TY  - THES
A1  - Krehl, Susanne
T1  - Das Selenoprotein Glutathionperoxidase-2 : physiologische Funktion und Einfluss auf die entzündungsassoziierte Colonkarzinogenese
T1  - The selenoprotein glutathione peroxidase-2 : physiological function and influence on inflammation triggered coloncarcinogenesis
N2  - Bei der Entdeckung der Glutathionperoxidase-2 (GPx2) wurde zunächst davon ausgegangen, dass die Funktion dieses Enzyms im Kryptengrund des Colons einzig in der Reduktion von H2O2 besteht. Im Laufe der weiteren Erforschung zeigte sich, dass GPx2 auch in verschiedenen Tumorgeweben vermehrt exprimiert wird. Dabei wird diskutiert, ob die Wirkung von GPx2 im Tumor eher als pro- oder als antikarzinogen einzustufen ist. Mehrere Experimente in vitro und in vivo zeigten antiinflammatorische Eigenschaften der GPx2. Aufgrund dieser Befunde wird derzeit über weitere Funktionen der GPx2 spekuliert. In dieser Arbeit wurde die physiologische Funktion von GPx2 näher erforscht, dazu wurden Wildtyp- und GPx2-Knockout-Mäuse in Hinblick auf Veränderungen der Enzymexpression und der Colonmorphologie untersucht. Es wurden drei verschiedene Selendiäten verfüttert: selenarmes, selenadäquates und selensupplementiertes Futter. Unter physiologischen Bedingungen ist am Kryptengrund des Colons, innerhalb der proliferierenden Zone, die Mitoserate am höchsten. Der Großteil der apoptotischen Zellen ist hingegen an der Kryptenspitze vorzufinden. Durch den Knockout von GPx2 kam es zu einer signifikanten Erhöhung der Apoptoserate am Kryptengrund. Dabei war der größte Effekt auf selenarmem Futter zu verzeichnen. Hierbei wurde sogar eine Veränderung der Colonmorphologie dokumentiert, da die Verschiebung der Proliferationszone in Richtung Kryptenspitze eine Verlängerung der Krypten nach sich zog. Im Wildtyp wurden keine Apoptosen im Kryptengrund detektiert. GPx1 wird unter physiologischen Bedingungen im Gegensatz zur GPx2 in der Kryptenspitze exprimiert und ist im Selenmangel nicht mehr detektierbar. Der Knockout von GPx2 erhöhte die GPx1-Expression im Kryptengrund auf allen drei Selendiäten. Diese Überexpression von GPx1 am Kryptengrund soll vermutlich den Verlust von GPx2 an dieser Stelle kompensieren. Da jedoch dort die massive Apoptoserate detektiert wurde, kann die GPx1 nicht die komplette Funktion von GPx2 kompensieren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Funktion von GPx2 nicht nur in der Reduktion von H2O2 liegt. Vielmehr kann eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase von Zellen postuliert werden. Ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit war die Klärung der Frage, welchen Einfluss GPx2 auf die entzündungsassoziierte Colonkarzinogenese ausübt. In dem hierfür verwendeten AOM/DSS-Model wird der karzinogene Prozess durch Entzündung vorangetrieben. Es erfolgte sowohl im Wildtyp als auch im GPx2-Knockout zum einen die Bewertung des Entzündungsstatus des Colons und zum anderen wurde die Anzahl von ACF und Tumoren verglichen. Das Colon im GPx2-Knockout war wesentlich stärker entzündet als im Wildtyp. Diese Ergebnisse bestätigen die für die GPx2 postulierte antiinflammatorische Funktion. Normalerweise führt eine Erhöhung der Mitoseanzahl zur Regeneration des entzündeten Gewebes. Jedoch beeinflusst der Verlust von GPx2 vermutlich den Ablauf der Entzündung, indem beispielsweise die Regeneration des Gewebes durch die enorm hohe Apoptoserate am Kryptengrund verlangsamt wird. Des Weiteren hatten sich im GPx2-Knockout tendenziell mehr Tumore entwickelt. Somit korrelierte die Entzündung des Colons mit der Entwicklung von Tumoren. Der Verlust von GPx2 begünstigte vermutlich sowohl die Tumorinitiation als auch die Tumorprogression. Allerdings stimulierte die Expression von GPx2 ebenfalls das Tumorwachstum. Es kann geschlussfolgert werden, dass eine adäquate GPx2-Expression vor Entzündung schützt und somit das Risiko für Colonkrebs senkt. Ob GPx2 aber insgesamt pro- oder antikarzinogen wirkt, hängt vermutlich vom Stadium des Colonkarzinogenese ab.
