@phdthesis{Broeker2012,
  author    = {Br{\"o}ker, Nina Kristin},
  title     = {Die Erkennung komplexer Kohlenhydrate durch das Tailspike Protein aus dem Bakteriophagen HK620},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-60366},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Kohlenhydrate stellen aufgrund der strukturellen Vielfalt und ihrer oft exponierten Lage auf Zelloberfl{\"a}chen wichtige Erkennungsstrukturen dar. Die Wechselwirkungen von Proteinen mit diesen Kohlenhydraten vermitteln einen spezifischen Informationsaustausch. Protein-Kohlenhydrat-Interaktionen und ihre Triebkr{\"a}fte sind bislang nur teilweise verstanden, da nur wenig strukturelle Daten von Proteinen im Komplex mit vorwiegend kleinen Kohlenhydraten erh{\"a}ltlich sind. Mit der vorliegenden Promotionsarbeit soll ein Beitrag zum Verst{\"a}ndnis von Protein-Kohlenhydrat-Wechselwirkungen durch Analysen struktureller Thermodynamik geleistet werden, um zuk{\"u}nftig Vorhersagen mit zuverl{\"a}ssigen Algorithmen zu erlauben. Als Modellsystem zur Erkennung komplexer Kohlenhydrate diente dabei das Tailspike Protein (TSP) aus dem Bakteriophagen HK620. Dieser Phage erkennt spezifisch seinen E. coli-Wirt anhand der Oberfl{\"a}chenzucker, der sogenannten O-Antigene. Dabei binden die TSP des Phagen das O-Antigen des Lipopolysaccharids (LPS) und weisen zudem eine hydrolytische Aktivit{\"a}t gegen{\"u}ber dem Polysaccharid (PS) auf. Anhand von isolierten Oligosacchariden des Antigens (Typ O18A1) wurde die Bindung an HK620TSP und verschiedener Varianten davon systematisch analysiert. Die Bindung der komplexen Kohlenhydrate durch HK620TSP zeichnet sich durch große Interaktionsfl{\"a}chen aus. Durch einzelne Aminos{\"a}ureaustausche im aktiven Zentrum wurden Varianten generiert, die eine tausendfach erh{\"o}hte Affinit{\"a}t (KD ~ 100 nM) im Vergleich zum Wildtyp-Protein (KD ~ 130 μM) aufweisen. Dabei zeichnet sich das System dadurch aus, dass die Bindung bei Raumtemperatur nicht nur enthalpisch, sondern auch entropisch getrieben wird. Ursache f{\"u}r den g{\"u}nstigen Entropiebeitrag ist die große Anzahl an Wassermolek{\"u}len, die bei der Bindung des Hexasaccharids verdr{\"a}ngt werden. R{\"o}ntgenstrukturanalysen zeigten f{\"u}r alle TSP-Komplexe außer f{\"u}r Variante D339N unabh{\"a}ngig von der Hexasaccharid-Affinit{\"a}t analoge Protein- und Kohlenhydrat-Konformationen. Dabei kann die Bindestelle in zwei Regionen unterteilt werden: Zum einen befindet sich am reduzierenden Ende eine hydrophobe Tasche mit geringen Beitr{\"a}gen zur Affinit{\"a}tsgenerierung. Der Zugang zu dieser Tasche kann ohne große Affinit{\"a}tseinbuße durch einen einzelnen Aminos{\"a}ureaustausch (D339N) blockiert werden. In der zweiten Region kann durch den Austausch eines Glutamats durch ein Glutamin (E372Q) eine Bindestelle f{\"u}r ein zus{\"a}tzliches Wassermolek{\"u}l generiert werden. Die Rotation einiger Aminos{\"a}uren bei Kohlenhydratbindung f{\"u}hrt zur Desolvatisierung und zur Ausbildung von zus{\"a}tzlichen Wasserstoffbr{\"u}cken, wodurch ein starker Affinit{\"a}tsgewinn erzielt wird. HK620TSP ist nicht nur spezifisch f{\"u}r das O18A1-Antigen, sondern erkennt zudem das um eine Glucose verk{\"u}rzte Oligosaccharid des Typs O18A und hydrolysiert polymere Strukturen davon. Studien zur Bindung von O18A-Pentasaccharid zeigten, dass sich die Triebkr{\"a}fte der Bindung im Vergleich zu dem zuvor beschriebenen O18A1-Hexasaccharid verschoben haben. Durch Fehlen der Seitenkettenglucose ist die Bindung im Vergleich zu dem O18A1-Hexasaccharid weniger stark entropisch getrieben (Δ(-TΔS) ~ 10 kJ/mol), w{\"a}hrend der Enthalpiebeitrag zu der Bindung g{\"u}nstiger ist (ΔΔH ~ -10 kJ/mol). Insgesamt gleichen sich diese Effekte aus, wodurch sehr {\"a}hnliche Affinit{\"a}ten der TSP-Varianten zu O18A1-Hexasaccharid und O18A-Pentasaccharid gemessen wurden. Durch die Bindung der Glucose werden aus einer hydrophoben Tasche vier Wassermolek{\"u}le verdr{\"a}ngt, was entropisch stark beg{\"u}nstigt ist. Unter enthalpischen Aspekten ist dies ebenso wie einige Kontakte zwischen der Glucose und einigen Resten in der Tasche eher ung{\"u}nstig. Die Bindung der Glucose in die hydrophobe Tasche an HK620TSP tr{\"a}gt somit nicht zur Affinit{\"a}tsgenerierung bei und es bleibt zu vermuten, dass sich das O18A1-Antigen-bindende HK620TSP aus einem O18A-Antigen-bindenden TSP evolution{\"a}r herleitet. In dem dritten Teilprojekt der Dissertation wurde der Infektionsmechanismus des Phagen HK620 untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass analog zu dem verwandten Phagen P22 die Ejektion der DNA aus HK620 allein durch das Lipopolysaccharid (LPS) des Wirts in vitro induziert werden kann. Die Morphologie und Kettenl{\"a}nge des LPS sowie die Aktivit{\"a}t von HK620TSP gegen{\"u}ber dem LPS erwiesen sich dabei als essentiell. So konnte die DNA-Ejektion in vitro auch durch LPS aus Bakterien der Serogruppe O18A induziert werden, welches ebenfalls von dem TSP des Phagen gebunden und hydrolysiert wird. Diese Ergebnisse betonen die Rolle von TSP f{\"u}r die Erkennung der LPS-Rezeptoren als wichtigen Schritt f{\"u}r die Infektion durch die Podoviren HK620 und P22.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Basler2012,
  author    = {Basler, Georg},
  title     = {Mass-balanced randomization : a significance measure for metabolic networks},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-62037},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Complex networks have been successfully employed to represent different levels of biological systems, ranging from gene regulation to protein-protein interactions and metabolism. Network-based research has mainly focused on identifying unifying structural properties, including small average path length, large clustering coefficient, heavy-tail degree distribution, and hierarchical organization, viewed as requirements for efficient and robust system architectures. Existing studies estimate the significance of network properties using a generic randomization scheme - a Markov-chain switching algorithm - which generates unrealistic reactions in metabolic networks, as it does not account for the physical principles underlying metabolism. Therefore, it is unclear whether the properties identified with this generic approach are related to the functions of metabolic networks. Within this doctoral thesis, I have developed an algorithm for mass-balanced randomization of metabolic networks, which runs in polynomial time and samples networks almost uniformly at random. The properties of biological systems result from two fundamental origins: ubiquitous physical principles and a complex history of evolutionary pressure. The latter determines the cellular functions and abilities required for an organism's survival. Consequently, the functionally important properties of biological systems result from evolutionary pressure. By employing randomization under physical constraints, the salient structural properties, i.e., the smallworld property, degree distributions, and biosynthetic capabilities of six metabolic networks from all kingdoms of life are shown to be independent of physical constraints, and thus likely to be related to evolution and functional organization of metabolism. This stands in stark contrast to the results obtained from the commonly applied switching algorithm. In addition, a novel network property is devised to quantify the importance of reactions by simulating the impact of their knockout. The relevance of the identified reactions is verified by the findings of existing experimental studies demonstrating the severity of the respective knockouts. The results suggest that the novel property may be used to determine the reactions important for viability of organisms. Next, the algorithm is employed to analyze the dependence between mass balance and thermodynamic properties of Escherichia coli metabolism. The thermodynamic landscape in the vicinity of the metabolic network reveals two regimes of randomized networks: those with thermodynamically favorable reactions, similar to the original network, and those with less favorable reactions. The results suggest that there is an intrinsic dependency between thermodynamic favorability and evolutionary optimization. The method is further extended to optimizing metabolic pathways by introducing novel chemically feasibly reactions. The results suggest that, in three organisms of biotechnological importance, introduction of the identified reactions may allow for optimizing their growth. The approach is general and allows identifying chemical reactions which modulate the performance with respect to any given objective function, such as the production of valuable compounds or the targeted suppression of pathway activity. These theoretical developments can find applications in metabolic engineering or disease treatment. The developed randomization method proposes a novel approach to measuring the significance of biological network properties, and establishes a connection between large-scale approaches and biological function. The results may provide important insights into the functional principles of metabolic networks, and open up new possibilities for their engineering.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Branscheid2012,
  author    = {Branscheid, Anja},
  title     = {Phosphate homeostasis and posttranscriptional gene regulation during arbuscular mycorrhizal symbiosis in Medicago truncatula},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-62106},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Since available phosphate (Pi) resources in soil are limited, symbiotic interactions between plant roots and arbuscular mycorrhizal (AM) fungi are a widespread strategy to improve plant phosphate nutrition. The repression of AM symbiosis by a high plant Pi-status indicates a link between Pi homeostasis signalling and AM symbiosis development. This assumption is supported by the systemic induction of several microRNA399 (miR399) primary transcripts in shoots and a simultaneous accumulation of mature miR399 in roots of mycorrhizal plants. However, the physiological role of this miR399 expression pattern is still elusive and offers the question whether other miRNAs are also involved in AM symbiosis. Therefore, a deep sequencing approach was applied to investigate miRNA-mediated posttranscriptional gene regulation in M. truncatula mycorrhizal roots. Degradome analysis revealed that 185 transcripts were cleaved by miRNAs, of which the majority encoded transcription factors and disease resistance genes, suggesting a tight control of transcriptional reprogramming and a downregulation of defence responses by several miRNAs in mycorrhizal roots. Interestingly, 45 of the miRNA-cleaved transcripts showed a significant differentially regulated between mycorrhizal and non-mycorrhizal roots. In addition, key components of the Pi homeostasis signalling pathway were analyzed concerning their expression during AM symbiosis development. MtPhr1 overexpression and time course expression data suggested a strong interrelation between the components of the PHR1-miR399-PHO2 signalling pathway and AM symbiosis, predominantly during later stages of symbiosis. In situ hybridizations confirmed accumulation of mature miR399 in the phloem and in arbuscule-containing cortex cells of mycorrhizal roots. Moreover, a novel target of the miR399 family, named as MtPt8, was identified by the above mentioned degradome analysis. MtPt8 encodes a Pi-transporter exclusively transcribed in mycorrhizal roots and its promoter activity was restricted to arbuscule-containing cells. At a low Pi-status, MtPt8 transcript abundance inversely correlated with a mature miR399 expression pattern. Increased MtPt8 transcript levels were accompanied by elevated symbiotic Pi-uptake efficiency, indicating its impact on balancing plant and fungal Pi-acquisition. In conclusion, this study provides evidence for a direct link of the regulatory mechanisms of plant Pi-homeostasis and AM symbiosis at a cell-specific level. The results of this study, especially the interaction of miR399 and MtPt8 provide a fundamental step for future studies of plant-microbe-interactions with regard to agricultural and ecological aspects.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Fleischmann2012,
