TY  - THES
A1  - Geisendörfer, Birte
T1  - Autologer Ansatz zur Entwicklung von 2D- und 3D-Kokultivierungsmethoden für die Bestimmung des sensibilisierenden Potenzials von Xenobiotika
N2  - Die allergische Kontaktdermatitis ist eine immunologisch bedingte Hauterkrankung mit insbesondere in den westlichen Industrienationen hoher und weiter ansteigender Prävalenz. Es handelt sich hierbei um eine Hypersensitivitätsreaktion vom Typ IV, die sich nach Allergenkontakt durch Juckreiz, Rötung, Bläschenbildung und Abschälung der Haut äußert. Zahlreiche Xenobiotika besitzen das Potenzial, Kontaktallergien auszulösen, darunter Konservierungsstoffe, Medikamente, Duftstoffe und Chemikalien. Die wirksamste Maßnahme zur Eindämmung der Erkrankung ist die Expositionsprophylaxe, also die Vermeidung des Kontakts mit den entsprechenden Substanzen. Dies wiederum setzt die Kenntnis des jeweiligen sensibilisierenden Potenzials einer Substanz voraus, dessen Bestimmung aus diesem Grund eine hohe toxikologische Relevanz besitzt. Zu diesem Zweck existieren von der OECD veröffentlichte Testleitlinien, welche auf entsprechend validierten Testmethoden basieren. Goldstandard bei der Prüfung auf hautsensibilisierendes Potenzial war über lange Zeit der murine Lokale Lymphknotentest. Seit der 7. Änderung der EU-Kosmetikrichtlinie, welche Tierversuche für Kosmetika und deren Inhaltsstoffe untersagt, wurden vermehrt Alternativmethoden in die OECD-Testleitlinien implementiert.. Die bestehenden in vitro Methoden sind jedoch alleinstehend nur begrenzt aussagekräftig, da sie lediglich singuläre Mechanismen bei der Entstehung einer Kontaktallergie abbilden. Die Entwicklung von Testmethoden, welche mehrere dieser Schlüsselereignisse berücksichtigen, erscheint daher richtungsweisend. Einen vielversprechenden Ansatz liefert hierbei der Loose-fit coculture-based sensitisation assay (LCSA), welcher eine Kokultur aus primären Keratinozyten und PBMC darstellt. Bei der Kokultivierung von Immunzellen mit anderen Zelltypen stellt sich allerdings die Frage, inwiefern die Nutzung von Zellen derselben Spender*innen (autologe Kokultur) bzw. verschiedener Spender*innen (allogene Kokultur) einen Einfluss nimmt. Zu diesem Zweck wurden im Rahmen dieser Arbeit Hautzellen spenderspezifisch aus gezupften Haarfollikeln isoliert und der LCSA mit den generierten HFDK in autologen und allogenen Ansätzen verglichen. Zusätzlich wurde auch ein Vergleich zwischen der Nutzung von HFDK und NHK, welche aus humaner Vorhaut isoliert wurden, im LCSA durchgeführt. Dabei ergaben sich keine signifikanten Unterschiede zwischen autologen und allogenen Kokulturen bzw. zwischen der Verwendung von HFDK und NHK. Die Verwendung allogener Zellen aus anonymem Spendermaterial sowie die Nutzung von Keratinozyten aus unterschiedlichen Quellen scheint im Rahmen des LCSA problemlos möglich. Einige der getesteten Kontaktallergene, darunter DNCB und NiCl2, erwiesen sich im LCSA jedoch als problematisch und konnten nicht zufriedenstellend als sensibilisierend detektiert werden. Daher wurde eine Optimierung der Kokultur durch Verwendung ex vivo differenzierter Langerhans Zellen (MoLC) angestrebt, welche ein besseres Modell primärer epidermaler Langerhans Zellen darstellen als die dendritischen Zellen aus dem LCSA. Zusätzlich wurden weitere, den Erfolg der Kokultur beeinflussende Faktoren, wie die Art und Zusammensetzung des Mediums und die Kokultivierungsdauer, untersucht und angepasst. Das schlussendlich etablierte Kokultivierungsprotokoll führte zu einer maßgeblich verstärkten Expression von CD207 (Langerin) auf den MoLC, was auf eine wirkungsvolle Interaktion zwischen Haut- und Immunzellen in der Kokultur hindeutete. Des Weiteren konnten DNCB und NiCl2 im Gegensatz zum LCSA durch Verwendung des kostimulatorischen Moleküls CD86 sowie des Reifungsmarkers CD83 als Ausleseparameter eindeutig als Kontaktallergene identifiziert werden. Die Untersuchungen zur Kokultur von MoLC und HFDK wurden jeweils vergleichend in autologen und allogenen Ansätzen durchgeführt. Ähnlich wie beim LCSA kam es aber auch hier zu keinen signifikanten Unterschieden, weder hinsichtlich der Expression von Charakterisierungs- und Aktivierungsmarkern auf MoLC noch hinsichtlich der Zytokinsekretion in den Zellkulturüberstand. Die Hinweise aus zahlreichen Studien im Mausmodell, dass Zellen des angeborenen Immunsystems zur Erkennung von und Aktivierung durch allogene Zellen bzw. Gewebe in der Lage sind, bestätigten sich im Rahmen dieser Arbeit dementsprechend nicht. Aus diesem Grund wurden abschließend CD4+ T-Lymphozyten, die Effektorzellen des adaptiven Immunsystems, in die Kokultur aus MoLC und autologen bzw. allogenen HFDK integriert. Überraschenderweise traten auch hier keine verstärkten Aktivierungen in allogener Kokultur im Vergleich zur autologen Kokultur auf. Die Nutzung autologer Primärzellen scheint im Rahmen der hier getesteten Methoden nicht notwendig zu sein, was die Validierung von Kokulturen und deren Implementierung in die OECD-Testleitlinien erleichtern dürfte. Zuletzt wurde eine Kokultivierung primärer Haut- und Immunzellen auch im 3D-Vollhautmodell durchgeführt, wobei autologe MoLC in die Epidermisäquivalente entsprechender Modelle integriert werden sollten. Obwohl die erstellten Hautmodelle unter Verwendung autologer Haarfollikel-generierter Keratinozyten und Fibroblasten eine zufriedenstellende Differenzierung und Stratifizierung aufwiesen, gestaltete sich die Inkorporation der MoLC als problematisch und konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht erreicht werden.