N2  - Since the detection of glutathione peroxidase-2 (GPx2) it was assumed that reducing hydroperoxides is the only function of this enzyme in the crypt ground of the colon. But further studies showed that GPx2 is also highly expressed in tumor tissue. However, it is not known whether it acts a pro- or anticarcinogenic manner at this site. In vitro and in vivo experiments elucidate antiinflammatory features of GPx2, based on these findings additional functions of GPx2 are discussed. In this dissertation the physiological function of GPx2 was investigated. For this purpose in wild type and GPx2-knockout mice, changes of enzyme expression and colon morphology were analyzed. The mice were fed three diets containing different selenium concentrations: selenium deficient, selenium adequate and selenium supplemented. Under physiological conditions the mitosis rate is highest in the proliferating zone in the crypt ground of the colon. The majority of apoptotic cells are located at the tip of the crypt. The knockout of GPx2 significantly increased the rate of apoptosis in the crypt ground. The greatest effect was documented on the selenium deficient diet. Here, changes of the colonic morphology were detectable, because the shift of the proliferating zone towards the tip of the crypt lead to an extension of the crypts. In the wild type mice no apoptotic cells were detected on the crypt ground. Under physiological conditions GPx1, in contrast to GPx2, is mainly expressed on the top of the crypt, and this enzyme is no longer detectable under selenium deficiency. The knockout of GPx2 increased the expression of GPx1 in the crypt ground of the colon on all three selenium diets. It is likely that this over expression of GPx1 compensates for the loss of GPx2. However the massive apoptotic rate in the crypt ground shows that GPx1 can not compensate the complete function of GPx2. These results elucidate that GPx2 not only functions as a hydroperoxide reducer, but that it is also important for the maintenance of the stem cell character and the homeostasis of cells. The question if GPx2 influences the inflammation triggered by the coloncarcinogenic process was next assessed in this dissertation. Therefore the AOM/DSS model was used to trigger the carcinogenic process through inflammation. The amount of aberrant crypt foci (ACF) and tumors in the colon were analyzed in both wild type and GPx2-knockout mice. However initially the inflammation status was compared between the two genotypes. The inflammation of the colon was stronger in the GPx2-knockout mice than in wild type. These results support the postulated antiinflammatory features of GPx2. The loss of GPx2 may influence the inflammation process by decelerating the regeneration of the tissue caused by the increased apoptotic rate in the proliferating zone. Additionally, the GPx2-knockout mice developed more tumors in the colon. Therefore the inflammation of the colon correlated with the development of tumors. The loss of GPx2 may have enhanced both tumor initiation and progression. But the expression of GPx2 also stimulated the growth of tumors. These results indicate that an adequate GPx2-expression can protect from colonic inflammation, and therefore decrease the risk of developing colon cancer. Whether GPx2 acts in a pro- or anticarcinogenic manner appears to depend on the state of the carcinogenic process.
KW  - Glutathionperoxidase-2 GPx2
KW  - Apoptose
KW  - Colonkrebs
KW  - Entzündung
KW  - Selen
KW  - glutathione peroxidase-2 GPx2
KW  - apoptosis
KW  - colon cancer
KW  - inflammation
KW  - selenium
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-50220
ER  - 
TY  - THES
A1  - Strehmel, Nadine
T1  - GC-TOF-MS basierte Analyse von niedermolekularen Primär- und Sekundärmetaboliten agrarwirtschaftlich bedeutsamer Nutzpflanzen
T1  - GC-TOF-MS based metabolite profiling of low molecular weight primary and secondary metabolites of agricultural meaningful crops
N2  - Die Qualität von Nutzpflanzen ist von zahlreichen Einflussfaktoren wie beispielsweise Lagerbedingungen und Sorteneigenschaften abhängig. Um Qualitätsmängel zu minimieren und Absatzchancen von Nutzpflanzen zu steigern sind umfangreiche Analysen hinsichtlich ihrer stofflichen Zusammensetzung notwendig. Chromatographische Techniken gekoppelt an ein Massenspektrometer und die Kernspinresonanzspektroskopie wurden dafür bislang verwendet. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Gaschromatograph an ein Flugzeitmassenspektrometer (GC-TOF-MS) gekoppelt, um physiologische Prozesse bzw. Eigenschaften (die Schwarzfleckigkeit, die Chipsbräunung, das Physiologische Alter und die Keimhemmung) von Nutzpflanzen aufzuklären. Als Pflanzenmodell wurde dafür die Kartoffelknolle verwendet. Dazu wurden neue analytische Lösungsansätze entwickelt, die eine zielgerichtete Auswertung einer Vielzahl von Proben, die Etablierung einer umfangreichen Referenzspektrenbibliothek und die sichere Archivierung aller experimentellen Daten umfassen. Das Verfahren der Probenvorbereitung wurde soweit modifiziert, dass gering konzentrierte Substanzen mittels GC-TOF-MS analysiert werden können. Dadurch wurde das durch die Probenvorbereitung limitierte Substanzspektrum erweitert. Anhand dieser Lösungsansätze wurden physiologisch relevante Stoffwechselprodukte identifiziert, welche indikativ (klassifizierend) bzw. prädiktiv (vorhersagend) für die physiologischen Prozesse sind. Für die Schwarzfleckigkeitsneigung und die Chipseignung wurde jeweils ein biochemisches Modell zur Vorhersage dieser Prozesse aufgestellt und auf eine Züchtungspopulation übertragen. Ferner wurden für die Schwarzfleckigkeit Stoffwechselprodukte des Respirationsstoffwechsels identifiziert sowie Aminosäuren, Glycerollipide und Phenylpropanoide für das Physiologische Alter als relevant erachtet. Das physiologische Altern konnte durch die Anwendung höherer Temperaturen beschleunigt werden. Durch Anwendung von Keimhemmern (Kümmelöl, Chlorpropham) wurde eine Verzögerung des physiologischen Alterns beobachtet. Die Applikation von Kümmelöl erwies sich dabei als besonders vorteilhaft. Kümmelöl behandelte Knollen wiesen im Vergleich zu unbehandelten Knollen nur Veränderungen im Aminosäure-, Zucker- und Sekundärstoffwechsel auf. Chlorpropham behandelte Knollen wiesen einen ähnlichen Stoffwechsel wie die unbehandelten Knollen auf. Für die bislang noch nicht identifizierten Stoffwechselprodukte wurden im Rahmen dieser Arbeit das Verfahren der „gezielten An-/Abreicherung“, der „gepaarten NMR/GC-TOF-MS Analyse“ und das „Entscheidungsbaumverfahren“ entwickelt. Diese ermöglichen eine Klassifizierung von GC-MS Signalen im Hinblick auf ihre chemische Funktionalität. Das Verfahren der gekoppelten NMR/GC-TOF-MS Analyse erwies sich dabei als besonders erfolgversprechend, da es eine Aufklärung bislang unbekannter gaschromatographischer Signale ermöglicht. In der vorliegenden Arbeit wurden neue Stoffwechselprodukte in der Kartoffelknolle identifiziert, wodurch ein wertvoller Beitrag zur Analytik der Metabolomik geleistet wurde.
N2  - Several factors influence the quality of crops. These include particular storage conditions and cultivar properties. Minimization of quality defects requires the employment of comprehensive metabolic analysis to enhance the marketing potential of crops. From this point of view chromatographic techniques coupled either with a mass spectrometer or the combination with nuclear magnetic resonance spectroscopy have been successfully applied to solve the main tasks. In the present work, a gas chromatograph was coupled to a time of flight mass spectrometer (GC-TOF-MS) to analyze physiological processes and attitudes of crops like black spot bruising, chips tanning, physiological aging, and sprouting inhibition. For this purpose the potato tuber was employed as a model plant. Therefore, new analytical approaches were developed comprising the targeted analysis of a multitude of samples, the establishment of a comprehensive mass spectral reference library and the built up of a secure archival storage system. Furthermore, the sample preparation protocol was modified to analyze trace components with the help of GC-TOF-MS as well. This helped to extend the discovery of more endogenous metabolites. These analytical approaches were required to identify physiological relevant indicative and predictive metabolites. Consequently, a biochemical model was build up for the process of black spot bruising and chips tanning respectively. These models could be applied to an unknown breeding progeny. Metabolites of the respiratory chain were identified as relevant for the process of black spot bruising whereas amino acids, lipids and phenylpropanoids were of high importance for the process of physiological aging.  The process of physiological aging could be accelerated while applying higher temperatures and could be delayed while applying sprouting inhibitors, like caraway oil and chlorpropham. Compared to chlorpropham, caraway oil exhibited more advantages with respect to storage attitudes although it caused significant changes in the amino acid, sugar and secondary metabolism during a common storage period. However, the chlorpropham treated tubers showed a similar phenotype in comparison to the control tubers. In addition, several methods were developed with respect to the classification of yet unidentified signals. These cover the decision tree process, the targeted enrichment and depletion of specific metabolites with the help of solid phase extraction and the paired NMR and GC-MS analyses. The paired NMR and GC-MS analysis appears very promising because it allows for the identification of unknown GC-MS signals. Thus, this work makes a valuable contribution to the analytics of the metabolome, as new metabolites could be identified which are of physiological relevance for the potato tuber.