  author    = {Fleischmann, Tobias},
  title     = {Deletion plastid{\"a}rer ribosomaler Proteine in Nicotiana tabacum im Kontext reduktiver Genomevolutionund Entwicklung einer Hochdurchsatzplattform zur Analysevon miRNAs in Chlamydomonas reinhardtii},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-60393},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Im Rahmen des ersten Teils der vorliegenden Doktorarbeit konnten zwei nicht-essentielle (rps15, rpl36) und f{\"u}nf essentielle (rps3, rps16, rpl22, rpl23, rpl32) im Plastom von Nicotiana tabacum kodierte Proteine des plastid{\"a}ren Ribosoms bez{\"u}glich ihrer Essentialit{\"a}t charakterisiert werden. Diese Gene wurden durch gezielte Knockout-Experimente inaktiviert und die resultierenden Effekte untersucht. Die Ergebnisse lassen einen R{\"u}ckschluss auf die Lokalisation der Gene der insgesamt sieben untersuchten ribosomalen Proteine zu, die im Plastom mehrerer parasitischer, Plastiden-besitzender Spezies nicht mehr nachweisbar sind. Im Fall von rps15 k{\"o}nnte tats{\"a}chlich ein Verlust des Genes stattgefunden haben, im Fall der restlichen Gene ist eher mit einem Transfer in den Nukleus zu rechnen (rpl36 ausgenommen). Dies w{\"u}rde bedeuten, dass die Geschwindigkeit der erfolgreichen Etablierung eines Gentransfers in vielen parasitischen Spezies gegen{\"u}ber gr{\"u}nen Pflanzen stark erh{\"o}ht ist. Alle in E. coli nicht-essentiellen Proteine mit Homologen in Plastiden (rps15, rpl33, rpl36) sind auch dort, trotz ~1,5 Milliarden Jahren getrennter Evolution, nicht essentiell. Dieses Ergebnis best{\"a}tigt den schon fr{\"u}her festgestellten hohen Konservierungsgrad der bakteriellen und plastid{\"a}ren Translationsmaschinerien. Die Ph{\"a}notypen der KO-Pflanzen der nicht-essentiellen Gene (rps15, rpl36) weisen auf eine interessante Rolle von S15 w{\"a}hrend der Ribosomenassemblierung hin und im Fall von L36 auf eine wichtige funktionelle Rolle im Plastiden-Ribosomen sowie auf eine Involvierung der Plastidentranslation in der Generierung eines retrograden Signals, welches die Blattform zu beeinflussen im Stande ist. Des Weiteren konnte eine Verbindung der Translationsaktivit{\"a}t mit der Ausbildung von Seitentrieben hergestellt werden, die vermutlich auf ver{\"a}nderte Auxinsynthese im Chloroplast zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Aus dem Folgeprojekt, bei dem Doppel-KO-Pflanzen nicht-essentieller ribosomaler Proteine erzeugt wurden, l{\"a}sst sich auf eine relativ große Plastizit{\"a}t der Architektur von Plastidenribosomen schließen. Im zweiten Teil der Arbeit konnte erfolgreich ein Hochdurchsatz-Screeningsystem zur semiquantitativen Analyse von 192 verschiedenen miRNAs aus Chlamydomonas reinhardtii etabliert werden. Es gelang durch die Untersuchung von 23 verschiedenen Wachstums- und Stressbedingungen sowie Entwicklungsstadien mehrere miRNAs zu identifizieren, die eine differenzielle Expression zeigen sowie unter allen untersuchten Bedingungen konstant bleibende miRNAs nachzuweisen. Dadurch konnten mehrere vielversprechende Kandidaten-miRNAs ausgemacht werden, die nun eingehender untersucht werden k{\"o}nnen.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kluth2012,
  author    = {Kluth, Oliver},
  title     = {Einfluss von Glucolipotoxizit{\"a}t auf die Funktion der β-Zellen diabetessuszeptibler und -resistenter Mausst{\"a}mme},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-61961},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen von Glucose- und Lipidtoxizit{\"a}t auf die Funktion der β-Zellen von Langerhans-Inseln in einem diabetesresistenten (B6.V-Lepob/ob, ob/ob) sowie diabetessuszeptiblen (New Zealand Obese, NZO) Mausmodell zu untersuchen. Es sollten molekulare Mechanismen identifiziert werden, die zum Untergang der β-Zellen in der NZO-Maus f{\"u}hren bzw. zum Schutz der β-Zellen der ob/ob-Maus beitragen. Zun{\"a}chst wurde durch ein geeignetes di{\"a}tetisches Regime in beiden Modellen durch kohlenhydratrestriktive Ern{\"a}hrung eine Adipositas(Lipidtoxizit{\"a}t) induziert und anschließend durch F{\"u}tterung einer kohlenhydrathaltigen Di{\"a}t ein Zustand von Glucolipotoxizit{\"a}t erzeugt. Dieses Vorgehen erlaubte es, in der NZO-Maus in einem kurzen Zeitfenster eine Hyperglyk{\"a}mie sowie einen β-Zelluntergang durch Apoptose auszul{\"o}sen. Im Vergleich dazu blieben ob/ob-M{\"a}use l{\"a}ngerfristig normoglyk{\"a}misch und wiesen keinen β-Zelluntergang auf. Die Ursache f{\"u}r den β-Zellverlust war die Inaktivierung des Insulin/IGF-1-Rezeptor-Signalwegs, wie durch Abnahme von phospho-AKT, phospho-FoxO1 sowie des β-zellspezifischen Transkriptionsfaktors PDX1 gezeigt wurde. Mit Ausnahme des Effekts einer Dephosphorylierung von FoxO1, konnten ob/ob-M{\"a}use diesen Signalweg aufrechterhalten und dadurch einen Verlust von β-Zellen abwenden. Die glucolipotoxischen Effekte wurden in vitro an isolierten Inseln beider St{\"a}mme und der β-Zelllinie MIN6 best{\"a}tigt und zeigten, dass ausschließlich die Kombination hoher Glucose und Palmitatkonzentrationen (Glucolipotoxizit{\"a}t) negative Auswirkungen auf die NZO-Inseln und MIN6-Zellen hatte, w{\"a}hrend ob/ob-Inseln davor gesch{\"u}tzt blieben. Die Untersuchung isolierter Inseln ergab, dass beide St{\"a}mme unter glucolipotoxischen Bedingungen keine Steigerung der Insulinexpression aufweisen und sich bez{\"u}glich ihrer Glucose-stimulierten Insulinsekretion nicht unterscheiden. Mit Hilfe von Microarray- sowie immunhistologischen Untersuchungen wurde gezeigt, dass ausschließlich ob/ob-M{\"a}use nach Kohlenhydratf{\"u}tterung eine kompensatorische transiente Induktion der β-Zellproliferation aufwiesen, die in einer nahezu Verdreifachung der Inselmasse nach 32 Tagen m{\"u}ndete. Die hier erzielten Ergebnisse lassen die Schlussfolgerung zu, dass der β-Zelluntergang der NZO-Maus auf eine Beeintr{\"a}chtigung des Insulin/IGF-1-Rezeptor-Signalwegs sowie auf die Unf{\"a}higkeit zur β- Zellproliferation zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden kann. Umgekehrt erm{\"o}glichen der Erhalt des Insulin/IGF-1-Rezeptor-Signalwegs und die Induktion der β-Zellproliferation in der ob/ob-Maus den Schutz vor einer Hyperglyk{\"a}mie und einem Diabetes.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Korn2012,
  author    = {Korn, Ulrike},
  title     = {Der Einfluss unterschiedlich aggressiver Fusarium culmorum- und Fusarium graminearum-Isolate auf die Schadbildauspr{\"a}gung bei Winterweizen sowie die M{\"o}glichkeit der Befallskontrolle mit Mykorrhiza},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-62908},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Der Einfluss unterschiedlich aggressiver Fusarium culmorum- und F. graminearum-Isolate auf die Schadbildauspr{\"a}gung bei Winterweizen sowie die M{\"o}glichkeit der Befallskontrolle mit Mykorrhiza Die durch Pilzarten der Gattung Fusarium spp. hervorgerufene partielle Taub{\"a}hrigkeit ist ein ernstes Problem im weltweiten Weizenanbau. Eine f{\"u}r die Schaderreger g{\"u}nstige feuchte Witterung zum Zeitpunkt der Weizenbl{\"u}te in Kombination mit befallsf{\"o}rdernden agrotechnischen Maßnahmen l{\"o}st immer wieder Epidemien aus. Haupts{\"a}chlich verursacht durch F. culmorum und F. graminearum f{\"u}hrt eine Erkrankung zu Ertrags- und Qualit{\"a}tseinbußen sowie zu einer Belastung des Ernteguts mit Mykotoxinen, die bereits in niedrigen Konzentrationen toxisch auf den tierischen und menschlichen Organismus wirken. Die am h{\"a}ufigsten vorkommenden Fusarium-Toxine in Weizen sind Deoxynivalenol (DON) und Zearalenon (ZEA). Isolate von F. graminearum- und F. culmorum k{\"o}nnen in ihrem DON- und ZEA-Bildungsverm{\"o}gen und ihrem Potential, Nekrosen zu verursachen, stark variieren. In Laborversuchen (in vitro) wurden F. graminearum- und F. culmorum-Isolate hinsichtlich dieser Eigenschaften (hier als Aggressivit{\"a}t bezeichnet) charakterisiert und anschließend wurde im Feldversuch {\"u}berpr{\"u}ft, ob die in vitro-ermittelte Aggressivit{\"a}t die Schadbildauspr{\"a}gung bei Weizenpflanzen beeinflusst. Nur im ersten Versuchsjahr, das durch hohe Niederschl{\"a}ge gekennzeichnet war, konnte ein Einfluss der Aggressivit{\"a}t und einer zus{\"a}tzlichen Beregnung im Feldversuch nachgewiesen werden. Die als hoch-aggressiv eingestuften Fusarium-Isolate reduzierten unter dem Einfluss der Beregnung den Ertrag und das Tausendkorngewicht. Die Beregnung f{\"u}hrte zu einer Erh{\"o}hung des Pilzwachstums und der DON- und ZEA-Produktion. Ein extrem trockener Sommer verhinderte die Infektion der Weizenpflanzen durch die beimpften Fusarium-Isolate und ein anschließendes Pilzwachstum in den {\"A}hren im zweiten Versuchsjahr. Um den Befall von Weizenpflanzen mit Fusarium spp. vorzubeugen, stehen verschiedene pflanzenbauliche Maßnahmen zur Verf{\"u}gung. Eine M{\"o}glichkeit stellen in diesem Zusammenhang die symbiotischen Mykorrhizapilze (MP) dar. Die Pilze sind in der Lage, Pflanzen zu st{\"a}rken und antagonistisch auf pilzliche Schaderreger zu wirken. Um zu {\"u}berpr{\"u}fen, ob MP dazu beitragen k{\"o}nnten, den Befall von Weizenpflanzen mit Fusarium spp. niedrig zu halten, wurden Weizenpflanzen mit MP und Fusarium spp. beimpft und die Auswirkungen der Interaktionen auf die Weizenpflanzen in einem Klimakammer- und einem Feldversuch getestet. In der Klimakammer wurde eine Reduzierung des Fusarium-Befalls nachgewiesen. Die mykorrhizierten Weizenpflanzen wiesen außerdem h{\"o}here Photosyntheseraten, h{\"o}here Sprosstrockenmassen und mehr {\"A}hren im Vergleich zu den nicht-mykorrhizierten und mit Fusarium-beimpften Weizenpflanzen auf. Insgesamt wurde durch die Mykorrhizierung der negative Einfluss von Fusarium spp. kompensiert. Im Freiland konnte kein Einfluss der MP auf Fusarium spp. beobachtet werden. Im ersten Versuchsjahr f{\"u}hrte das Beimpfen der Weizenpflanzen mit MP zu h{\"o}heren Wurzel- und Sprosstrockenmassen sowie zu h{\"o}heren Tausendkorngewichten im Vergleich zu den mit Fusarium spp.-beimpften Weizenpflanzen. Im zweiten Versuchsjahr konnte dieses Ergebnis nicht wiederholt werden.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hammer2012,