KW  - Kontaktallergie
KW  - Langerhans Zellen
KW  - Alternativmethoden
KW  - Kokultur
KW  - Hautmodell
Y1  - 2022
ER  - 
TY  - THES
A1  - Finke, Hannah
T1  - Toxicological Characterization of Arsenolipids in vitro and Analysis of Global DNA (Hydroxy)methylation in the Context of Aging, Trace Element Status, and Genomic Stability
Y1  - 2020
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rotte, Cathleen
T1  - Die neuronale Kontrolle der Speicheldrüse von Periplaneta americana
T1  - The neuronal control of the salivary glands of Periplaneta americana
N2  - Die acinösen Speicheldrüsen der Schabe Periplaneta americana sind reich durch serotonerge, dopaminerge und GABAerge Fasern innerviert. Die biogenen Amine Serotonin (5-HT) und Dopamin (DA) induzieren die Sekretion eines NaCl-haltigen Primärspeichels. Die physiologische Rolle der GABAergen Innervation des Drüsenkomplexes war bislang unbekannt. Weiterhin wurde vermutet, dass Tyramin (TA) und Octopamin (OA) an der Speichelbildung beteiligt sind. Mittels intrazellulärer Ableitungen von sekretorischen Acinuszellen mit und ohne Stimulierung des Speicheldrüsennervs (SDN) sollte daher die Wirkung von GABA, TA und OA im Speicheldrüsenkomplex untersucht werden. Intrazelluläre Ableitungen aus Acinuszellen zeigten, dass sowohl DA als auch 5 HT biphasische Änderungen des Membranpotentials induzierten. Diese bestanden aus einer initialen Hyperpolarisation und einer darauf folgenden transienten Depolarisation. Stimulierung des SDN mittels einer Saugelektrode verursachte ebenfalls biphasische Änderungen des Membranpotentials der Acinuszellen, die mit den DA- bzw. 5-HT-induzierten Änderungen kinetisch identisch waren. Dieses Ergebnis zeigte, dass die elektrische Stimulierung des SDN im Nerv-Speicheldrüsenpräparat eine verlässliche Methode zur Untersuchung der Wirkungen von Neuromodulatoren auf die dopaminerge und/oder sertotonerge Neurotransmission ist. Die Hyperpolarisation der DA-induzierten Potentialänderungen wurde durch eine intrazelluläre Ca2+-Freisetzung und die Öffnung basolateral lokalisierter Ca2+-gesteuerter K+-Kanäle verur-sacht. Die DA- und 5-HT-induzierte Depolarisation hing kritisch von der Aktivität eines basolateral lokalisierten Na+-K+-2Cl--Symporters ab. GABA, TA und OA potenzierten die elektrischen Antworten der Acinuszellen, wenn diese durch SDN-Stimulierung hervorgerufen wurden. Dabei war OA wirksamer als TA. Dieses Ergebnis zeigte, dass diese Substanzen als im Drüsenkomplex präsynaptisch und erregend als Neuromodulatoren wirken. Pharmakologische Untersuchungen ergaben, dass die erregende Wirkung von GABA durch einen G-Protein-gekoppelten GABAB-Rezeptor vermittelt wurde. Messungen der durch SDN-Stimulierung induzierten Flüssigkeits- und Proteinsekretionsraten zeigten, dass beide Parameter in Anwesenheit von GABA verstärkt waren. Dies ließ auf eine verstärkte serotonerge Neurotransmission schließen, da nur 5-HT die Bildung eines Protein-haltigen Speichels verursacht. Immuncytochemische Untersuchungen zeigten, dass die Drüsen tyraminerge und octopaminerge Innervation empfangen. Weiterhin wurde der erste charakterisierte TA-Rezeptor (PeaTYR1) der Schabe auf einem paarigen, lateral zur Drüse ziehenden Nerv markiert, der auch tyraminerge Fasern enthielt. Die vorliegende Arbeit trug zum Verständnis der komplexen Funktionsweise der Speicheldrüse der Schabe bei und erweiterte das lückenhafte Wissen über die neuronale Kontrolle exokriner Drüsen in Insekten.
N2  - The cockroach Periplaneta americana has acinar type salivary glands. The secretory acini consist of P-cells, responsible for electrolyte and water secretion and C-cells that secrete protein into the saliva. Salivation is controlled by the dopaminergic and GABAergic salivary neurons SN1 and SN2, and by several smaller serotonergic neurons. Dopamine (DA) and serotonin (5-HT) induce the secretion of a NaCl-rich saliva. The physiological role of the GABAergic innervation was unknown. Furthermore, the cellular actions of the biogenic amines DA and 5-HT were poorly understood. Based on studies on other insect salivary glands a role for octopamine (OA) and tyramine (TA) acting as neuromodulators was suggested. In this study, intracellular recordings of the basolateral membrane potential of acinar cells were performed to examine direct and modulating actions of the biogenic amines DA, 5-HT, OA, TA and of GABA. A nerve-gland preparation was developed and used to investigate the actions of neuromodulators, namely GABA, OA and TA. DA and 5-HT induced biphasic membrane potential changes, consisting of an initial hyperpolarization and a transient depolarization. The DA-induced hyperpolarization was mediated by intracellular Ca2+-release and subsequent opening of basolateral Ca2+-dependent K+-channels. The DA- and 5-HT-induced depolarization was dependent on the presence of extracellular Na+ and the activity of a basolateral Na+-K+-2Cl--cotransporter. Electrical stimulation of the salivary duct nerve (SDN) by means of a suction electrode induced membrane potential changes with the same kinetics as those induced by bath application of DA and 5-HT. These results suggested that electrical nerve stimulation is a adequate method to investigate presynaptic effects of neuromodulators. GABA, OA and TA affected neither the resting membrane potential of the acinar cells, nor the DA- or 5 HT- induced potential changes. When GABA was applied during SDN-stimulation, it enhanced the amplitudes of the membrane potential changes of the acinar cells as well as fluid- and protein secretion rates of the glands. Pharmacological experiments revealed that the excitatory action of GABA in the gland complex is mediated by a metabotropic GABA receptor (GABAB-type). OA and TA enhanced the membrane potential changes of the acinar cells when these were induced by SDN-stimulation, suggesting presynaptic excitatory roles for both amines in the gland complex. Immunocytochemistry revealed rich innervation of the salivary glands with octopamine- immunoreactive fibers that were also stained by the tyramine-antibody, and with tyramine-immunoreactive fibers lacking octopamine-immunoreactivity. Since the tyramine receptor PeaTYR1 is expressed in the salivary gland complex, its distribution was investigated by using a specific antibody. Immunoreactivity was detected in a paired nerve of unknown root. This nerve innervated only few acini lying in the periphery of the gland complex and contained tyraminergic fibers. This study extends our knowledge about the complex neuronal control and function of insect salivary glands.