KW  - Stoffwechselprodukt
KW  - Kartoffelknolle
KW  - Identifizierung
KW  - analytische Lösungsansätze
KW  - Biomarker
KW  - metabolite
KW  - potato tuber
KW  - identification
KW  - analytical approaches
KW  - biomarker
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51238
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TY  - THES
A1  - Kluth, Oliver
T1  - Einfluss von Glucolipotoxizität auf die Funktion der β-Zellen diabetessuszeptibler und –resistenter Mausstämme
T1  - Effects of glucolipotoxicity on beta-cells of diabetes-susceptible and diabetes-resistant mouse strains
N2  - Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen von Glucose- und Lipidtoxizität 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 führen bzw. zum Schutz der β-Zellen der ob/ob-Maus beitragen. Zunächst wurde durch ein geeignetes diätetisches Regime in beiden Modellen durch kohlenhydratrestriktive Ernährung eine Adipositas(Lipidtoxizität) induziert und anschließend durch Fütterung einer kohlenhydrathaltigen Diät ein Zustand von Glucolipotoxizität erzeugt. Dieses Vorgehen erlaubte es, in der NZO-Maus in einem kurzen Zeitfenster eine Hyperglykämie sowie einen β-Zelluntergang durch Apoptose auszulösen. Im Vergleich dazu blieben ob/ob-Mäuse längerfristig normoglykämisch und wiesen keinen β-Zelluntergang auf. Die Ursache für 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-Mäuse diesen Signalweg aufrechterhalten und dadurch einen Verlust von β-Zellen abwenden. Die glucolipotoxischen Effekte wurden in vitro an isolierten Inseln beider Stämme und der β-Zelllinie MIN6 bestätigt und zeigten, dass ausschließlich die Kombination hoher Glucose und Palmitatkonzentrationen (Glucolipotoxizität) negative Auswirkungen auf die NZO-Inseln und MIN6-Zellen hatte, während ob/ob-Inseln davor geschützt blieben. Die Untersuchung isolierter Inseln ergab, dass beide Stämme unter glucolipotoxischen Bedingungen keine Steigerung der Insulinexpression aufweisen und sich bezüglich ihrer Glucose-stimulierten Insulinsekretion nicht unterscheiden. Mit Hilfe von Microarray- sowie immunhistologischen Untersuchungen wurde gezeigt, dass ausschließlich ob/ob-Mäuse nach Kohlenhydratfütterung eine kompensatorische transiente Induktion der β-Zellproliferation aufwiesen, die in einer nahezu Verdreifachung der Inselmasse nach 32 Tagen mündete. Die hier erzielten Ergebnisse lassen die Schlussfolgerung zu, dass der β-Zelluntergang der NZO-Maus auf eine Beeinträchtigung des Insulin/IGF-1-Rezeptor-Signalwegs sowie auf die Unfähigkeit zur β- Zellproliferation zurückgeführt werden kann. Umgekehrt ermöglichen der Erhalt des Insulin/IGF-1-Rezeptor-Signalwegs und die Induktion der β-Zellproliferation in der ob/ob-Maus den Schutz vor einer Hyperglykämie und einem Diabetes.