  author    = {Hammer, Paul},
  title     = {Transkriptomweite Untersuchungen von Prostata-Krebszelllinien im Kontext medizinischer Strahlentherapie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-63190},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die Strahlentherapie ist neben der Chemotherapie und einer operativen Entfernung die st{\"a}rkste Waffe f{\"u}r die Bek{\"a}mpfung b{\"o}sartiger Tumore in der Krebsmedizin. Nach Herz-Kreislauf-Erkrankungen ist Krebs die zweith{\"a}ufigste Todesursache in der westlichen Welt, wobei Prostatakrebs heutzutage die h{\"a}ufigste, m{\"a}nnliche Krebserkrankung darstellt. Trotz technologischer Fortschritte der radiologischen Verfahren kann es noch viele Jahre nach einer Radiotherapie zu einem Rezidiv kommen, was zum Teil auf die hohe Resistenzf{\"a}higkeit einzelner, entarteter Zellen des lokal vorkommenden Tumors zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden kann. Obwohl die moderne Strahlenbiologie viele Aspekte der Resistenzmechanismen n{\"a}her beleuchtet hat, bleiben Fragestellungen, speziell {\"u}ber das zeitliche Ansprechen eines Tumors auf ionisierende Strahlung, gr{\"o}ßtenteils unbeantwortet, da systemweite Untersuchungen nur begrenzt vorliegen. Als Zellmodelle wurden vier Prostata-Krebszelllinien (PC3, DuCaP, DU-145, RWPE-1) mit unterschiedlichen Strahlungsempfindlichkeiten kultiviert und auf ihre {\"U}berlebensf{\"a}higkeit nach ionisierender Bestrahlung durch einen Trypanblau- und MTT-Vitalit{\"a}tstest gepr{\"u}ft. Die proliferative Kapazit{\"a}t wurde mit einem Koloniebildungstest bestimmt. Die PC3 Zelllinie, als Strahlungsresistente, und die DuCaP Zelllinie, als Strahlungssensitive, zeigten dabei die gr{\"o}ßten Differenzen bez{\"u}glich der Strahlungsempfindlichkeit. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wurden die beiden Zelllinien ausgew{\"a}hlt, um anhand ihrer transkriptomweiten Genexpressionen, eine Identifizierung potentieller Marker f{\"u}r die Prognose der Effizienz einer Strahlentherapie zu erm{\"o}glichen. Weiterhin wurde mit der PC3 Zelllinie ein Zeitreihenexperiment durchgef{\"u}hrt, wobei zu 8 verschiedenen Zeitpunkten nach Bestrahlung mit 1 Gy die mRNA mittels einer Hochdurchsatz-Sequenzierung quantifiziert wurde, um das dynamisch zeitversetzte Genexpressionsverhalten auf Resistenzmechanismen untersuchen zu k{\"o}nnen. Durch das Setzen eines Fold Change Grenzwertes in Verbindung mit einem P-Wert < 0,01 konnten aus 10.966 aktiven Genen 730 signifikant differentiell exprimierte Gene bestimmt werden, von denen 305 st{\"a}rker in der PC3 und 425 st{\"a}rker in der DuCaP Zelllinie exprimiert werden. Innerhalb dieser 730 Gene sind viele stressassoziierte Gene wiederzufinden, wie bspw. die beiden Transmembranproteingene CA9 und CA12. Durch Berechnung eines Netzwerk-Scores konnten aus den GO- und KEGG-Datenbanken interessante Kategorien und Netzwerke abgeleitet werden, wobei insbesondere die GO-Kategorien Aldehyd-Dehydrogenase [NAD(P)+] Aktivit{\"a}t (GO:0004030) und der KEGG-Stoffwechselweg der O-Glykan Biosynthese (hsa00512) als relevante Netzwerke auff{\"a}llig wurden. Durch eine weitere Interaktionsanalyse konnten zwei vielversprechende Netzwerke mit den Transkriptionsfaktoren JUN und FOS als zentrale Elemente identifiziert werden. Zum besseren Verst{\"a}ndnis des dynamisch zeitversetzten Ansprechens der strahlungsresistenten PC3 Zelllinie auf ionisierende Strahlung, konnten anhand der 10.840 exprimierten Gene und ihrer Expressionsprofile {\"u}ber 8 Zeitpunkte interessante Einblicke erzielt werden. W{\"a}hrend es innerhalb von 30 min (00:00 - 00:30) nach Bestrahlung zu einer schnellen Runterregulierung der globalen Genexpression kommt, folgen in den drei darauffolgenden Zeitabschnitten (00:30 - 01:03; 01:03 - 02:12; 02:12 - 04:38) spezifische Expressionserh{\"o}hungen, die eine Aktivierung sch{\"u}tzender Netzwerke, wie die Hochregulierung der DNA-Reparatursysteme oder die Arretierung des Zellzyklus, ausl{\"o}sen. In den abschließenden drei Zeitbereichen (04:38 - 09:43; 09:43 - 20:25; 20:25 - 42:35) liegt wiederum eine Ausgewogenheit zwischen Induzierung und Supprimierung vor, wobei die absoluten Genexpressionsver{\"a}nderungen ansteigen. Beim Vergleich der Genexpressionen kurz vor der Bestrahlung mit dem letzten Zeitpunkt (00:00 - 42:53) liegen mit 2.670 die meisten ver{\"a}ndert exprimierten Gene vor, was einer massiven, systemweiten Genexpressions{\"a}nderung entspricht. Signalwege wie die ATM-Regulierung des Zellzyklus und der Apoptose, des NRF2-Signalwegs nach oxidativer Stresseinwirkung und die DNA-Reparaturmechanismen der homologen Rekombination, des nicht-homologen End Joinings, der MisMatch-, der Basen-Exzision- und der Strang-Exzision-Reparatur spielen bei der zellul{\"a}ren Antwort eine tragende Rolle. {\"A}ußerst interessant sind weiterhin die hohen Aktivit{\"a}ten RNA-gesteuerter Ereignisse, insbesondere von small nucleolar RNAs und Pseudouridin-Prozessen. Demnach scheinen diese RNA-modifizierenden Netzwerke einen bisher unbekannten funktionalen und sch{\"u}tzenden Einfluss auf das Zell{\"u}berleben nach ionisierender Bestrahlung zu haben. All diese sch{\"u}tzenden Netzwerke mit ihren zeitspezifischen Interaktionen sind essentiell f{\"u}r das Zell{\"u}berleben nach Einwirkung von oxidativem Stress und zeigen ein komplexes aber im Einklang befindliches Zusammenspiel vieler Einzelkomponenten zu einem systemweit ablaufenden Programm.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Pusch2012,
  author    = {Pusch, Martin},
  title     = {Horizontale und vertikale Konnektivit{\"a}t in Fließgew{\"a}ssern und Seen : {\"o}kologische Funktionen und anthropogene {\"U}berformung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-63713},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Gew{\"a}sser werden traditionellerweise als abgeschlossene {\"O}kosysteme gesehen, und insbeson¬dere das Zirkulieren von Wasser und N{\"a}hrstoffen im Pelagial von Seen wird als Beispiel daf{\"u}r angef{\"u}hrt. Allerdings wurden in der j{\"u}ngeren Vergangenheit wichtige Verkn{\"u}pfungen des Freiwasserk{\"o}rpers von Gew{\"a}ssern aufgezeigt, die einerseits mit dem Benthal und andererseits mit dem Litoral, der terrestrischen Uferzone und ihrem Einzugsgebiet bestehen. Dadurch hat in den vergangen Jahren die horizontale und vertikale Konnektivit{\"a}t der Gew{\"a}sser{\"o}kosysteme erh{\"o}htes wissenschaftliches Interesse auf sich gezogen, und damit auch die {\"o}kologischen Funktionen des Gew{\"a}ssergrunds (Benthal) und der Uferzonen (Litoral). Aus der neu beschriebenen Konnektivit{\"a}t innerhalb und zwischen diesen Lebensr{\"a}umen ergeben sich weitreichende Konsequenzen f{\"u}r unser Bild von der Funktionalit{\"a}t der Gew{\"a}sser. In der vorliegenden Habilitationsschrift wird am Beispiel von Fließgew{\"a}ssern und Seen des nordostdeutschen Flachlandes eine Reihe von internen und externen funktionalen Verkn{\"u}pfungen in den horizontalen und vertikalen r{\"a}umlichen Dimensionen aufgezeigt. Die zugrunde liegenden Untersuchungen umfassten zumeist sowohl abiotische als auch biologische Variablen, und umfassten thematisch, methodisch und hinsichtlich der Untersuchungsgew{\"a}sser ein breites Spektrum. Dabei wurden in Labor- und Feldexperimenten sowie durch quantitative Feldmes¬sungen {\"o}kologischer Schl{\"u}sselprozesse wie N{\"a}hrstoffretention, Kohlenstoffumsatz, extrazellu¬l{\"a}re Enzymaktivit{\"a}t und Ressourcenweitergabe in Nahrungsnetzen (mittels Stabilisotopen¬methode) untersucht. In Bezug auf Fließgew{\"a}sser wurden dadurch wesentliche Erkenntnisse hinsichtlich der Wirkung einer durch Konnekticit{\"a}t gepr{\"a}gten Hydromorphologie auf die die aquatische Biodiversit{\"a}t und die benthisch-pelagische Kopplung erbracht, die wiederum einen Schl{\"u}sselprozess darstellt f{\"u}r die Retention von in der fließenden Welle transportierten Stoffen, und damit letztlich f{\"u}r die Produktivit{\"a}t eines Flussabschnitts. Das Litoral von Seen wurde in Mitteleuropa jahrzehntelang kaum untersucht, so dass die durchgef{\"u}hrten Untersuchungen zur Gemeinschaftsstruktur, Habitatpr{\"a}ferenzen und Nahrungs¬netzverkn{\"u}pfungen des eulitoralen Makrozoobenthos grundlegend neue Erkenntnisse erbrach¬ten, die auch unmittelbar in Ans{\"a}tze zur {\"o}kologischen Bewertung von Seeufern gem{\"a}ß EG-Wasserrahmenrichtlinie eingehen. Es konnte somit gezeigt werden, dass die Intensit{\"a}t sowohl die internen als auch der externen {\"o}kologischen Konnektivit{\"a}t durch die Hydrologie und Morphologie der Gew{\"a}sser sowie durch die Verf{\"u}gbarkeit von N{\"a}hrstoffen wesentlich beeinflusst wird, die auf diese Weise vielfach die {\"o}kologische Funktionalit{\"a}t der Gew{\"a}sser pr{\"a}gen. Dabei tr{\"a}gt die vertikale oder horizontale Konnektivit{\"a}t zur Stabilisierung der beteiligten {\"O}kosysteme bei, indem sie den Austausch erm{\"o}glicht von Pflanzenn{\"a}hrstoffen, von Biomasse sowie von migrierenden Organismen, wodurch Phasen des Ressourcenmangels {\"u}berbr{\"u}ckt werden. Diese Ergebnisse k{\"o}nnen im Rahmen der Bewirtschaftung von Gew{\"a}ssern dahingehend genutzt werden, dass die Gew{\"a}hrleistung horizontaler und vertikaler Konnektivit{\"a}t in der Regel mit r{\"a}umlich komplexeren, diverseren, zeitlich und strukturell resilienteren sowie leistungsf{\"a}hi¬geren {\"O}kosystemen einhergeht, die somit intensiver und sicherer nachhaltig genutzt werden k{\"o}nnen. Die Nutzung einer kleinen Auswahl von {\"O}kosystemleistungen der Fl{\"u}sse und Seen durch den Menschen hat oftmals zu einer starken Reduktion der {\"o}kologischen Konnektivit{\"a}t, und in der Folge zu starken Verlusten bei anderen {\"O}kosystemleistungen gef{\"u}hrt. Die Ergebnisse der dargestellten Forschungen zeigen auch, dass die Entwicklung und Implementierung von Strategien zum integrierten Management von komplexen sozial-{\"o}kologischen Systemen wesentlich unterst{\"u}tzt werden kann, wenn die horizontale und vertikale Konnektivit{\"a}t gezielt entwickelt wird.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Lerm2012,