KW  - Schabe
KW  - Speicheldrüse
KW  - GABA
KW  - Octopamin
KW  - Tyramin
KW  - cockroach
KW  - salivary gland
KW  - biogenic amines
KW  - acinar cell
KW  - dopamine
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-39456
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schatz, Daniela
T1  - LNA-clamp-PCR zum sensitiven Nachweis von Punktmutationen im Rahmen der Entwicklung eines Darmkrebsfrüherkennungstests
T1  - LNA-clamp-PCR as a method for sensitive detection of point mutations as part of the development of an assay for the early diagnosis of colon cancer
N2  - Darmkrebs ist die zweithäufigste malignombedingte Todesursache in den westlichen Industrieländern. Durch eine frühzeitige Diagnose besteht jedoch eine hohe Chance auf Heilung. Der Goldstandard zur Darmkrebsfrüherkennung ist gegenwärtig die Koloskopie. Eine Darmspiegelung ist jedoch invasiv und mit Unannehmlichkeiten für den Patienten verbunden. Die Akzeptanz in der Bevölkerung ist daher gering. Ziel des BMBF- Projektes „Entwicklung eines nichtinvasiven Nachweissystems zur Früherkennung von humanem Darmkrebs“, in dessen Rahmen diese Arbeit entstand, ist die Bereitstellung eines nichtinvasiven Nachweisverfahrens zur Darmkrebsfrüherkennung. Der Nachweis soll über die Detektion von aus neoplastischen Zellen stammender DNA in Stuhl erfolgen. Die Entartung dieser Zellen beruht auf Veränderungen im Erbgut, welches unter anderem Mutationen sind. Im ersten Teil des BMBF-Projektes wurde ein Set von Mutationen zusammengestellt, welches eine hohe Sensitivität für Vorstufen von Darmkrebs aufweist. Ziel dieser Arbeit war es, eine Nachweismethode für die zuvor identifizierten Punktmutationen zu entwickeln. Das Nachweisverfahren musste dabei unempfindlich gegen einen hohen Hintergrund nichtmutierter DNA sein, da im Stuhl geringe Mengen DNA aus neoplastischen Zellen bei einem hohen Hintergrund von DNA aus gesunden Zellen vorliegen. Hierzu wurden Plasmidmodellsysteme für die aus dem Marker-Set stammenden Genfragmente BRAF und dessen Mutante V600E, CTNNB1 und T41I, T41A, S45P und K-ras G12C hergestellt. Mit Hilfe dieser Plasmidmodellsysteme wurde dann das Nachweissystem entwickelt. Der entscheidende Schritt für die Detektion von Punktmutationen bei hohem Wildtypüberschuss ist eine vorhergehende Anreicherung. In der vorliegenden Arbeit wurde dazu die Methode der LNA-clamp-PCR (locked nucleic acid) etabliert. Die Bewertung der erzielten Anreicherung erfolgte über das relative Detektionslimit. Zur Bestimmung des Detektionslimits wurde die Schmelzkurvenanalyse von Hybridisierungssonden eingesetzt; diese wurde im Rahmen dieser Arbeit für die drei oben genannten Genfragmente und ihre Mutanten entwickelt. Die LNA-clamp-PCR wird in Anwesenheit eines LNA-Blockers durchgeführt. Das Nukleotidanalogon LNA weist im Vergleich zu DNA eine erhöhte Affinität zu komplementären DNA-Strängen auf. Gleichzeitig kommt es bei Anwesenheit einer Basenfehlpaarung zu einer größeren Destabilisierung der Bindung. Als Blocker werden kurze LNA-DNA-Hybridoligonukleotide eingesetzt, die den mutierten Sequenzbereich überspannen und selbst der Wildtypsequenz entsprechen. Durch Bindung an die Wildtypsequenz wird deren Amplifikation während der PCR verhindert (clamp = arretieren, festklemmen). Der Blocker selbst wird dabei nicht verlängert. Der Blocker bindet unter optimalen Bedingungen jedoch nicht an die mutierte Sequenz. Die Mutante wird daher ungehindert amplifiziert und somit gegenüber dem Wildtyp-Fragment angereichert. Die Position des Blockers kann im Bindungsbereich eines der Primer sein und hier dessen Hybridisierung an dem Wildtyp-Fragment verhindern oder zwischen den beiden Primern liegen und so die Synthese durch die Polymerase inhibieren. Die Anwendbarkeit beider Systeme wurde in dieser Arbeit gezeigt. Die LNA-clamp-PCR mit Primerblocker wurde für BRAF etabliert. Es wurde ein Detektionslimit von mindestens 1:100 erzielt. Die LNA-clamp-PCR mit Amplifikationsblocker wurde erfolgreich für BRAF, K-ras und CTNNB1: T41I, T41A mit einem Detektionslimit von 1:1000 bis 1:10 000 entwickelt. In Stuhlproben liegt DNA aus neoplastischen Zellen nach Literaturangaben zu einem Anteil von 1% bis 0,1% vor. Die LNA-clamp-PCR weist also mit Amplifikationsblockern ein ausreichend hohes Detektionslimit für die Analyse von Stuhlproben auf. Durch die erfolgreiche Etablierung der Methode auf drei verschiedenen Genfragmenten und vier unterschiedlichen Punktmutationen konnte deren universelle Einsetzbarkeit gezeigt werden. Für die Ausweitung der LNA-clamp-PCR auf die übrigen Mutationen des Marker-Sets wurden Richtlinien ausgearbeitet und die Blockereffizienz als Kennzahl eingeführt. Die LNA-clamp-PCR ist ein schnelles, kostengünstiges Verfahren, welches einen geringen Arbeitsaufwand erfordert und wenig fehleranfällig ist. Sie ist somit ein geeignetes Anreicherungsverfahren für Punktmutationen in einem diagnostischen System zur Darmkrebsfrüherkennung. Darüber hinaus kann die LNA-clamp-PCR auch in anderen Bereichen, in denen die Detektion von Punktmutationen in einem hohen Wildtyphintergrund erforderlich ist, eingesetzt werden.
N2  - Colon cancer is the second leading cause of cancer related deaths in the western world. However if diagnosed early there is a great chance curing the disease. Coloscopy is the gold standard for early detection of colorectal cancer today. Its greatest disadvantage is the fact that it is an invasive technique and provides some discomfort for the patients. Therefore, the compliance to undergo such a procedure is extremely low. This work was generated in the context of the BMBF-project „Development of a non-invasive assay for the early detection of preneoplastic and neoplastic lesions in the human colon“. The aim of the work described here is the development of a non-invasive assay for the early detection of colon cancer. The assay should detect DNA from neoplastic cells in feces samples. The transformation of these cells is based on alterations in the genome predominantly mutations. In the first part of the BMBF-project a mutation panel with high sensitivity for preneoplastic lesions of colon cancer was determined. The aim of this work was to develop a detection method for the point mutations of the determined mutation panel. The rare mutant DNA needs to be detected in the presence of a great amount of wild-type DNA shed from healthy tissue. The assay system needs to be insensitive to this high background of healthy DNA. Therefore a model system of plasmid DNA containing gene fragments of BRAF and its mutation V600E, CTNNB1 and T41I, T41A, S45P and K-ras G12C obtained from the marker panel was established. Using these plasmid system the detection method was developed. The most critical parameter for the detection of rare point mutations is an enrichment of these rare DNA molecules. In this work LNA-clamp-PCR (locked nucleic acid) technology was used to enrich the mutant DNA.. For the estimation of the achieved enrichment the relative detection limit was used. The detection limit was determined by melting curve analysis of hybridization probes. These assays were established in the present work for the three above mentioned gene fragments. LNA-clamp-PCR is performed in the presence of an LNA blocker. LNA is a synthetic DNA analog. LNA nucleotide analog bind to complementary DNA strands with higher affinity. In addition a single mismatch in the LNA-DNA duplex causes a much greater destabilization compared to a DNA-DNA duplex. Short LNA-DNA-hybrids were used as clamp, which cover the mutated region and represent the wild-type sequence. Within an appropriate temperature range, LNA can specifically bind to wild type template and can inhibit its amplification. The clamp itself will not be elongated. Under optimal conditions the LNA clamp will not interfere with the amplification of the mismatched template. Therefore the mutated gene fragment will be enriched in comparison to the wild-type. The position of the LNA clamp can either be at the primer binding site inhibiting primer hybridization on the wild-type fragment or the LNA clamp is positioned between the two primer binding sites inhibiting chain elongation of the perfectly matched template. In the present work both systems were applied. For the gene fragment BRAF the LNA was used at the primer binding site. The achieved detection limit was at least 1:100. The LNA-clamp-PCR with LNA inhibiting the chain elongation were developed successfully for BRAF, K-ras and CTNNB1: T41I, T41A achieving a detection limit of 1:1000 to 1:10 000. According to the literature 1% to 0.1% of the DNA in feces derives from neoplastic cells. Therefore the detection limit achieved by LNA-clamp-PCR with LNA inhibiting chain elongation would be sufficient for analyzing feces samples. LNA-clamp-PCR protocols were established for three different gene fragments and four diverse point mutations indicating that the technology can generally be used for high sensitive detection of DNA mutations. For the development of LNA-clamp-PCR protocols for the other mutations of the marker panel development guidelines were established. Clamp efficiency was identified as a quantitative parameter for protocol optimization. The LNA-clamp-PCR is a robust, fast and cost-saving technique which needs low labor input. Therefore the method is adequate for enriching point mutated gene fragments in a diagnostic assay for the detection of early colon cancer stages. In addition LNA-clamp-PCR can be applied in other fields where rare sequence variations need to be detected in the presence of high wild-type DNA background.