N2  - The aim of the project was to investigate the impact of glucose- and fatty acid toxicity on β-cell function in a diabetes susceptible (New Zealand Obese, NZO) and resistant (B6.V-Lepob/ob, ob/ob)mouse model. Specifically, the molecular mechanisms of glucolipotoxicity-induced β-cell failure in the NZO mouse and pathways which contribute to protection of ob/ob mice against diet-induced type 2 diabetes should be elucidated. First, the animals were fed a fat-enriched carbohydrate-free diet which resulted in severe obesity and insulin resistance (lipotoxicity). Subsequently, mice were exposed to a carbohydrate-containing diet to induce conditions of glucolipotoxicity. This sequential dietary regimen provides a convenient method to induce rapid hyperglycaemia with β-cell destruction by apoptosis in a short time frame in NZO mice. In contrast, long-term exposure of ob/ob mice to the same dietary regimen leads to normoglycaemia and a protection against β-cell failure. The molecular mechanism behind carbohydrate-mediated β-cell destruction in NZO mice was an inactivation of the insulin/IGF-1 receptor signaling pathway including loss of phospho-AKT, phospho-FoxO1 and of the β-cell specific transcription factor PDX1. With the exception of FoxO1-dephosphorylation, ob/ob mice maintained this survival pathway and therefore were protected against loss of β-cells. The adverse effects of glucolipotoxicity on β-cells were verified in vitro by treatment of isolated NZO-islets and MIN6-cells under glucolipotoxic conditions. Only the combination of high glucose in the presence of palmitate caused deterioration of NZO-islets and MIN6-cells whereas ob/ob-islets were protected. The investigation of the insulin expression pattern showed, that glucolipotoxic conditions inhibited a glucose-induced increase in insulin expression in both, NZO and ob/ob islets. Furthermore, NZO and ob/ob-islets did not differ in glucose-stimulated insulin secretion. Expression profiling and immunohistochemical analyses of islets from NZO and ob/ob mice before and after carbohydrate intervention revealed a transient induction of a compensatory β-cell proliferation. During a 32 day carbohydrate feeding islet mass of ob/ob mice increased almost 3-fold. In conclusion, β-cell failure in NZO mice was induced via impairment of the insulin/IGF-1 signaling pathway and the inability to adequately increase β-cell mass by proliferation. Conversely, maintenance of the insulin/IGF-1 receptor signaling pathway and the induction of β-cell proliferation protected ob/ob mice against hyperglycaemia and type 2 diabetes.
KW  - Glucolipotoxizität
KW  - Beta-Zelle
KW  - NZO
KW  - ob/ob
KW  - Diabetes
KW  - glucolipotoxicity
KW  - beta-cell
KW  - NZO
KW  - ob/ob
KW  - diabetes
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-61961
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TY  - THES
A1  - Mathaj, Martin
T1  - Modellierung von Vegetationsentwicklung und Erosion entlang eines Klimagradienten von mediterran bis semiarid
T1  - Modeling of vegetation growth and erosion along a climate gradient from Mediterranean to semiarid
N2  - In dieser Arbeit wurde ein Modell mit einem gitterbasierten Ansatz entwickelt, um im Mediterranen entlang eines Klimagradienten Auswirkungen zu untersuchen, die Klima, Exposition, Hangneigung sowie Störungen durch Feuer und Beweidung auf die Vegetations und Erosionsentwicklung besitzen. Für die Fragestellung wurden Vegetationsalgorithmen benutzt. In dieser Studie verwendet wurden allgemeine Oberflächenprozesse, wie Wasser- und Sedimenttransport, die durch physikalische und empirische Modelle beschrieben worden sind. Des Weiteren wurde ein Sedimentverlust mit Hilfe der USLE kalkuliert, um ein Vergleich zwischen verschiedenen Erosionsansätzen herzustellen. Die Vegetationsentwicklung und Erosion der mediterranen Gebiete konnte mit diesem Modell gut abgebildet werden. Für die Vegetation der verschiedenen Klimagebiete und Habitate erwiesen sich die Wasserverfügbarkeit und die Infiltrationsrate als maßgeblich. Die Erosion wurde vor allem durch einzelne heftige Niederschlagsereignisse beeinflusst. Dabei war vor allem am Hang und an steilen Neigungen ein hohes Erosionspotential gegeben. Störungen durch Beweidung wirkten negativ auf die Vegetation und verstärkten die Erosion. Feuer beeinflusste die Vegetations- und Erosionsentwicklung nur geringfügig und ist somit zu vernachlässigen. Verschiedene Böden mit unterschiedlichen Texturen wiesen ein sehr unterschiedliches Erosionsverhalten auf. Dabei wiesen mittlere Korndurchmesser des Oberbodens von 0,02 bis 0,2 mm die höchste Erosion auf. Die Vegetationsentwicklung wurde hingegen von der Bodentextur nicht beeinflust. Der Vergleich der Erosion berechnet durch die USLE und den Transportratenansatz verdeutlichte, dass die mittlere Erosion sehr ähnlich ausfällt. Die USLE wies weniger Variabilität in der Erosion auf und benötigte zudem recht detaillierte Bodendaten. Der Ansatz gerade für die Erosionsberechnung in Form der Transportrate zeigte ein gutes Vorhersagepotential auf. In sehr variablen Umwelten ist diese Methode gegenüber konservativen Erosionsmodellen zu bevorzugen, da interanuelle Dynamiken miterfasst werden, wie der Vergleich mit der USLE in der Studie gezeigt hatte. Mit Hilfe des Ansatzes der Transportrate besteht die Möglichkeit, Vorhersagen über Erosion ökonomisch und effizient zu gestalten.