  author    = {Lerm, Stephanie},
  title     = {Mikroorganismen in geothermischen Aquiferen : Einfluss mikrobieller Prozesse auf den Anlagenbetrieb},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-63705},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {In Fluid-, Filter- und Sedimentproben von vier geothermischen Anlagen des Norddeutschen Beckens wurden mit molekulargenetischen Verfahren unterschiedliche mikrobielle Gemeinschaften nachgewiesen. Die mikrobielle Zusammensetzung in den Prozessw{\"a}ssern wurde dabei durch die Aquiferteufe, die Salinit{\"a}t, die Temperatur und den verf{\"u}gbaren Elektronendonatoren und -akzeptoren beeinflusst. Die in den anoxischen Prozessw{\"a}ssern identifizierten Organismen zeichneten sich durch einen chemoheterotrophen oder chemoautotrophen Stoffwechsel aus, wobei Nitrat, Sulfat, Eisen (III) oder Bikarbonat als terminale Elektronenakzeptoren fungierten. Mikroorganismen beeinflussten den Betrieb von zwei Anlagen negativ. So reduzierten im Prozesswasser des K{\"a}ltespeichers am Berliner Reichstag vorhandene Eisenoxidierer, nahe verwandt zu der Gattung Gallionella, die Injektivit{\"a}t der Bohrungen durch Eisenhydroxidausf{\"a}llungen in den Filterschlitzen. Biofilme, die von schwefeloxidierenden Bakterien der Gattung Thiothrix in den Filtern der obert{\"a}gigen Anlage gebildet wurden, f{\"u}hrten ebenfalls zu Betriebsst{\"o}rungen, indem sie die Injektion des Fluids in den Aquifer behinderten. Beim W{\"a}rmespeicher in Neubrandenburg waren Sulfatreduzierer vermutlich an der Bildung von Eisensulfidausf{\"a}llungen in den obert{\"a}gigen Filtern und im bohrlochnahen Bereich beteiligt und verst{\"a}rkten Korrosionsprozesse an der Pumpe im Bohrloch der kalten Aquiferseite. Organische S{\"a}uren in den Fluiden sowie mineralische Ausf{\"a}llungen in den Filtern der obert{\"a}gigen Anlagen waren Belege f{\"u}r die Aktivit{\"a}t der in den verschiedenen Anlagen vorhandenen Mikroorganismen. Es wurde zudem deutlich, dass Mikroorganismen auf Grund der hohen Durchflussraten in den Anlagen chemische Ver{\"a}nderungen in den Prozessw{\"a}ssern deutlich sensitiver anzeigen als chemische Analyseverfahren. So deuteten {\"A}nderungen in der Zusammensetzung der mikrobiellen Bioz{\"o}nosen und speziell die Identifikation von Indikatororganismen wie Eisen- und Schwefeloxidierern, fermentativen Bakterien und Sulfatreduzierern auf eine erh{\"o}hte Verf{\"u}gbarkeit von Elektronendonatoren oder akzeptoren in den Prozessw{\"a}ssern hin. Die Ursachen f{\"u}r die an den Geothermieanlagen auftretenden Betriebsst{\"o}rungen konnten dadurch erkannt werden.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schad2012,
  author    = {Schad, Julia},
  title     = {Evolution of major histocompatibility complex genes in New World bats and their functional importance in parasite resistance and life-history decisions in the lesser bulldog bat (Noctilio albiventris)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-63513},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {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.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hinz2012,
  author    = {Hinz, Justyna},
  title     = {Factors modifying the aggregation of atrophin-1 acting in cis and in trans},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-60385},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Ten polyQ (polyglutamine) diseases constitute a group of hereditary, neurodegenerative, lethal disorders, characterized by neuronal loss and motor and cognitive impairments. The only common molecular feature of polyQ disease-associated proteins is the homopolymeric polyglutamine repeat. The pathological expansion of polyQ tract invariably leads to protein misfolding and aggregation, resulting in formation of the fibrillar intraneuronal deposits (aggregates) of the disease protein. The polyQ-related cellular toxicity is currently attributed to early, small, soluble aggregate species (oligomers), whereas end-stage, fibrillar, insoluble aggregates are considered to be benign. In the complex cellular environment aggregation and toxicity of mutant polyQ proteins can be affected by both the sequences of the corresponding disease protein (factors acting in cis) and the cellular environment (factors acting in trans). Additionally, the nucleus has been suggested to be the primary site of toxicity in the polyQ-based neurodegeneration. In this study, the dynamics and structure of nuclear and cytoplasmic inclusions were examined to determine the intrinsic and extrinsic factors influencing the cellular aggregation of atrophin-1, a protein implicated in the pathology of dentatorubral-pallidoluysian atrophy (DRPLA), a polyQ-based disease with complex clinical features. Dynamic imaging, combined with biochemical and biophysical approaches revealed a large heterogeneity in the dynamics of atrophin-1 within the nuclear inclusions compared with the compact and immobile cytoplasmic aggregates. At least two types of inclusions of polyQ-expanded atrophin-1 with different mobility of the molecular species and ability to exchange with the surrounding monomer pool coexist in the nucleus of the model cell system, neuroblastoma N2a cells. Furthermore, our novel cross-seeding approach which allows for monitoring of the architecture of the aggregate core directly in the cell revealed an evolution of the aggregate core of the polyQ-expanded ATN1 from one composed of the sequences flanking the polyQ domain at early aggregation phases to one dominated by the polyQ stretch in the later aggregation phase. Intriguingly, these changes in the aggregate core architecture of nuclear and cytoplasmic inclusions mirrored the changes in the protein dynamics and physico-chemical properties of the aggregates in the aggregation time course. 2D-gel analyses followed by MALDI-TOF MS (matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry) were used to detect alterations in the interaction partners of the pathological ATN1 variant compared to the non-pathological ATN1. Based on these results, we propose that the observed complexity in the dynamics of the nuclear inclusions provides a molecular explanation for the enhanced cellular toxicity of the nuclear aggregates in polyQ-based neurodegeneration.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Frasca2012,
  author    = {Frasca, Stefano},
  title     = {Biocatalysis on nanostructured surfaces : investigation and application of redox proteins using spectro-electrochemical methods},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-58131},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {In this thesis, different aspects within the research field of protein spectro- and electro-chemistry on nanostructured materials are addressed. On the one hand, this work is related to the investigation of nanostructured transparent and conductive metal oxides as platform for the immobilization of electroactive enzymes. On the other hand the second part of this work is related to the immobilization of sulfite oxidase on gold nanoparticles modified electrode. Finally direct and mediated spectroelectrochemistry protein with high structure complexity such as the xanthine dehydrogenase from Rhodobacter capsulatus and its high homologues the mouse aldehyde oxidase homolog 1. Stable immobilization and reversible electrochemistry of cytochrome c in a transparent and conductive tin-doped and tin-rich indium oxide film with a well-defined mesoporosity is reported. The transparency and good conductivity, in combination with the large surface area of these materials, allow the incorporation of a high amount of electroactive biomolecules (between 250 and 2500 pmol cm-2) and their electrochemical and spectroscopic investigation. Both, the electrochemical behavior and the immobilization of proteins are influenced by the geometric parameters of the porous material, such as the structure and pore shape, the surface chemistry, as well as the protein size and charge. UV-Vis and resonance Raman spectroscopy, in combination with direct protein voltammetry, are employed for the characterization of cytochrome c immobilized in the mesoporous indium tin oxide and reveal no perturbation of the structural integrity of the redox protein. A long term protein immobilization is reached using these unmodified mesoporous indium oxide based materials, i.e. more than two weeks even at high ionic strength. The potential of this modified material as an amperometric biosensor for the detection of superoxide anions is demonstrated. A sensitivity of about 100 A M-1 m-2, in a linear measuring range of the superoxide concentration between 0.13 and 0.67 μM, is estimated. In addition an electrochemical switchable protein-based optical device is designed with the core part composed of cytochrome c immobilized on a mesoporous indium tin oxide film. A color developing redox sensitive dye is used as switchable component of the system. The cytochrome c-catalyzed oxidation of the dye by hydrogen peroxide is spectroscopically investigated. When the dye is co-immobilized with the protein, its redox state is easily controlled by application of an electrical potential at the supporting material. This enables to electrochemical reset the system to the initial state and repetitive signal generation. The case of negative charged proteins, which does not have a good interaction with the negative charged indium oxide based films, is also explored. The modification of an indium tin oxide film with a positive charged polymer and the employment of a antimony doped tin oxide film were investigated in this work in order to overcome the repulsion induced by similar charges of the protein and electrode. Human sulfite oxidase and its separated heme-containing domain are able to direct exchange electrons with the supporting material. A study of a new approach for sulfite biosensing, based on enhanced direct electron transfer of a human sulfite oxidase immobilized on a gold nanoparticles modified electrode is reported. The spherical gold nanoparticles were prepared via a novel method by reduction of HAuCl4 with branched poly(ethyleneimine) in an ionic liquid resulting in particles of about 10 nm in hydrodynamic diameter. These nanoparticles were covalently attached to a mercaptoundecanoic acid modified Au-electrode and act as platform where human sulfite oxidase is adsorbed. An enhanced interfacial electron transfer and electrocatalysis is therefore achieved. UV-Vis and resonance Raman spectroscopy, in combination with direct protein voltammetry, were employed for the characterization of the system and reveal no perturbation of the structural integrity of the redox protein. The proposed biosensor exhibited a quick steady-state current response, within 2 s and a linear detection range between 0.5 and 5.4 μM with high sensitivity (1.85 nA μM-1). The investigated system provides remarkable advantages, since it works at low applied potential and at very high ionic strength. Therefore these properties could make the proposed system useful in the development of bioelectronic devices and its application in real samples. Finally protein with high structure complexity such as the xanthine dehydrogenase from Rhodobacter capsulatus and the mouse aldehyde oxidase homolog 1 were spectroelectrochemically studied. It could be demonstrated that different cofactors present in the protein structure, like the FAD and the molybdenum cofactor, are able to directly exchange electrons with an electrode and are displayed as a single peak in a square wave voltammogram. Protein mutants bearing a serine substituted to the cysteines, bounding to the most exposed iron sulfur cluster additionally showed direct electron transfer which can be attributable to this cluster. On the other hand a mediated spectroelectrochemical titration of the protein bound FAD cofactor was performed in presence of transparent iron and cobalt complex mediators. The results showed the formation of the stable semiquinone and the fully reduced flavin. Two formal potentials for each single electron exchange step were then determined.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Reinert2012,