KW  - LNA-clamp-PCR
KW  - Darmkrebsdiagnostik
KW  - Punktmutation
KW  - BRAF
KW  - K-ras
KW  - LNA- clamp-PCR
KW  - colon cancer diagnosis
KW  - point mutation
KW  - BRAF
KW  - K-ras
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52308
ER  - 
TY  - THES
A1  - Löwinger, Maria
T1  - Sulforaphan und Selen : Einfluss auf Phase II Enzyme und Selenoproteine sowie deren Effekt auf die entzündungsvermittelte Dickdarmkanzerogenese
T1  - Sulforaphane and Selenium : impact on phase II enzymes and selenoproteins, and the effect on the inflammation triggered colon carcinogenesis
N2  - Das ITC SFN und der Mikronährstoff Se sind bekannt als chemopräventive Inhaltsstoffe von Gemüse der Brassica-Familie, welcher auch Brokkoli angehört. Die Wirkungen von sowohl SFN als auch Se beruhen auf zahlreichen verschiedenen Mechanismen. Es existieren jedoch Schnittstellen, an welchen Interaktionen beider Substanzen möglich sind. Basierend auf diesem Wissen wurden in dieser Arbeit Wechselwirkungen zwischen SFN und Se auf die Aktivität sowie Expression von Phase II Enzymen und Selenoproteinen untersucht. Der Einfluss der Kombination von SFN und Se auf die unter physiologischen Bedingungen stattfindende Proliferation und Apoptose war ebenso Gegenstand der Arbeit wie die Modulation von Entzündungsprozessen sowie der Tumorentstehung während der entzündungsverstärkten Colonkanzerogenese im Mausmodell. Das hinsichtlich seiner Wirksamkeit mit aus GRA hydrolysiertem SFN zunächst als vergleichbar befundene synthetische SFN wurde für die Untersuchung im AOM/DSS-induzierten Colontumormodell gewählt und in Kombination mit 3 verschiedenen Selendiäten verabreicht. Der Einfluss von SFN und Se auf Phase II Enzyme und Selenoproteine entlang des GIT war organabhängig und nach 4 Wochen geringer als nach 7 Tagen. Die schwächere Induktion deutet auf eine Anpassung des Organismus hin. Ein SFN-vermittelter Effekt auf NQO1 war im Selenmangel am deutlichsten. Die Aktivität des Selenoproteins TrxR wurde hingegen erst bei ausreichender Selenversorgung durch SFN beeinflusst. Die als Nrf2-Zielgen bekannte und in der Hierarchie der Selenoproteine einen hohen Rang einnehmende GPx2 konnte in bestimmten Organen bereits unter selenarmen Bedingungen durch SFN induziert werden. Eine Überexpression des Enzyms war jedoch nicht möglich. SFN steigerte, unabhängig vom Selenstatus, im oberen Abschnitt des GIT und im Colon die Aktivität der GST. Eine Induktion des eigenen Metabolismus wäre somit denkbar. Im Falle eines Mangels an GPx2 wurde GPx1 bei hinreichender Selenversorgung stärker exprimiert, allerdings konnte sie die Funktion von GPx2 nicht völlig erset-zen. Im Selenmangel kann die Aktivitätssteigerung der TrxR im Dünndarm, dem Ab-schnitt der Selenabsorption, als ein Versuch der GPx2-Kompensation angesehen werden. SFN war nicht in der Lage, über eine Aktivierung des Nrf2/ARE-Signalweges kompensatorische Effekte zu induzieren. Apoptotische Prozesse wurden unter physiologischen Bedingungen nur marginal durch SFN und Se moduliert. Das elektrophile ITC konnte lediglich im Selenmangel Apoptose im luminalen Bereich der Colonkrypten induzieren. Die durch supranutritive Selenkonzentration induzierte Apoptose im Kryptengrund wurde nicht durch SFN beeinflusst. Einer bei Abwesenheit der GPx2 erhöhten Apoptoserate im Kryptengrund wirkte SFN bei adäquater Selenversorgung entgegen, war indessen proapoptotisch unter selendefizienten Konditionen. Der Einfluss von SFN auf die Entzündung war deutlich abhängig vom Selenstatus. Während SFN im Selenmangel anscheinend prooxidative Prozesse induzierte und die Entzündungssymptome verschlimmerte, wirkte es unter adäquatem Selenstatus an-tiinflammatorisch. Den vergleichsweise milden Grad der Entzündung im selensupplementierten Status konnte SFN nicht zusätzlich beeinflussen. SFN veränderte die Inzi-denz colorektaler Tumore nicht. Ein, die Tumorinitiation blockierender SFN-Effekt durch direkte Hemmung der metabolischen Aktivierung des Prokanzerogens im selenadäquaten Zustand scheint offensichtlich. Eine Überversorgung mit Se kann protektiv im Hinblick auf Entzündung oder Colonkanzerogenese sein, jedoch bewirkt SFN keinen zusätzlichen Schutz. Kombinationseffekte von SFN und Se in Bezug auf Phase II Enzyme, Selenoproteine und Apoptose sowie die entzündungsverstärkte Colonkanzerogenese sind nicht eindeutiger Natur und können, abhängig vom Endpunkt, synergistische oder antagonistische Züge aufweisen. Eine bei Selendefizienz deutlichere Wirkung von SFN kann mit Hilfe der gesteigerten Aktivierung von Nrf2 erklärt werden, dies muss jedoch nicht von Vorteil sein. Bei adäquater Selenversorgung kann SFN kurzfristig antiinflammatorische und antikanzerogene Prozesse induzieren. Von einer längerfristigen ständigen SFN-Aufnahme in Form von GRA-reichen Brassicacea ist jedoch abzuraten, da von einer Adaptation auszugehen ist. Die Wirkung von SFN innerhalb der komplexen Pflanzenmatrix bleibt Gegenstand zukünftiger Untersuchungen.
N2  - Sulforaphane (SFN), a versatile actor derived from broccoli or other brassicaceae, is proposed to be a dietary anticarcinogen. Together with an adequate selenium status, it has been associated with a decreased risk for developing certain forms of cancer. In our mouse model, we investigate the influence of SFN and Se on the expression and activity of selenoproteins and phase II enzymes as well as the effects on inflammation triggered colon carcinogenesis. SFN increased NQO1 activity and protein expression significantly in the ileum, in both, Se-deficiently and Se-adequately fed animals. TrxR activity was increased in Se-adequately compared to Se-deficiently fed mice, SFN positively affected TrxR activity only in the former ones. An increase of GPx2 protein expression by SFN was observed in the ileum of mice of both diets. GPx1 reacts sensitively on Se supply. GST was the only enzyme analyzed being significantly increased by SFN on activity level in the colon. All AOM/DSS treated animals showed an inflammation, which was attenuated by SFN within Se-adequacy. In contrast, Se-deficient animals showed a more severe inflammation. The administration of SFN therefore seemed to enhance this even more and to be not beneficial in this case. SFN inhibited colon carcinogenesis in Se-adequate mice when being administered together with AOM. To summarize, both, GPx2 and TrxR, require selenium in order to be synthesized. In contrast to TrxR, the SFN-mediated induction of GPx2, the highest ranking selenoprotein, does not depend on additional selenium supply. Whereas distinct effects by SFN were observed in the ileum, only GST was influenced by SFN in the colon. SFN seems to induce its own metabolism. In conclusion, SFN and Se attenuate inflammation and colon carcinogenesis, preferably by means of up-regulating the endogenous defense system and inhibiting the metabolic activation of AOM.