N2  - This study investigates by a grid based model in the Mediterranean sites along a climate gradient from arid to mesic Mediterranean the effects of climate, exposition, gradient as well as disturbances by fire and grazing/browsing to the vegetation and erosion development. The vegetation algorithms are basing on Köchy (2006) and Malkinson and Jeltsch (2007). The surface processes like runoff and soil transport will be determined by physical and empirical models from Manning, Shields, Strickler and van Rijn. Furthermore the universal soil loss equation - USLE - (Wischmeier and Smith, 1978) was used to compare the different approaches with each other. The model was able to indicate the Vegetation and erosion development in the Mediterranean well. Thereby the infiltration rate and the water availability were the most important parameter for the vegetation development. However the erosion was mainly influenced by heavy precipitation events. Disturbances by grazing/browsing were negative for the vegetation cover and increase the erosion. The comparison of the erosion calculated by the USLE clarify at mean similar erosion rates, but the USLE was not able to demonstrate the intra annual variability. The approach to calculate the erosion by physical and empirical models display a good prediction especially in variable environments.
KW  - Beweidung
KW  - Hangneigung
KW  - Korngröße
KW  - Erosion
KW  - erosion
KW  - grazing
KW  - slope
KW  - grain size
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-27863
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TY  - THES
A1  - Dreja, Tanja S.
T1  - Microarray-basierte Expressionsanalysen des weißen Fettgewebes der NZO-Maus sowie der Langerhansschen Inseln der NZL-Maus : zwei Modelle für das metabolische Syndrom
T1  - Microarray based expression analyses of white adipose tissue of the NZO-mouse and of the islets of Langerhans of the NZL-mouse : two models for the human metabolic syndrome
N2  - Übergewicht und Adipositas führen zu Insulinresistenz und erhöhen deutlich das Risiko für die Entwicklung von Typ-2-Diabetes und kardiovaskulären Erkrankungen. Sowohl Adipositas als auch die Suszeptibilität gegenüber Diabetes sind zu einem erheblichen Teil genetisch determiniert. Die relevanten Risikogene, deren Interaktion mit der Umwelt, insbesondere mit Bestandteilen der Nahrung, und die Pathomechanismen, die zur Insulinresistenz und Diabetes führen, sind nicht vollständig aufgeklärt. In der vorliegenden Arbeit sollte durch Genexpressionsanalysen des weißen Fettgewebes (WAT) und der Langerhansschen Inseln die Entstehung und Progression von Adipositas und Typ-2-Diabetes untersucht werden, um relevante Pathomechanismen und neue Kandidatengene zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurden Diät-Interventionsstudien mit NZO- und verwandten NZL-Mäusen, zwei polygenen Mausmodellen für das humane metabolische Syndrom, durchgeführt. Eine kohlenhydrathaltige Hochfett-Diät (HF: 14,6 % Fettanteil) führte in beiden Mausmodellen zu früher Adipositas, Insulinresistenz und Typ 2 Diabetes. Eine fettreduzierte Standarddiät (SD: 3,3 % Fettanteil), welche die Entstehung von Adipositas und Diabetes stark verzögert, sowie eine diabetesprotektive kohlenhydratfreie Hochfett-Diät (CHF: 30,2 % Fettanteil) dienten als Kontrolldiäten. Mit Hilfe der Microarray-Technologie wurden genomweite Expressionsprofile des WAT erstellt. Pankreatische Inseln wurden durch laserbasierte Mikropräparation (Laser Capture Microdissection; LCM) isoliert und ebenfalls hinsichtlich ihres Expressionsprofils analysiert. Differenziell exprimierte Gene wurden durch Real-Time-PCR validiert. Im WAT der NZO-Maus bewirkte die HF-Diät eine reduzierte Expression nukleärer Gene der oxidativen Phosphorylierung und von lipogenen Enzymen. Dies deutet auf eine inadäquate Fettspeicherung und -verwertung in diesen Tieren hin. Die Reduktion in der Fettspeicherung und -oxidation ist spezifisch für das adipöse NZO-Modell und konnte bei der schlanken SJL Maus nicht beobachtet werden, was auf eine mögliche Beteiligung an der Entstehung der Insulinresistenz hinweist. Zusätzlich wurde bestätigt, dass die Expansion des Fettgewebes bei der adipösen NZO-Maus eine zeitlich verzögerte Infiltration von Makrophagen in das WAT und dort eine lokale Immunantwort auslöst. Darüber hinaus wurde die Methode der LCM etabliert und zur Gewinnung hochangereicherter RNA aus den Langerhansschen Inseln eingesetzt. In erstmalig durchgeführten genomweiten Expressionsanalysen