  author    = {Reinert, Armin},
  title     = {Identifizierung und funktionelle Charakterisierung von f{\"u}r die arbuskul{\"a}re Mykorrhizasymbiose spezifischen Genen in Medicago truncatula},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-63805},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die Mykorrhiza (griechisch: m{\´y}kēs f{\"u}r „Pilz"; rhiza f{\"u}r „Wurzel") stellt eine Symbiose zwischen Pilzen und einem Großteil der Landpflanzen dar. Der Pilz verbessert durch die Symbiose die Versorgung der Pflanze mit N{\"a}hrstoffen, w{\"a}hrend die Pflanze den Pilz mit Kohlenhydraten versorgt. Die arbuskul{\"a}re Mykorrhiza (AM) stellt dabei einen beson-dere Form der Mykorrhiza dar. Der AM-Pilz bildet dabei w{\"a}hrend der Symbiose die namensgebenden Arbuskeln innerhalb der Wurzelzellen als Ort des prim{\"a}ren N{\"a}hrstoff- austausches aus. Die AM-Symbiose (AMS) ist der Forschungsschwerpunkt dieser Arbeit. Als Modellorganismen wurden Medicago truncatula und Glomus intraradices verwendet. Es wurden Transkriptionsanalysen durchgef{\"u}hrt um u.a. AMS regulierte Transkriptions- faktoren (TFs) zu identifizieren. Die Aktivit{\"a}t der Promotoren von drei der so identifizier-ten AMS-regulierten TFs (MtOFTN, MtNTS, MtDES) wurde mit Hilfe eine Reportergens visualisiert. Der Bereich der gr{\"o}ßten Promotoraktivit{\"a}t waren in einem Fall nur die ar- buskelhaltigen Zellen (MtOFTN). Im zweiten Fall war der Promotor auch aktiv in nicht arbuskelhaltigen Zellen, jedoch am st{\"a}rksten aktiv in den arbuskelhaltigen Zellen (MtNTS). Ein weiterer Promotor war in arbuskelhaltigen Zellen und den diesen benach-barten Zellen gleich aktiv (MtDES). Zus{\"a}tzlich wurden weitere Gene als AMS-reguliert identifiziert und es wurde f{\"u}r drei dieser Gene (MtPPK, MtAmT, MtMDRL) ebenfalls eine Promotor::Reporter-Aktivit{\"a}ts- studie durchgef{\"u}hrt. Die Promotoren der Kinase (MtPPK) und des Ammoniumtrans-porters (MtAmt) waren dabei ausschließlich in arbuskelhaltigen Zellen aktiv, w{\"a}hrend die Aktivit{\"a}t des ABC-Transporters (MtMDRL) keinem bestimmten Zelltyp zuzuordnen war. F{\"u}r zwei weitere identifizierte Gene, ein Kupfertransporter (MtCoT) und ein Zucker- bzw. Inositoltransporter (MtSuT), wurden RNA-Interferenz (RNAi)-Untersuchungen durchgef{\"u}hrt. Dabei stellte sich in beiden F{\"a}llen heraus, dass, sobald ein RNAi-Effekt in den transformierten Wurzeln vorlag, diese in einem deutlich geringerem Ausmaß wie in der Wurzelkontrolle von G. intraradices kolonisiert worden sind. Im Falle von MtCoT k{\"o}nnte das aus dem selben Grund geschehen, wie im Falle von MtPt4. Welche Rolle MtSuT genau in der Ausbildung der AMS spielt und welche Rolle Inositol in der Aus- bildung der AMS spielt m{\"u}sste durch weitere Untersuchungen am Protein untersucht werden. Weitere Untersuchen an den in dieser Arbeit als spezifisch f{\"u}r arbuskelhaltige Zellen gezeigten Genen MtAmT, MtPPK und MtOFTN k{\"o}nnten ebenfalls aufschlussreich f{\"u}r das weitere Verst{\"a}ndnis der AMS sein. Dies trifft auch auf die TFs MtNTS und MtDES zu, die zwar nicht ausschließlich arbuskelspezifisch transkribiert werden, aber auch eine Rolle in der Regulation der AMS innerhalb von M. truncatula Wurzeln zu spielen scheinen.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Buchmann2012,
  author    = {Buchmann, Carsten M.},
  title     = {Modelling the structuring of animal communities in heterogeneous landscapes : the role of individual home range formation, foraging movement, competition and habitat configuration},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-59031},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {This thesis aims at a better mechanistic understanding of animal communities. Therefore, an allometry- and individual-based model has been developed which was used to simulate mammal and bird communities in heterogeneous landscapes, and to to better understand their response to landscape changes (habitat loss and fragmentation).},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Breitenstein2012,
  author    = {Breitenstein, Michael},
  title     = {Ortsaufgel{\"o}ster Aufbau von DNA-Nanostrukturen auf Glasoberfl{\"a}chen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-61857},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Im Fokus dieser Arbeit stand der Aufbau einer auf DNA basierenden Nanostruktur. Der universelle Vier-Buchstaben-Code der DNA erm{\"o}glicht es, Bindungen auf molekularer Ebene zu adressieren. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften der DNA pr{\"a}destinieren dieses Makromolek{\"u}l f{\"u}r den Einsatz und die Verwendung als Konstruktionselement zum Aufbau von Nanostrukturen. Das Ziel dieser Arbeit war das Aufspannen eines DNA-Stranges zwischen zwei Fixpunkten. Hierf{\"u}r war es notwendig, eine Methode zu entwickeln, welche es erm{\"o}glicht, Funktionsmolek{\"u}le als Ankerelemente ortsaufgel{\"o}st auf eine Oberfl{\"a}che zu deponieren. Das Deponieren dieser Molek{\"u}le sollte dabei im unteren Mikrometermaßstab erfolgen, um den Abmaßen der DNA und der angestrebten Nanostruktur gerecht zu werden. Das eigens f{\"u}r diese Aufgabe entwickelte Verfahren zum ortsaufgel{\"o}sten Deponieren von Funktionsmolek{\"u}len nutzt das Bindungspaar Biotin-Neutravidin. Mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops (AFM) wurde eine zu einem „Stift" umfunktionierte Rasterkraftmikroskopspitze so mit der zu deponierenden „Tinte" beladen, dass das Absetzen von Neutravidin im unteren Mikrometermaßstab m{\"o}glich war. Dieses Neutravidinmolek{\"u}l {\"u}bernahm die Funktion als Bindeglied zwischen der biotinylierten Glasoberfl{\"a}che und dem eigentlichen Adressmolek{\"u}l. Das somit generierte Neutravidin-Feld konnte dann mit einem biotinylierten Adressmolek{\"u}l durch Inkubation funktionalisiert werden. Namensgebend f{\"u}r dieses Verfahren war die M{\"o}glichkeit, Neutravidin mehrmals zu deponieren und zu adressieren. Somit ließ sich sequenziell ein Mehrkomponenten-Feld aufbauen. Die Einschr{\"a}nkung, mit einem AFM nur eine Substanz deponieren zu k{\"o}nnen, wurde so umgangen. Ferner mußten Ankerelemente geschaffen werden, um die DNA an definierten Punkten immobilisieren zu k{\"o}nnen. Die Bearbeitung der DNA erfolgte mit molekularbiologischen Methoden und zielte darauf ab, einen DNA-Strang zu generieren, welcher an seinen beiden Enden komplement{\"a}re Adressequenzen enth{\"a}lt, um gezielt mit den oberfl{\"a}chenst{\"a}ndigen Ankerelementen binden zu k{\"o}nnen. Entsprechend der Geometrie der mit dem AFM erzeugten Fixpunkte und den oligonukleotidvermittelten Adressen kommt es zur Ausbildung einer definierten DNA-Struktur. Mit Hilfe von fluoreszenzmikroskopischen Methoden wurde die aufgebaute DNA-Nanostruktur nachgewiesen. Der Nachweis der nanoskaligen Interaktion von DNA-bindenden Molek{\"u}len mit der generierten DNA-Struktur wurde durch die Bindung von PNA (peptide nucleic acid) an den DNA-Doppelstrang erbracht. Diese PNA-Bindung stellt ihrerseits ein funktionales Strukturelement im Nanometermaßstab dar und wird als Nanostrukturbaustein verstanden.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Roeser2012,
  author    = {R{\"o}ser, Claudia},
  title     = {Charakterisierung der Serotonin-Rezeptoren in den Speicheldr{\"u}sen von Calliphora vicina},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-61486},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die F{\"a}higkeit, mit anderen Zellen zu kommunizieren, ist eine grundlegende Eigenschaft aller lebenden Zellen und essentiell f{\"u}r die normale Funktionsweise vielzelliger Organismen. Die Speicheldr{\"u}sen der Schmeißfliege Calliphora vicina bilden ein ausgezeichnetes physiologisches Modellsystem um zellul{\"a}re Signaltransduktionsprozesse an einem intakten Organ zu untersuchen. Die Speichelsekretion wird dabei hormonell durch das biogene Amin Serotonin (5-Hydroxytryptamin; 5-HT) reguliert. 5-HT aktiviert in den sekretorischen Zellen der Dr{\"u}sen {\"u}ber die Bindung an mindestens zwei membranst{\"a}ndige G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCR) zwei separate Signalwege, den IP3/Ca2+- und den cAMP-Signalweg. Zur Identifizierung und Charakterisierung der 5-HT-Rezeptoren in den Speicheldr{\"u}sen von Calliphora wurden unter Anwendung verschiedener Klonierungsstrategien zwei cDNAs (Cv5-ht2α und Cv5-ht7) isoliert, die große {\"A}hnlichkeit zu 5-HT2- und 5-HT7-Rezeptoren aus S{\"a}ugetieren aufweisen. Die Hydropathieprofile der abgeleiteten Aminos{\"a}uresequenzen postulieren die f{\"u}r GPCRs charakteristische heptahelikale Architektur. Alle Aminos{\"a}uremotive, die f{\"u}r die Ligandenbindung, die Rezeptoraktivierung und die Kopplung an G-Proteine essentiell sind, liegen konserviert vor. Interessanterweise wurde f{\"u}r den Cv5-HT7-Rezeptor eine zus{\"a}tzliche hydrophobe Dom{\"a}ne im N Terminus vorhergesagt. Die Cv5-HT2α-mRNA liegt in zwei alternativ gespleißten Varianten vor. Mittels RT-PCR-Experimenten konnte die Expression beider Rezeptoren in Gehirn und Speicheldr{\"u}sen adulter Fliegen nachgewiesen werden. Ein Antiserum gegen den Cv5-HT7 Rezeptor markiert in den Speicheldr{\"u}sen die basolaterale Plasmamembran. Die Expression der Rezeptoren in einem heterologen System (HEK 293-Zellen) best{\"a}tigte diese als funktionelle 5-HT Rezeptoren. So f{\"u}hrte die Stimulation mit Serotonin f{\"u}r den Cv5-HT2α zu einer dosis-abh{\"a}ngigen Erh{\"o}hung der intrazellul{\"a}ren Ca2+ Konzentration ([Ca2+]i, EC50 = 24 nM). In Cv5-HT7-exprimierenden Zellen l{\"o}ste 5-HT dosisabh{\"a}ngig (EC50 = 4,1 nM) einen Anstieg der intrazellul{\"a}ren cAMP Konzentration ([cAMP]i) aus. F{\"u}r beide heterolog exprimierten Rezeptoren wurden pharmakologische Profile erstellt. Liganden, die eine Rezeptorsubtyp-spezifische Wirkung vermuten ließen, wurden daraufhin auf ihre Wirkung auf das transepitheliale Potential (TEP) intakter Speicheldr{\"u}senpr{\"a}parate getestet. Drei 5-HT-Rezeptoragonisten: AS 19, R-(+)-Lisurid und 5-Carboxamidotryptamin f{\"u}hrten zu einer cAMP-abh{\"a}ngigen Positivierung des TEP durch eine selektive Aktivierung der 5 HT7-Rezeptoren. Eine selektive Aktivierung des Ca2+-Signalweges durch den Cv5-HT2 Rezeptor ist mit Hilfe von 5-Methoxytryptamin m{\"o}glich. Dagegen konnte Clozapin im TEP als selektiver Cv5-HT7-Rezeptorantagonist best{\"a}tigt werden. Die Kombination eines molekularen Ansatzes mit physiologischen Messungen erm{\"o}glichte somit die Identifikation selektiver Liganden f{\"u}r 5-HT2- bzw. 5-HT7-Rezeptoren aus Calliphora vicina. Dies erm{\"o}glicht zuk{\"u}nftig eine separate Aktivierung der 5-HT-gesteuerten Signalwege und erleichtert dadurch die weitere Erforschung der intrazellul{\"a}ren Signalwege und ihrer Wechselwirkungen.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Bringmann2012,