KW  - Sulforaphan
KW  - Selen
KW  - Dickdarmkanzerogenese
KW  - Phase II Enzyme
KW  - Selenoproteine
KW  - sulforaphane
KW  - selenium
KW  - colon carcinogenesis
KW  - phase II enzymes
KW  - selenoproteins
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51862
ER  - 
TY  - THES
A1  - Loßow, Kristina
T1  - Erzeugung und Charakterisierung von Mausmodellen mit lichtsensitivem Geschmackssystem zur Aufklärung der neuronalen Geschmackskodierung
T1  - Generation and characterization of transgenic lines of mice to elucidate neuralnetworks engaged in processing of gustatory information
N2  - Die Wahrnehmung von Geschmacksempfindungen beruht auf dem Zusammenspiel verschiedener Sinneseindrücke wie Schmecken, Riechen und Tasten. Diese Komplexität der gustatorischen Wahrnehmung erschwert die Beantwortung der Frage wie Geschmacksinformationen vom Mund ins Gehirn weitergeleitet, prozessiert und kodiert werden. Die Analysen zur neuronalen Prozessierung von Geschmacksinformationen erfolgten zumeist mit Bitterstimuli am Mausmodell. Zwar ist bekannt, dass das Genom der Maus für 35 funktionelle Bitterrezeptoren kodiert, jedoch war nur für zwei unter ihnen ein Ligand ermittelt worden. Um eine bessere Grundlage für tierexperimentelle Arbeiten zu schaffen, wurden 16 der 35 Bitterrezeptoren der Maus heterolog in HEK293T-Zellen exprimiert und in Calcium-Imaging-Experimenten funktionell charakterisiert. Die Daten belegen, dass das Funktionsspektrum der Bitterrezeptoren der Maus im Vergleich zum Menschen enger ist und widerlegen damit die Aussage, dass humane und murine orthologe Rezeptoren durch das gleiche Ligandenspektrum angesprochen werden. Die Interpretation von tierexperimentellen Daten und die Übertragbarkeit auf den Menschen werden folglich nicht nur durch die Komplexität des Geschmacks, sondern auch durch Speziesunterschiede verkompliziert. Die Komplexität des Geschmacks beruht u. a. auf der Tatsache, dass Geschmacksstoffe selten isoliert auftreten und daher eine Vielzahl an Informationen kodiert werden muss. Um solche geschmacksstoffassoziierten Stimuli in der Analyse der gustatorischen Kommunikationsbahnen auszuschließen, sollten Opsine, die durch Licht spezifischer Wellenlänge angeregt werden können, für die selektive Ersetzung von Geschmacksrezeptoren genutzt werden. Um die Funktionalität dieser angestrebten Knockout-Knockin-Modelle zu evaluieren, die eine Kopplung von Opsinen mit dem geschmacksspezifischen G-Protein Gustducin voraussetzte, wurden Oozyten vom Krallenfrosch Xenopus laevis mit dem Zwei-Elektroden-Spannungsklemm-Verfahren hinsichtlich dieser Interaktion analysiert. Der positiven Bewertung dieser Kopplung folgte die Erzeugung von drei Mauslinien, die in der kodierenden Region eines spezifischen Geschmacksrezeptors (Tas1r1, Tas1r2, Tas2r114) Photorezeptoren exprimierten. Durch RT-PCR-, In-situ-Hybridisierungs- und immunhistochemische Experimente konnte der erfolgreiche Knockout der Rezeptorgene und der Knockin der Opsine belegt werden. Der Nachweis der Funktionalität der Opsine im gustatorischen System wird Gegenstand zukünftiger Analysen sein. Bei erfolgreichem Beleg der Lichtempfindlichkeit von Geschmacksrezeptorzellen dieser Mausmodelle wäre ein System geschaffen, dass es ermöglichen würde, gustatorische neuronale Netzwerke und Hirnareale zu identifizieren, die auf einen reinen geschmacks- und qualitätsspezifischen Stimulus zurückzuführen wären.
N2  - Taste impression is based on the interaction of taste, smell and touch. To evaluate the nutritious content of food mammals possess five distinct taste qualities: sweet, bitter, umami (taste of amino acids), sour and salty. For bitter, sweet, and umami compounds taste signaling is initiated by binding of tastants to G protein-coupled receptors. The interactions of taste stimuli, usually watersoluble chemicals, with their cognate receptors lead to the activation of the G protein gustducin, which, in turn, initiates a signal resulting in the activation of gustatory afferents. However, details of gustatory signal transmission and processing as well as neural coding are only incompletely understood. This is partly due to the property of some tastants to elicit several sensations simultaneously, unspecific effects caused by the temperature, viscosity, osmolarity, and pH of the solvents, as well as by mechanical stimulation of the tongue during stimulus application. The analysis of gustatory processing of taste information are mainly based on mouse models after stimulation with bitter taste stimuli. Even though it is known that the mouse genome codes for 35 bitter taste receptor genes only few of them had been analysed so far. For better understanding and interpretation of animal experiments 16 mouse bitter receptors had been analysed by Calcium Imaging experiments with HEK293T cells. The data reveal that mouse bitter taste receptors are more narrow tuned than human bitter taste receptors, proving that the ligand spectra of murine and human orthologous receptors are not complient. In order to avoid the disturbing effects of solvents and stimulus application on the analysis of gustatory information transfer and processing, I employ an optogenetical approach to address this problem. For this purpose I generated three strains of gene-targeted mice in which the coding regions of the genes for the umami receptor subunit Tas1r1, the sweet receptor subunit Tas1r2 or the bitter taste receptor Tas2r114 have been replaced by the coding sequences of different opsins (photoreceptors of visual transduction) that are sensitive to light of various wavelengths. In these animals I should be able to activate sweet, bitter, or umami signalling by light avoiding any solvent effects. In initial experiments of this project I demonstrated that the various visual opsins indeed functionally couple to taste signal transduction pathway in oocyte expression system, generating basic knowledge and foundation for the generation of the gene-targeted animals. The knockout-knockin strategies have been successfully realized in the case of all three mouse models, revealed by RT-PCR, in situ hybridization and immunohistochemical analysis of taste papillae. All data confirm that the particular taste receptors have been replaced by the different opsins in taste cells. Further analysis concerning the functional consequences of opsin knockin and taste receptor knockout are part of prospective work.