wurde zu einem frühen Zeitpunkt in der Diabetesentwicklung der Einfluss einer diabetogenen HF-Diät und einer diabetesprotektiven CHF-Diät auf das Expressionsprofil von pankreatischen Inselzellen verglichen. Im Gegensatz zum WAT bewirkt die diabetogene HF-Diät in Inselzellen einerseits, eine erhöhte Expression von nukleären Genen für die oxidative Phosphorylierung und andererseits von Genen, die mit Zellproliferation assoziiert sind. Zudem wurden 37 bereits annotierte Gene identifiziert, deren differenzielle Expression mit der Diabetesentwicklung korreliert. Das Peptidhormon Cholecystokinin (Cck, 11,8-fach erhöht durch die HF) stellt eines der am stärksten herauf regulierten Gene dar. Die hohe Anreicherung der Cck-mRNA in Inselzellen deutet auf eine bisher unbekannte Funktion des Hormons in der Regulation der Inselzellproliferation hin. Der Transkriptionsfaktor Mlxipl (ChREBP; 3,8-fach erniedrigt durch die HF) stellt in Langerhansschen Inseln eines der am stärksten herunter regulierten Gene dar. Ferner wurde ChREBP, dessen Funktion als glucoseregulierter Transkriptionsfaktor für lipogene Enzyme bislang in der Leber, aber nicht in Inselzellen nachgewiesen werden konnte, erstmals immunhistochemisch in Inselzellen detektiert. Dies deutet auf eine neue, bisher unbekannte regulatorische Funktion von ChREBP im Glucosesensor-Mechanismus der Inselzellen hin. Eine durchgeführte Korrelation der mit der Diabetesentwicklung assoziierten, differenziell exprimierten Inselzellgene mit Genvarianten aus humanen genomweiten Assoziationsstudien für Typ-2-Diabetes (WTCCC, Broad-DGI-T2D-Studie) ermöglichte die Identifizierung von 24 neuartigen Diabetes-Kandidatengenen. Die Ergebnisse der erstmals am polygenen NZO-Mausmodell durchgeführten genomweiten Expressionsuntersuchungen bestätigen bisherige Befunde aus Mausmodellen für Adipositas und Diabetes (z.B. ob/ob- und db/db-Mäuse), zeigen in einigen Fällen aber auch Unterschiede auf. Insbesondere in der oxidativen Phosphorylierung könnten die Ergebnisse relevant sein für das Verständnis der Pathogenese des polygen-bedingten humanen metabolischen Syndroms.
N2  - Overweight and obesity cause insulin resistance and increase the risk of developing type 2 diabetes and cardiovascular diseases. Both, obesity and susceptibility to diabetes, are to a major part genetically predisposed. The relevant genes, their interaction with the environment – especially with food components – and the pathomechanisms causing insulin resistance and diabetes are not fully known yet. In the present study the development and progression of obesity and type 2 diabetes should be investigated by the means of gene expression analyses of the white adipose tissue (WAT) and the islets of Langerhans to identify underlying pathomechanisms and new causative candidate genes. For this purpose diet intervention studies on NZO- and related NZL-mice – two polygenic mouse models for the human metabolic syndrome – were performed. A carbohydrate containing high fat-diet (HF: 14.6 % fat) caused early obesity, insulin resistance and type 2 diabetes in both mouse models. A fat reduced standard chow (SD: 3.3 % fat) which strongly delayed the onset of obesity and diabetes, and a diabetes protective carbohydrate free high fat-diet (CHF: 30.2 % fat) served as control diets. Using microarray technology genome wide expression profiles of the WAT were generated. Pancreatic islets were isolated by the means of laser capture microdissection (LCM) and expression profiles of them were created, too. Differentially expressed genes were validated by quantitative real time PCR. The HF-diet reduced the expression of nuclear genes of the oxidative phosphorylation and lipogenic enzymes in the WAT of the NZO-mouse. This suggests an inadequate storage and utilization of fat in these animals. This is specific for the obese NZO-model and wasn’t observed for the lean SJL-mouse, indicating a role in the development of insulin resistance. Additionally, there was proof that the enlargement of the WAT triggers a retarded infiltration of macrophages into the WAT and there a local immune response. Moreover, the LCM technique was established and used for the isolation of highly enriched RNA from islets of Langerhans. For the first time the influence of carbohydrates in a high fat-diet on the expression profile of pancreatic islets was investigated by the use of genome wide expression analyses at an early time point at the onset of diabetes. Contrary to the WAT the diabetogenic HF-diet