  author    = {Bringmann, Martin},
  title     = {Identification of novel components that connect cellulose synthases to the cytoskeleton},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-61478},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Cellulose is the most abundant biopolymer on earth and the main load-bearing structure in plant cell walls. Cellulose microfibrils are laid down in a tight parallel array, surrounding plant cells like a corset. Orientation of microfibrils determines the direction of growth by directing turgor pressure to points of expansion (Somerville et al., 2004). Hence, cellulose deficient mutants usually show cell and organ swelling due to disturbed anisotropic cell expansion (reviewed in Endler and Persson, 2011). How do cellulose microfibrils gain their parallel orientation? First experiments in the 1960s suggested, that cortical microtubules aid the cellulose synthases on their way around the cell (Green, 1962; Ledbetter and Porter, 1963). This was proofed in 2006 through life cell imaging (Paredez et al., 2006). However, how this guidance was facilitated, remained unknown. Through a combinatory approach, including forward and reverse genetics together with advanced co-expression analysis, we identified pom2 as a cellulose deficient mutant. Map- based cloning revealed that the gene locus of POM2 corresponded to CELLULOSE SYNTHASE INTERACTING 1 (CSI1). Intriguingly, we previously found the CSI1 protein to interact with the putative cytosolic part of the primary cellulose synthases in a yeast-two-hybrid screen (Gu et al., 2010). Exhaustive cell biological analysis of the POM2/CSI1 protein allowed to determine its cellular function. Using spinning disc confocal microscopy, we could show that in the absence of POM2/CSI1, cellulose synthase complexes lose their microtubule-dependent trajectories in the plasma membrane. The loss of POM2/CSI1, however does not influence microtubule- dependent delivery of cellulose synthases (Bringmann et al., 2012). Consequently, POM2/CSI1 acts as a bridging protein between active cellulose synthases and cortical microtubules. This thesis summarizes three publications of the author, regarding the identification of proteins that connect cellulose synthases to the cytoskeleton. This involves the development of bioinformatics tools allowing candidate gene prediction through co-expression studies (Mutwil et al., 2009), identification of candidate genes through interaction studies (Gu et al., 2010), and determination of the cellular function of the candidate gene (Bringmann et al., 2012).},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Axtner2012,
  author    = {Axtner, Jan},
  title     = {Immune gene expression and diversity in relation to gastrointestinal parasite burden in small mammals},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-65639},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {MHC genes encode proteins that are responsible for the recognition of foreign antigens and the triggering of a subsequent, adequate immune response of the organism. Thus they hold a key position in the immune system of vertebrates. It is believed that the extraordinary genetic diversity of MHC genes is shaped by adaptive selectional processes in response to the reoccurring adaptations of parasites and pathogens. A large number of MHC studies were performed in a wide range of wildlife species aiming to understand the role of immune gene diversity in parasite resistance under natural selection conditions. Methodically, most of this work with very few exceptions has focussed only upon the structural, i.e. sequence diversity of regions responsible for antigen binding and presentation. Most of these studies found evidence that MHC gene variation did indeed underlie adaptive processes and that an individual's allelic diversity explains parasite and pathogen resistance to a large extent. Nevertheless, our understanding of the effective mechanisms is incomplete. A neglected, but potentially highly relevant component concerns the transcriptional differences of MHC alleles. Indeed, differences in the expression levels MHC alleles and their potential functional importance have remained unstudied. The idea that also transcriptional differences might play an important role relies on the fact that lower MHC gene expression is tantamount with reduced induction of CD4+ T helper cells and thus with a reduced immune response. Hence, I studied the expression of MHC genes and of immune regulative cytokines as additional factors to reveal the functional importance of MHC diversity in two free-ranging rodent species (Delomys sublineatus, Apodemus flavicollis) in association with their gastrointestinal helminths under natural selection conditions. I established the method of relative quantification of mRNA on liver and spleen samples of both species in our laboratory. As there was no available information on nucleic sequences of potential reference genes in both species, PCR primer systems that were established in laboratory mice have to be tested and adapted for both non-model organisms. In the due course, sets of stable reference genes for both species were found and thus the preconditions for reliable measurements of mRNA levels established. For D. sublineatus it could be demonstrated that helminth infection elicits aspects of a typical Th2 immune response. Whereas mRNA levels of the cytokine interleukin Il4 increased with infection intensity by strongyle nematodes neither MHC nor cytokine expression played a significant role in D. sublineatus. For A. flavicollis I found a negative association between the parasitic nematode Heligmosomoides polygyrus and hepatic MHC mRNA levels. As a lower MHC expression entails a lower immune response, this could be evidence for an immune evasive strategy of the nematode, as it has been suggested for many micro-parasites. This implies that H. polygyrus is capable to interfere actively with the MHC transcription. Indeed, this parasite species has long been suspected to be immunosuppressive, e.g. by induction of regulatory T-helper cells that respond with a higher interleukin Il10 and tumor necrosis factor Tgfb production. Both cytokines in turn cause an abated MHC expression. By disabling recognition by the MHC molecule H. polygyrus might be able to prevent an activation of the immune system. Indeed, I found a strong tendency in animals carrying the allele Apfl-DRB*23 to have an increased infection intensity with H. polygyrus. Furthermore, I found positive and negative associations between specific MHC alleles and other helminth species, as well as typical signs of positive selection acting on the nucleic sequences of the MHC. The latter was evident by an elevated rate of non-synonymous to synonymous substitutions in the MHC sequences of exon 2 encoding the functionally important antigen binding sites whereas the first and third exons of the MHC DRB gene were highly conserved. In conclusion, the studies in this thesis demonstrate that valid procedures to quantify expression of immune relevant genes are also feasible in non-model wildlife organisms. In addition to structural MHC diversity, also MHC gene expression should be considered to obtain a more complete picture on host-pathogen coevolutionary selection processes. This is especially true if parasites are able to interfere with systemic MHC expression. In this case advantageous or disadvantageous effects of allelic binding motifs are abated. The studies could not define the role of MHC gene expression in antagonistic coevolution as such but the results suggest that it depends strongly on the specific parasite species that is involved.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kuhnert2012,
  author    = {Kuhnert, Oliver},
  title     = {Charakterisierung der neuen centrosomalen Proteine CP148 und CP55 in Dictyostelium discoideum},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-59949},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Das im Cytosol liegende Dictyostelium Centrosom ist aus einer geschichteten Core-Region aufgebaut, die von einer Mikrotubuli-nukleierenden Corona umgeben ist. Zudem ist es {\"u}ber eine spezifische Verbindung eng an den Kern gekn{\"u}pft und durch die Kernmembran hindurch mit den geclusterten Centromeren verbunden. Beim G2/M {\"U}bergang dissoziiert die Corona vom Centrosom und der Core verdoppelt sich so dass zwei Spindelpole entstehen. CP55 und CP148 wurden in einer Proteom-Analyse des Centrosoms identifiziert. CP148 ist ein neues coiled-coil Protein der centrosomalen Corona. Es zeigt eine zellzyklusabh{\"a}ngige An- und Abwesenheit am Centrosom, die mit der Dissoziation der Corona in der Prophase und ihrer Neubildung in der Telophase korreliert. W{\"a}hrend der Telophase erschienen in GFP-CP148 exprimierenden Zellen viele, kleine GFP-CP148-Foci im Cytoplasma, die zum Teil miteinander fusionierten und zum Centrosom wanderten. Daraus resultierte eine hypertrophe Corona in Zellen mit starker GFP-CP148 {\"U}berexpression. Ein Knockdown von CP148 durch RNAi f{\"u}hrte zu einem Verlust der Corona und einem ungeordneten Interphase Mikrotubuli-Cytoskelett. Die Bildung der mitotischen Spindel und der astralen Mikrotubuli blieb davon unbeeinflusst. Das bedeutet, dass die Mikrotubuli-Nukleationskomplexe w{\"a}hrend der Interphase und Mitose {\"u}ber verschiedene Wege mit dem Core assoziiert sind. Des Weiteren bewirkte der Knockdown eine Dispersion der Centromere sowie eine ver{\"a}nderte Sun1 Lokalisation in der Kernh{\"u}lle. Somit spielt CP148 ebenso eine Rolle in der Centrosomen-Centromer-Verbindung. Zusammengefasst ist CP148 ein essentielles Protein f{\"u}r die Bildung und Organisation der Corona, welche wiederum f{\"u}r die Centrosom/Centromer Verbindung ben{\"o}tigt wird. CP55 wurde als Protein der Core-Region identifiziert und verbleibt w{\"a}hrend des Zellzyklus am Centrosom. Dort besitzt es strukturelle Aufgaben, da die Mehrheit der GFP-CP55 Molek{\"u}le in der Interphase keine Mobilit{\"a}t zeigten. Die GFP-CP55 {\"U}berexpression f{\"u}hrte zur Bildung von {\"u}berz{\"a}hligen Centrosomen mit der {\"u}blichen Ausstattung an Markerproteinen der Corona und des Cores. CP55 Knockout-Zellen waren durch eine erh{\"o}hte Ploidie, eine weniger strukturierte und leicht vergr{\"o}ßerte Corona sowie zus{\"a}tzliche cytosolische Mikrotubuli-organisierende Zentren charakterisiert. Letztere entstanden in der Telophase und enthielten nur Corona- aber keine Core-Proteine. In CP55 k/o Zellen erfolgte die Rekrutierung des Corona-Organisators CP148 an den Spindelpol bereits in der fr{\"u}hen Metaphase anstatt, wie {\"u}blich, erst in der Telophase. Außerdem zeigten die Knockout-Zellen Wachstumsdefekte, deren Grund vermutlich Schwierigkeiten bei der Centrosomenverdopplung in der Prophase durch das Fehlen von CP55 waren. Dar{\"u}ber hinaus konnten die Knockout-Zellen phagozytiertes Material nicht verwerten, obwohl der Vorgang der Phagozytose nicht beeintr{\"a}chtigt war. Dieser Defekt kann dem im CP55 k/o auftretenden dispergierten Golgi-Apparat zugeschrieben werden.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Trescher2012,
