschluss über die Bedeutung der basischen Sequenzdomäne von HIV-1-Tat für die Bindung an TAR RNA zu erhalten.