KW  - Geschmack
KW  - G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
KW  - Bitterrezeptoren
KW  - Optogenetik
KW  - taste
KW  - G protein-coupled receptors
KW  - bitter taste receptors
KW  - optogenetic
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-58059
ER  - 
TY  - THES
A1  - Töle, Jonas Claudius
T1  - Über die Arc-catFISH-Methode als neues Werkzeug zur Charakterisierung der Geschmacksverarbeitung im Hirnstamm der Maus
T1  - The arc catFISH method as a new tool to characterize taste processing in the mouse hind brain
N2  - Intensive Forschung hat in den vergangenen Jahrzehnten zu einer sehr detaillierten Charakterisierung des Geschmackssystems der Säugetiere geführt. Dennoch sind mit den bislang eingesetzten Methoden wichtige Fragestellungen unbeantwortet geblieben. Eine dieser Fragen gilt der Unterscheidung von Bitterstoffen. Die Zahl der Substanzen, die für den Menschen bitter schmecken und in Tieren angeborenes Aversionsverhalten auslösen, geht in die Tausende. Diese Substanzen sind sowohl von der chemischen Struktur als auch von ihrer Wirkung auf den Organismus sehr verschieden. Während viele Bitterstoffe potente Gifte darstellen, sind andere in den Mengen, die mit der Nahrung aufgenommen werden, harmlos oder haben sogar positive Effekte auf den Körper. Zwischen diesen Gruppen unterscheiden zu können, wäre für ein Tier von Vorteil. Ein solcher Mechanismus ist jedoch bei Säugetieren nicht bekannt. Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Verarbeitung von Geschmacksinformation in der ersten Station der Geschmacksbahn im Mausgehirn, dem Nucleus tractus solitarii (NTS), mit besonderem Augenmerk auf der Frage nach der Diskriminierung verschiedener Bitterstoffe. Zu diesem Zweck wurde eine neue Untersuchungsmethode für das Geschmackssystem etabliert, die die Nachteile bereits verfügbarer Methoden umgeht und ihre Vorteile kombiniert. Die Arc-catFISH-Methode (cellular compartment analysis of temporal activity by fluorescent in situ hybridization), die die Charakterisierung der Antwort großer Neuronengruppen auf zwei Stimuli erlaubt, wurde zur Untersuchung geschmacksverarbeitender Zellen im NTS angewandt. Im Zuge dieses Projekts wurde erstmals eine stimulusinduzierte Arc-Expression im NTS gezeigt. Die ersten Ergebnisse offenbarten, dass die Arc-Expression im NTS spezifisch nach Stimulation mit Bitterstoffen auftritt und sich die Arc exprimierenden Neurone vornehmlich im gustatorischen Teil des NTS befinden. Dies weist darauf hin, dass Arc-Expression ein Marker für bitterverarbeitende gustatorische Neurone im NTS ist. Nach zweimaliger Stimulation mit Bittersubstanzen konnten überlappende, aber verschiedene Populationen von Neuronen beobachtet werden, die unterschiedlich auf die drei verwendeten Bittersubstanzen Cycloheximid, Chininhydrochlorid und Cucurbitacin I reagierten. Diese Neurone sind vermutlich an der Steuerung von Abwehrreflexen beteiligt und könnten so die Grundlage für divergentes Verhalten gegenüber verschiedenen Bitterstoffen bilden.
N2  - Intense research in the past decades has led to a detailed understanding of the mammalian taste system. Some important issues, however, have remained unanswered with the established methods that have been applied so far. One of these questions is whether different bitter substances can be distinguished. There are thousands of compounds which taste bitter to humans and elicit innate aversive behavior in animals. Moreover, these bitter substances are very heterogeneous regarding their structure as well as their effect on the organism. While many bitter tastants are potent poisons, others are harmless or even have beneficial effects in the amounts that are typically ingested. The ability to discriminate between those groups of bitter tastants could be an evolutionary advantage. Such a mechanism, however, is not known for mammals. The aim of this thesis was to study the processing of taste information in the first station of gustatory processing in the mouse brain, the nucleus of the solitary tract (NTS). Of particular interest was the question concerning discrimination of bitter tastants. To this end a new method was established for the taste system combining the advantages of methods used before while circumventing their disadvantages. The Arc catFISH method (cellular compartment analysis of temporal activity by fluorescent in situ hybridization), which allows the characterization of responses of large neuron populations to two stimuli, was used to analyze taste-processing cells in the NTS. In the course of this project a stimulus-induced Arc expression in the NTS was shown for the first time. The results demonstrated that Arc expression in the NTS appears specifically after stimulation with bitter tastants and that the Arc expressing neurons are located primarily in the gustatory part of the NTS. This indicates that Arc expression is a marker for bitter-processing gustatory neurons in the NTS. Upon stimulating twice with bitter compounds, distinct, yet overlapping neuron populations were identified, that reacted differently to the three bitter substances cycloheximide, quinine hydrochloride, and cucurbitacin I. Presumably these neurons are involved in the regulation of aversive reflexes and could form a basis for divergent behavior towards different bitter substances.
KW  - Geschmack
KW  - bitter
KW  - Nucleus tractus solitarii
KW  - Immediate-early-Gen
KW  - activity-regulated cytoskeleton-associated protein
KW  - catFISH
KW  - taste
KW  - bitter
KW  - nucleus of the solitary tract
KW  - immediate early gene
KW  - activity-regulated cytoskeleton-associated protein
KW  - catFISH
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70491
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stolzenburg, Antje
T1  - Bittergeschmacksrezeptoren des peripheren und zentralen Nervensystems
T1  - Bitter taste receptors of the peripheral and central nervous system
N2  - Der Bittergeschmack warnt den Organismus vor potentiell verdorbener oder giftiger Nahrung und ist somit ein wichtiger Kontrollmechanismus. Die initiale Detektion der zahlreich vorkommenden Bitterstoffe erfolgt bei der Maus durch 35 Bitterrezeptoren (Tas2rs), die sich im Zungengewebe befinden. Die Geschmacksinformation wird anschließend von der Zunge über das periphere (PNS) ins zentrale Nervensystem (ZNS) geleitet, wo deren Verarbeitung stattfindet. Die Verarbeitung der Geschmacksinformation konnte bislang nicht gänzlich aufgeklärt werden. Neue Studien deuten auf eine Expression von Tas2rs auch im PNS und ZNS entlang der Geschmacksbahn hin. Über Vorkommen und Aufgaben dieser Rezeptoren bzw. Rezeptorzellen im Nervensystem ist bislang wenig bekannt.  
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Tas2r-Expression in verschiedenen Mausmodellen untersucht, Tas2r-exprimierende Zellen identifiziert und deren Funktionen bei der Übertragung der Geschmacksinformationen analysiert. Im Zuge der Expressionsanalysen mittels qRT-PCR konnte die Expression von 25 der 35 bekannten Bittergeschmacksrezeptoren im zentralen Nervensystem der Maus nachgewiesen werden. Die Expressionsmuster im PNS sowie im ZNS lassen darüber hinaus Vermutungen zu Funktionen in verschiedenen Bereichen des Nervensystems zu. Basierend auf den Ergebnissen der Expressionsanalysen war es möglich, stark exprimierte Tas2rs mittels In-situ-Hybridisierung in verschiedenen Zelltypen zu visualisieren. Des Weiteren konnten immunhistochemische Färbungen unter Verwendung eines genetisch modifizierten Mausmodells die Ergebnisse der Expressionsanalysen bestätigen. Sie zeigten eine Expression von Tas2rs, am Beispiel des Tas2r131-Rezeptors, in cholinergen, dopaminergen, GABAergen, noradrenergen und glycinerg-angesteuerten Projektionsneuronen sowie in Interneuronen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen daher erstmals das Vorkommen von Tas2rs in verschiedenen neuronalen Zelltypen in weiten Teilen des ZNS. Dies lässt den Schluss zu, dass Tas2r-exprimierende Zellen potentiell multiple Funktionen innehaben. Anhand von Verhaltensexperimenten in genetisch modifizierten Mäusen wurde die mögliche Funktion von Tas2r131-exprimierenden Neuronen (Tas2r131-Neurone) bei der Geschmackswahrnehmung untersucht. Die Ergebnisse weisen auf eine Beteiligung von Tas2r131-Neuronen an der Signalweiterleitung bzw. -verarbeitung der Geschmacksinformation für eine Auswahl von Bittersubstanzen hin. Die Analysen zeigen darüber hinaus, dass Tas2r131-Neuronen nicht an der Geschmackswahrnehmung anderer Bitterstoffe sowie Geschmacksstimuli anderer Qualitäten (süß, umami, sauer, salzig), beteiligt sind. Eine spezifische „Tas2r131-Bittergeschmacksbahn“, die mit anderen potentiellen „Bitterbahnen“ teils unabhängige, teils überlappende Signalwege bzw. Verarbeitungsbereiche besitzt, bildet eine mögliche zelluläre Grundlage zur Unterscheidung von Bitterstoffen. Die im Rahmen dieser Arbeit entstandene Hypothese einer potentiellen Diskriminierung von Bitterstoffen soll daher in weiterführenden Studien durch die Etablierung eines Verhaltenstest mit Mäusen geprüft werden.