  author    = {Trescher, Karoline},
  title     = {Cokulturtestsystem f{\"u}r die Untersuchung des Einflusses physikochemischer Eigenschaften von Copolymeren auf das Verhalten von Keratinozyten und Fibroblasten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-62915},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Chemische und physikalische Eigenschaften von Polymeren k{\"o}nnen verschiedene Zelltypen unterschiedlich, z. B. hinsichtlich Adh{\"a}renz oder Funktionalit{\"a}t, beeinflussen. Die Elastizit{\"a}t eines Polymers beeinflusst vor allem, welche Zugkr{\"a}fte eine Zelle gegen{\"u}ber ihrem Substrat entwickeln kann. Das Zellverhalten wird dann {\"u}ber intrazellul{\"a}re R{\"u}ckkopplungsmechanismen reguliert. Die Oberfl{\"a}chenladung und/oder Hydrophilie eines Polymers beeinflusst zun{\"a}chst die Adsorption von Ionen, Proteinen und anderen Molek{\"u}len. Vor allem {\"u}ber die Zusammensetzung, Dichte und Konformation der adsorbierten Komponenten werden anschließend die Wechselwirkungen mit den Zellen vermittelt. Des Weiteren k{\"o}nnen verschiedene Zelltypen unterschiedliche membranassoziierte Proteine, Zucker und Lipide aufweisen, so dass Polymereigenschaften zellspezifische Effekte bewirken k{\"o}nnen. F{\"u}r biotechnologische Anwendungen und f{\"u}r den Einsatz in der regenerativen Medizin gewinnen Polymere, die spezifische Zellreaktionen regulieren k{\"o}nnen, immer weiter an Bedeutung. Die Isolierung und Kultur von prim{\"a}ren Keratinozyten ist noch immer anspruchsvoll und die ad{\"a}quate Heilung von Hautwunden stellt eine fortw{\"a}hrende medizinische Herausforderung dar. Ein Polymer, das eine bevorzugte Adh{\"a}renz von Keratinozyten bei gleichzeitig verminderter Anheftung dermaler Fibroblasten erm{\"o}glicht, w{\"u}rde erhebliche Vorteile f{\"u}r den Einsatz in der Keratinozyten-Zellkultur und als Wundauflage bieten. Um den potentiell spezifischen Einfluss bestimmter Polymereigenschaften auf prim{\"a}re humane Keratinozyten und dermale Fibroblasten zu untersuchen, wurde in der vorliegenden Arbeit ein Zellkultursystem f{\"u}r die Mono- und Cokultur beider Zelltypen entwickelt. Das Testsystem wurde als Screening konzipiert, um den Einfluss unterschiedlicher Polymereigenschaften in mehreren Abstufungen auf die Zellen zu untersuchen. Folgende Parameter wurden untersucht: 1. Vitalit{\"a}t und Dichte adh{\"a}renter und nicht-adh{\"a}rierter Zellen, 2. Sch{\"a}digung der Zellmembran, 3. selektive Adh{\"a}renz von Keratinozyten in Cokultur durch die spezifische immunzytochemische F{\"a}rbung von Keratin14 und Vimentin. F{\"u}r die Polymere mit variabler Elastizit{\"a}t wurden zus{\"a}tzlich die Ablagerung extrazellul{\"a}rer Matrixkomponenten und die Sekretion l{\"o}slicher Faktoren durch die Zellen untersucht. Als Modellpolymere f{\"u}r die Variation der Elastizit{\"a}t wurden vernetzte Poly(n-butylacrylate) (cPnBA) verwendet, da deren Elastizit{\"a}t durch den Anteil des Vernetzers eingestellt werden kann. Auf dem weniger elastischen cPnBA zeigte sich in der Cokultur ein doppelt so hohes Verh{\"a}ltnis von Keratinozyten zu Fibroblasten wie auf dem elastischeren cPnBA, so dass ein leichter zellselektiver Effekt angenommen werden kann. Acrylnitril-basierte Copolymere wurden als Modellpolymere f{\"u}r die Variation der Oberfl{\"a}chenladung und Hydrophilie verwendet, da die Eigenschaften durch Art und molaren Anteil des Comonomers eingestellt werden k{\"o}nnen. Durch Variation des molaren Anteils der Comonomere mit positiver bzw. negativer Ladung, Methacryls{\"a}ure-2-aminoethylester-hydrochhlorid (AEMA) und N-3-Aminopropyl-methacrylamid-hydro-chlorid (APMA) bzw. Natriumsalz der 2-Methyl-2-propen-1-sulfons{\"a}ure (NaMAS), wurde der Anteil der positiven bzw. negativen Ladung im Copolymer variiert. Durch die Erh{\"o}hung des molaren Anteils des hydrophilen Comonomers N-Vinylpyrrolidon (NVP) wurde die Hydrophilie des Copolymers gesteigert. Die Erh{\"o}hung des molaren Anteils an positiv geladenem Comonomer AEMA im Copolymer f{\"u}hrte tendenziell zu einer h{\"o}heren Keratinozytendichte, wobei die Fibroblastendichte unver{\"a}ndert blieb. Durch die Erh{\"o}hung des molaren Anteils des positiv geladenen Comonomers APMA ergaben sich keine deutlichen Unterschiede in Dichte, Vitalit{\"a}t oder Selektivit{\"a}t der Zellen. Durch die stufenweise Erh{\"o}hung des molaren Anteils des negativ geladenen Comonomers NaMAS konnte, wie im Falle von AEMA, eine Tendenz zur verbesserten Keratinozytenadh{\"a}renz beobachtet werden. Die Steigerung der Hydrophilie der Copolymere f{\"u}hrte sowohl f{\"u}r Keratinozyten als auch f{\"u}r Fibroblasten zu einer reduzierten Adh{\"a}renz und Vitalit{\"a}t. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde ein Testverfahren etabliert, das die Untersuchung von prim{\"a}ren humanen Keratinozyten und prim{\"a}ren humanen Fibroblasten in Monokultur und Cokultur auf verschiedenen Polymeren erm{\"o}glicht. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass sich durch die gezielte Modifizierung verschiedener Polymereigenschaften die Adh{\"a}renz und Vitalit{\"a}t beider Zelltypen beeinflussen l{\"a}sst. Die Reduktion der Elastizit{\"a}t sowie die Erh{\"o}hung des molaren Anteils geladener Comonomere f{\"u}hrten zu einer Zunahme der Keratinozytenadh{\"a}renz. Da die Fibroblasten unbeeinflusst blieben, zeigte sich f{\"u}r einige der untersuchten Polymere eine leichte Zellselektivit{\"a}t. Diese k{\"o}nnte durch die weitere Erh{\"o}hung der Steifigkeit oder des Anteils geladener Comonomere m{\"o}glicherweise weiter gesteigert werden.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Andres2012,
  author    = {Andres, Dorothee},
  title     = {Biophysical chemistry of lipopolysaccharide specific bacteriophages},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-59261},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Carbohydrate recognition is a ubiquitous principle underlying many fundamental biological processes like fertilization, embryogenesis and viral infections. But how carbohydrate specificity and affinity induce a molecular event is not well understood. One of these examples is bacteriophage P22 that binds and infects three distinct Salmonella enterica (S.) hosts. It recognizes and depolymerizes repetitive carbohydrate structures of O antigen in its host´s outer membrane lipopolysaccharide molecule. This is mediated by tailspikes, mainly β helical appendages on phage P22 short non contractile tail apparatus (podovirus). The O antigen of all three Salmonella enterica hosts is built from tetrasaccharide repeating units consisting of an identical main chain with a distinguished 3,6 dideoxyhexose substituent that is crucial for P22 tailspike recognition: tyvelose in S. Enteritidis, abequose in S. Typhimurium and paratose in S. Paratyphi. In the first study the complexes of P22 tailspike with its host's O antigen octasaccharide were characterized. S. Paratyphi octasaccharide binds less tightly (ΔΔG≈7 kJ/mol) to the tailspike than the other two hosts. Crystal structure analysis of P22 tailspike co crystallized with S. Paratyphi octasaccharides revealed different interactions than those observed before in tailspike complexes with S. Enteritidis and S. Typhimurium octasaccharides. These different interactions occur due to a structural rearrangement in the S. Paratyphi octasaccharide. It results in an unfavorable glycosidic bond Φ/Ψ angle combination that also had occurred when the S. Paratyphi octasaccharide conformation was analyzed in an aprotic environment. Contributions of individual protein surface contacts to binding affinity were analyzed showing that conserved structural waters mediate specific recognition of all three different Salmonella host O antigens. Although different O antigen structures possess distinct binding behavior on the tailspike surface, all are recognized and infected by phage P22. Hence, in a second study, binding measurements revealed that multivalent O antigen was able to bind with high avidity to P22 tailspike. Dissociation rates of the polymer were three times slower than for an octasaccharide fragment pointing towards high affinity for O antigen polysaccharide. Furthermore, when phage P22 was incubated with lipopolysaccharide aggregates before plating on S. Typhimurium cells, P22 infectivity became significantly reduced. Therefore, in a third study, the function of carbohydrate recognition on the infection process was characterized. It was shown that large S. Typhimurium lipopolysaccharide aggregates triggered DNA release from the phage capsid in vitro. This provides evidence that phage P22 does not use a second receptor on the Salmonella surface for infection. P22 tailspike binding and cleavage activity modulate DNA egress from the phage capsid. DNA release occurred more slowly when the phage possessed mutant tailspikes with less hydrolytic activity and was not induced if lipopolysaccharides contained tailspike shortened O antigen polymer. Furthermore, the onset of DNA release was delayed by tailspikes with reduced binding affinity. The results suggest a model for P22 infection induced by carbohydrate recognition: tailspikes position the phage on Salmonella enterica and their hydrolytic activity forces a central structural protein of the phage assembly, the plug protein, onto the host´s membrane surface. Upon membrane contact, a conformational change has to occur in the assembly to eject DNA and pilot proteins from the phage to establish infection. Earlier studies had investigated DNA ejection in vitro solely for viruses with long non contractile tails (siphovirus) recognizing protein receptors. Podovirus P22 in this work was therefore the first example for a short tailed phage with an LPS recognition organelle that can trigger DNA ejection in vitro. However, O antigen binding and cleaving tailspikes are widely distributed in the phage biosphere, for example in siphovirus 9NA. Crystal structure analysis of 9NA tailspike revealed a complete similar fold to P22 tailspike although they only share 36 \% sequence identity. Moreover, 9NA tailspike possesses similar enzyme activity towards S. Typhimurium O antigen within conserved amino acids. These are responsible for a DNA ejection process from siphovirus 9NA triggered by lipopolysaccharide aggregates. 9NA expelled its DNA 30 times faster than podovirus P22 although the associated conformational change is controlled with a similar high activation barrier. The difference in DNA ejection velocity mirrors different tail morphologies and their efficiency to translate a carbohydrate recognition signal into action.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{MatallanaRamirez2012,
  author    = {Matallana-Ram{\´i}rez, Lilian Paola},
  title     = {Unraveling the ORE1 regulon in Arabidopsis thaliana : molecular and functional characterization of up- and down-stream components},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-62646},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Leaf senescence is an active process required for plant survival, and it is flexibly controlled, allowing plant adaptation to environmental conditions. Although senescence is largely an age-dependent process, it can be triggered by environmental signals and stresses. Leaf senescence coordinates the breakdown and turnover of many cellular components, allowing a massive remobilization and recycling of nutrients from senescing tissues to other organs (e.g., young leaves, roots, and seeds), thus enhancing the fitness of the plant. Such metabolic coordination requires a tight regulation of gene expression. One important mechanism for the regulation of gene expression is at the transcriptional level via transcription factors (TFs). The NAC TF family (NAM, ATAF, CUC) includes various members that show elevated expression during senescence, including ORE1 (ANAC092/AtNAC2) among others. ORE1 was first reported in a screen for mutants with delayed senescence (oresara1, 2, 3, and 11). It was named after the Korean word "oresara," meaning "long-living," and abbreviated to ORE1, 2, 3, and 11, respectively. Although the pivotal role of ORE1 in controlling leaf senescence has recently been demonstrated, the underlying molecular mechanisms and the pathways it regulates are still poorly understood. To unravel the signaling cascade through which ORE1 exerts its function, we analyzed particular features of regulatory pathways up-stream and down-stream of ORE1. We identified characteristic spatial and temporal expression patterns of ORE1 that are conserved in Arabidopsis thaliana and Nicotiana tabacum and that link ORE1 expression to senescence as well as to salt stress. We proved that ORE1 positively regulates natural and dark-induced senescence. Molecular characterization of the ORE1 promoter in silico and experimentally suggested a role of the 5'UTR in mediating ORE1 expression. ORE1 is a putative substrate of a calcium-dependent protein kinase named CKOR (unpublished data). Promising data revealed a positive regulation of putative ORE1 targets by CKOR, suggesting the phosphorylation of ORE1 as a requirement for its regulation. Additionally, as part of the ORE1 up-stream regulatory pathway, we identified the NAC TF ATAF1 which was able to transactivate the ORE1 promoter in vivo. Expression studies using chemically inducible ORE1 overexpression lines and transactivation assays employing leaf mesophyll cell protoplasts provided information on target genes whose expression was rapidly induced upon ORE1 induction. First, a set of target genes was established and referred to as early responding in the ORE1 regulatory network. The consensus binding site (BS) of ORE1 was characterized. Analysis of some putative targets revealed the presence of ORE1 BSs in their promoters and the in vitro and in vivo binding of ORE1 to their promoters. Among these putative target genes, BIFUNCTIONAL NUCLEASE I (BFN1) and VND-Interacting2 (VNI2) were further characterized. The expression of BFN1 was found to be dependent on the presence of ORE1. Our results provide convincing data which support a role for BFN1 as a direct target of ORE1. Characterization of VNI2 in age-dependent and stress-induced senescence revealed ORE1 as a key up-stream regulator since it can bind and activate VNI2 expression in vivo and in vitro. Furthermore, VNI2 was able to promote or delay senescence depending on the presence of an activation domain located in its C-terminal region. The plasticity of this gene might include alternative splicing (AS) to regulate its function in different organs and at different developmental stages, particularly during senescence. A model is proposed on the molecular mechanism governing the dual role of VNI2 during senescence.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Lohmann2012,
  author    = {Lohmann, Dirk},
  title     = {Sustainable management of semi-arid African savannas under environmental and political change},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-65069},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Drylands cover about 40\% of the earth's land surface and provide the basis for the livelihoods of 38\% of the global human population. Worldwide, these ecosystems are prone to heavy degradation. Increasing levels of dryland degradation result a strong decline of ecosystem services. In addition, in highly variable semi-arid environments changing future environmental conditions will potentially have severe consequences for productivity and ecosystem dynamics. Hence, global efforts have to be made to understand the particular causes and consequences of dryland degradation and to promote sustainable management options for semi-arid and arid ecosystems in a changing world. Here I particularly address the problem of semi-arid savanna degradation, which mostly occurs in form of woody plant encroachment. At this, I aim at finding viable sustainable management strategies and improving the general understanding of semi-arid savanna vegetation dynamics under conditions of extensive livestock production. Moreover, the influence of external forces, i.e. environmental change and land reform, on the use of savanna vegetation and on the ecosystem response to this land use is assessed. Based on this I identify conditions and strategies that facilitate a sustainable use of semi-arid savanna rangelands in a changing world. I extended an eco-hydrological model to simulate rangeland vegetation dynamics for a typical semi-arid savanna in eastern Namibia. In particular, I identified the response of semi-arid savanna vegetation to different land use strategies (including fire management) also with regard to different predicted precipitation, temperature and CO2 regimes. Not only environmental but also economic and political constraints like e.g. land reform programmes are shaping rangeland management strategies. Hence, I aimed at understanding the effects of the ongoing process of land reform in southern Africa on land use and the semi-arid savanna vegetation. Therefore, I developed and implemented an agent-based ecological-economic modelling tool for interactive role plays with land users. This tool was applied in an interdisciplinary empirical study to identify general patterns of management decisions and the between-farm cooperation of land reform beneficiaries in eastern Namibia. The eco-hydrological simulations revealed that the future dynamics of semi-arid savanna vegetation strongly depend on the respective climate change scenario. In particular, I found that the capacity of the system to sustain domestic livestock production will strongly depend on changes in the amount and temporal distribution of precipitation. In addition, my simulations revealed that shrub encroachment will become less likely under future climatic conditions although positive effects of CO2 on woody plant growth and transpiration have been considered. While earlier studies predicted a further increase in shrub encroachment due to increased levels of atmospheric CO2, my contrary finding is based on the negative impacts of temperature increase on the drought sensitive seedling germination and establishment of woody plant species. Further simulation experiments revealed that prescribed fires are an efficient tool for semi-arid rangeland management, since they suppress woody plant seedling establishment. The strategies tested have increased the long term productivity of the savanna in terms of livestock production and decreased the risk for shrub encroachment (i.e. savanna degradation). This finding refutes the views promoted by existing studies, which state that fires are of minor importance for the vegetation dynamics of semi-arid and arid savannas. Again, the difference in predictions is related to the bottleneck at the seedling establishment stage of woody plants, which has not been sufficiently considered in earlier studies. The ecological-economic role plays with Namibian land reform beneficiaries showed that the farmers made their decisions with regard to herd size adjustments according to economic but not according to environmental variables. Hence, they do not manage opportunistically by tracking grass biomass availability but rather apply conservative management strategies with low stocking rates. This implies that under the given circumstances the management of these farmers will not per se cause (or further worsen) the problem of savanna degradation and shrub encroachment due to overgrazing. However, as my results indicate that this management strategy is rather based on high financial pressure, it is not an indicator for successful rangeland management. Rather, farmers struggle hard to make any positive revenue from their farming business and the success of the Namibian land reform is currently disputable. The role-plays also revealed that cooperation between farmers is difficult even though obligatory due to the often small farm sizes. I thus propose that cooperation needs to be facilitated to improve the success of land reform beneficiaries.},
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