N2  - Bitter taste warns the organism about potentially spoiled or toxic food and is thus an important control mechanism. The initial detection of numerous occurring bitter substances is done in mice by 35 bitter taste receptors (Tas2rs), located in tongue tissue. From the tongue the gustatory information is then passed via the peripheral (PNS) to the central nervous system (CNS), where it is processed. The processing of taste information couldn’t yet be clarified entirely. Recent studies point to an expression of Tas2rs also in the PNS and CNS along the taste transmission pathway. However, little is known concerning occurrence and functions of Tas2rs or Tas2r-expressing cells in the nervous system. In this work the Tas2r expression was examined in different mouse models, Tas2r-expressing cells were identified and their functions in transmission of taste information analyzed. Expression analyses using qRT-PCR showed an expression of 25 of the 35 known murine bitter taste receptors in the central nervous system. The expression patterns in the PNS and CNS suggests functions in different areas of the nervous system. Based on the results of the expression analysis it was possible to visualize highly expressed Tas2rs by in-situ-hybridization in various cell types. Furthermore, immunohistochemical staining using a genetically modified mouse model confirmed the results of the expression analysis. They showed an expression of Tas2rs, on the example of the Tas2r131 receptor, in the cholinergic, dopaminergic, GABAergic, noradrenergic and glycinerg-driven projection neurons and interneurons. The results of the present work show for the first time the presence of Tas2rs in different neuronal cell types in many parts of the CNS. This leads to the conclusion that Tas2r-expressing cells hold potentially multiple functions. Based on behavioral experiments in genetically modified mice, the possible taste function of Tas2r131-expressing neurons (Tas2r131 neurons) was studied. The results showed the involvement of Tas2r131 neurons in signal transduction and processing of gustatory information for a selection of bitter substances. Besides, the analyses show that Tas2r131 neurons aren’t involved in taste perception for another selection of bitter substances and taste stimuli of other qualities (sweet, umami, sour, salty). A specific "Tas2r131-bitter-pathway" which forms partly independent and partly overlapping signaling pathways or processing areas with other potential "bitter-pathways", provides a cellular basis for the distinction of specific bitter compounds. The resulting hypothesis of a potential discrimination of bitter substances should therefore be examined in further studies by establishing a behavioral test with mice.
KW  - Geschmack
KW  - Bittergeschmack
KW  - Bittergeschmacksrezeptoren
KW  - Tas2r
KW  - Verhaltensstudien
KW  - zentrales Nervensystem
KW  - peripheres Nervensystem
KW  - Neurone
KW  - Maus
KW  - taste
KW  - bitter taste
KW  - bitter taste receptors
KW  - Tas2rs
KW  - peripheral nervous system
KW  - central nervous system
KW  - neuron
KW  - behavioral experiments
KW  - expression analysis
KW  - mouse
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-92397
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nietzsche, Madlen
T1  - Identifizierung und Charakterisierung neuer Komponenten der SnRK1-Signaltransduktion in Arabidopsis thaliana
T1  - Identification and characterization of novel components of SnRK1-Signalling in Arabidopsis thaliana
N2  - Für alle Organismen ist die Aufrechterhaltung ihres energetischen Gleichgewichts unter fluktuierenden Umweltbedingungen lebensnotwendig. In Eukaryoten steuern evolutionär konservierte Proteinkinasen, die in Pflanzen als SNF1-RELATED PROTEIN KINASE1 (SnRK1) bezeichnet werden, die Adaption an Stresssignale aus der Umwelt und an die Limitierung von Nährstoffen und zellulärer Energie. Die Aktivierung von SnRK1 bedingt eine umfangreiche transkriptionelle Umprogrammierung, die allgemein zu einer Repression energiekonsumierender Prozesse wie beispielsweise Zellteilung und Proteinbiosynthese und zu einer Induktion energieerzeugender, katabolischer Stoffwechselwege führt. Wie unterschiedliche Signale zu einer generellen sowie teilweise gewebe- und stressspezifischen SnRK1-vermittelten Antwort führen ist bisher noch nicht ausreichend geklärt, auch weil bislang nur wenige Komponenten der SnRK1-Signaltransduktion identifiziert wurden. In dieser Arbeit konnte ein Protein-Protein-Interaktionsnetzwerk um die SnRK1αUntereinheiten aus Arabidopsis AKIN10/AKIN11 etabliert werden. Dadurch wurden zunächst Mitglieder der pflanzenspezifischen DUF581-Proteinfamilie als Interaktionspartner der SnRK1α-Untereinheiten identifiziert. Diese Proteine sind über ihre konservierte DUF581Domäne, in der ein Zinkfinger-Motiv lokalisiert ist, fähig mit AKIN10/AKIN11 zu interagieren. In planta Ko-Expressionsanalysen zeigten, dass die DUF581-Proteine eine Verschiebung der nucleo-cytoplasmatischen Lokalisierung von AKIN10 hin zu einer nahezu ausschließlichen zellkernspezifischen Lokalisierung begünstigen sowie die Ko-Lokalisierung von AKIN10 und DUF581-Proteinen im Nucleus. In Bimolekularen Fluoreszenzkomplementations-Analysen konnte die zellkernspezifische Interaktion von DUF581-Proteinen mit SnRK1α-Untereinheiten in planta bestätigt werden. Außerhalb der DUF581-Domäne weisen die Proteine einander keine große Sequenzähnlichkeit auf. Aufgrund ihrer Fähigkeit mit SnRK1 zu interagieren, dem Fehlen von SnRK1Phosphorylierungsmotiven sowie ihrer untereinander sehr variabler gewebs-, entwicklungs- und stimulusspezifischer Expression wurde für DUF581-Proteine eine Funktion als Adaptoren postuliert, die unter bestimmten physiologischen Bedingungen spezifische Substratproteine in den SnRK1-Komplex rekrutieren. Auf diese Weise könnten DUF581Proteine die Interaktion von SnRK1 mit deren Zielproteinen modifizieren und eine Feinjustierung der SnRK1-Signalweiterleitung ermöglichen. Durch weiterführende Interaktionsstudien konnten DUF581-interagierende Proteine darunter Transkriptionsfaktoren, Proteinkinasen sowie regulatorische Proteine gefunden werden, die teilweise ebenfalls Wechselwirkungen mit SnRK1α-Untereinheiten aufzeigten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eines dieser Proteine für das eine Beteiligung an der SnRK1Signalweiterleitung als Transkriptionsregulator vermutet wurde näher charakterisiert. STKR1 (STOREKEEPER RELATED 1), ein spezifischer Interaktionspartner von DUF581-18, gehört zu einer pflanzenspezifischen Leucin-Zipper-Transkriptionsfaktorfamilie und interagiert in Hefe sowie in planta mit SnRK1. Die zellkernspezifische Interaktion von STKR1 und AKIN10 in Pflanzen unterstützt die Vermutung der kooperativen Regulation von Zielgenen. Weiterhin stabilisierte die Anwesenheit von AKIN10 die Proteingehalte von STKR1, das wahrscheinlich über das 26S Proteasom abgebaut wird. Da es sich bei STKR1 um ein Phosphoprotein mit SnRK1-Phosphorylierungsmotiv handelt, stellt es sehr wahrscheinlich ein SnRK1-Substrat dar. Allerdings konnte eine SnRK1-vermittelte Phosphorylierung von STKR1 in dieser Arbeit nicht gezeigt werden. Der Verlust von einer Phosphorylierungsstelle beeinflusste die Homo- und Heterodimerisierungsfähigkeit von STKR1 in Hefeinteraktionsstudien, wodurch eine erhöhte Spezifität der Zielgenregulation ermöglicht werden könnte. Außerdem wurden Arabidopsis-Pflanzen mit einer veränderten STKR1-Expression phänotypisch, physiologisch und molekularbiologisch charakterisiert. Während der Verlust der STKR1-Expression zu Pflanzen führte, die sich kaum von Wildtyp-Pflanzen unterschieden, bedingte die konstitutive Überexpression von STKR1 ein stark vermindertes Pflanzenwachstum sowie Entwicklungsverzögerungen hinsichtlich der Blühinduktion und Seneszenz ähnlich wie sie auch bei SnRK1α-Überexpression beschrieben wurden. Pflanzen dieser Linien waren nicht in der Lage Anthocyane zu akkumulieren und enthielten geringere Gehalte an Chlorophyll und Carotinoiden. Neben einem erhöhten nächtlichen Stärkeumsatz waren die Pflanzen durch geringere Saccharosegehalte im Vergleich zum Wildtyp gekennzeichnet. Eine Transkriptomanalyse ergab, dass in den STKR1-überexprimierenden Pflanzen unter Energiemangelbedingungen, hervorgerufen durch eine verlängerte Dunkelphase, eine größere Anzahl an Genen im Vergleich zum Wildtyp differentiell reguliert war als während der Lichtphase. Dies spricht für eine Beteiligung von STKR1 an Prozessen, die während der verlängerten Dunkelphase aktiv sind. Ein solcher ist beispielsweise die SnRK1-Signaltransduktion, die unter energetischem Stress aktiviert wird. Die STKR1Überexpression führte zudem zu einer verstärkten transkriptionellen Induktion von Abwehrassoziierten Genen sowie NAC- und WRKY-Transkriptionsfaktoren nach verlängerter Dunkelphase. Die Transkriptomdaten deuteten auf eine stimulusunabhängige Induktion von Abwehrprozessen hin und konnten eine Erklärung für die phänotypischen und physiologischen Auffälligkeiten der STKR1-Überexprimierer liefern.
N2  - For all living organism maintenance of energy homeostasis under changing environmental conditions is indispensable. In eukaryotes, evolutionary conserved protein kinases, such as the SNF1-RELATED PROTEIN KINASE1 (SnRK1) in plants, integrate environmental stress signals, nutrient availability and energy depletion during adaptational responses. Activation of SnRK1 triggers a broad transcriptional reprogramming, which in general represses energy consuming processes such as proliferation and protein biosynthesis and induces energy producing catabolic pathways. Although SnRK1 acts as a convergent point for many different environmental and metabolic signals to control growth and development, it is currently unknown how these many different signals could be translated into a cell-type or stimulusspecific response. This is also due to the fact that only a few proteins participating in SnRK1 signal transduction have yet been identified. In this work, a protein-protein interaction network of the Arabidopsis SnRK1α-subunits AKIN10/AKIN11 was established. Thereby, members of the plant specific DUF581 protein family were identified as SnRK1α interacting proteins. The highly conserved DUF581 domain possesses a zinc finger motif and mediates the interaction with AKIN10/AKIN11. In planta co-expression of AKIN10 with DUF581 proteins leads to a shift of subcellular localization from a nucleo-cytoplasmic distribution of both proteins to a nearly exclusive nuclear localization and show that AKIN10 and DUF581 proteins co-localize in nuclei of plant cells. Bimolecular fluorescence complementation analysis revealed that SnRK1α-subunits interact with DUF581 proteins in plants. Apart from their DUF581 domain there is no strong sequence similarity between DUF581 proteins. Because of their ability to interact with SnRK1, the absence of SnRK1-target motifs and their highly variable transcriptional regulation in a tissue-, development- or stimuli-specific manner, it is possible that DUF581 proteins act as adaptor proteins recruiting substrate proteins into the SnRK1 complex under defined physiological conditions. That said, DUF581 could modify the interaction of SnRK1 with its target proteins and facilitate fine-tuning of SnRK1 signal transduction. Additional interaction studies revealed further DUF581 interacting proteins such as transcription factors, protein kinases and regulatory proteins that in part were also able to interact with SnRK1α. One of these proteins which is supposed to be involved in SnRK1 signaling as a transcriptional regulator was characterized in more detail: Arabidopsis STKR1 (STOREKEPPER RELATED 1) a DUF581-18 interaction partner belongs to a plant specific leucine zipper transcription factor family and is able to interact with SnRK1 in yeast and in planta. Co-operative regulation of target genes by STKR1 and AKIN10 is supported by the specific interaction of these proteins inside the plant nucleus. Furthermore, AKIN10 seems to stabilize protein levels of STKR1 in that it attenuates its proteasomal turnover. Due to the fact that STKR1 is a phosphoprotein with putative SnRK1 target motives it is likely a SnRK1 substrate. However, SnRK1 mediated phosphorylation of STKR1 could not be shown in this work. Though, interaction studies in yeast revealed that a loss of putative phosphorylation sites influences the ability of homo- and hetero-dimerization of STKR1, possibly allowing a higher specificity during target gene regulation. Another part of this work was the phenotypic, physiological and molecular characterization of Arabidopsis plants with altered expression of STKR1. Whereas the absence of STKR1 expression results in plants without strong phenotypic abnormality compared to wildtype the overexpression leads to a strong decrease in plant growth as well as developmental retardations regarding to the induction of flowering and senescence reminiscent of SnRK1overexpressing plants. Plants of these lines were not able to accumulate anthocyanins and also contain reduced levels of chlorophyll and carotenoids. Besides a higher starch turnover in dark, these plants displayed lower sucrose contents. Microarray analysis revealed that under energy deficit stress, induced by extended darkness, a higher number of genes were differentially regulated in plants overexpressing STKR1 compared to wildtype than during the light period. This observation argues for a participation of STKR1 in processes, which are active under extended darkness, being the case for SnRK1 signaling which is strongly activated under energy deficient stress. Overexpression of STKR1 also leads to transcriptional induction of genes associated with defense like NAC and WRKY transcription factors after an extended dark. Results of transcriptome data analysis indicate a stimulus independent induction of defense associated processes and are suitable to explain phenotypical and physiological abnormality of the STKR1 overexpressing lines.
KW  - SnRK1
KW  - Proteinkinase
KW  - Phosphorylierung
KW  - Arabidopsis thaliana
KW  - Energiemangel
KW  - phosphorylation
KW  - energy starvation
KW  - protein kinase
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98678
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lieske, Stefanie
T1  - Regulaton des mIndy-Gens durch Interleukin-6, Oncostatin M und Glucagon und die physiologischen Konsequenzen im Lipidstoffwechsel primärer Hepatozyten
Y1  - 2015
ER  -