in islets cells increased the expression of both nuclear genes coding for the oxidative phosphorylation and genes associated with cell proliferation. Furthermore 37 already annotated genes correlated with diabetes progression were identified. The peptide hormone cholecystokinin (Cck: 11.8-fold enriched by the HF-diet) is one of the most up-regulated genes. The strong enrichment of Cck-mRNA in islets suggests a previously unknown function of the hormone in the regulation of the islet cell proliferation. The transcription factor ChREBP (Mlxipl: 3.8-fold reduced by the HF-diet) is one of the most down-regulated genes in the islets of Langerhans. Moreover, ChREBP, which has been already identified as a glucose regulated transcription factor for lipogenic enzymes in the liver but not in islets of Langerhans, was detected for the first time in islet cells, using immunohistochemistry. This points to an until now unknown regulatory function of ChREBP in the glucosesensor mechanism of the islet cells. Correlation of the differentially expressed genes associated with diabetes progression with gene variants from human genome wide association studies for type 2 diabetes (WTCCC, Broad-DGI-T2D-study) made the identification of 24 new diabetes candidate genes possible. The results of the genome wide expression analyses, which were done for the first time on a polygenic mouse-model, corroborated previous results for monogenic mouse-models for obesity and diabetes (e.g. ob/ob- and db/db-mice), however also demonstrated differences in some instances. Especially the results concerning the oxidative phosphorylation could be relevant for the comprehension of the pathogenesis of the polygenic human metabolic syndrome.
KW  - Microarray
KW  - Diabetes
KW  - metabolisches Syndrom
KW  - Diätintervention
KW  - LCM
KW  - microarray
KW  - diabetes
KW  - human metabolic syndrome
KW  - diet intervention
KW  - laser capture microdissection
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-32379
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TY  - THES
A1  - Witte, Jeannine
T1  - Rhabdomerorganisation und –morphogenese im Komplexauge von Drosophila
T1  - Rhabdomere organization and morphogenesis in the compound eye of Drosophila
N2  - Sehzellen von Insekten sind epitheliale Zellen mit einer charakteristischen, hochpolaren Morphologie und Organisation. Die molekularen Komponenten der Sehkaskade befinden sich im Rhabdomer, einem Saum dicht gepackter Mikrovilli entlang der Sehzelle. Bereits in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts wurde beschrieben, dass die Mikrovilli entlang einer Sehzelle eine unterschiedliche Ausrichtung besitzen, oder in anderen Worten, die Rhabdomere entlang der Sehzell-Längsachse verdreht sind. So sind in den Sehzellen R1-R6 bei dipteren Fliegen (Calliphora, Drosophila) die Mikrovilli im distalen und proximalen Bereich eines Rhabdomers etwa rechtwinkelig zueinander angeordnet. Dieses Phänomen wird in der Fachliteratur als rhabdomere twisting bezeichnet und reduziert die Empfindlichkeit für polarisiertes Licht. Es wurde für das Drosophila-Auge gezeigt, dass diese strukturelle Asymmetrie der Sehzellen mit einer molekularen Asymmetrie in der Verteilung phosphotyrosinierter Proteine an die Stielmembran (einem nicht-mikrovillären Bereich der apikalen Plasmamembran) einhergeht. Zudem wurde gezeigt, dass die immuncytochemische Markierung mit anti-Phosphotyrosin (anti-PY) als lichtmikroskopischer Marker für das rhabdomere twisting verwendet werden kann. Bisher wurde hauptsächlich die physiologische Bedeutung der Rhabdomerverdrehung untersucht. Es ist wenig über die entwicklungs- und zellbiologischen Grundlagen bekannt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Identität der phosphotyrosinierten Proteine an der Stielmembran zu klären und ihre funktionelle Bedeutung für die Entwicklung des rhabdomere twisting zu analysieren. Zudem sollte untersucht werden, welchen Einfluss die inneren Sehzellen R7 und R8 auf die Verdrehung der Rhabdomere von R1-R6 haben. Für die zwei Proteinkinasen Rolled (ERK) und Basket (JNK) vom Typ der Mitogen-aktivierten Proteinkinasen (MAPK) konnte ich zeigen, dass sie in ihrer aktivierten (= phosphorylierten) Form (pERK bzw. pJNK) eine asymmetrische Verteilung an der Stielmembran aufweisen vergleichbar der Markierung mit anti-PY. Weiterhin wurde diese asymmetrische Verteilung von pERK und pJNK ebenso wie die von PY erst kurz vor Schlupf der Fliegen (bei ca. 90% pupaler Entwicklung) etabliert. Durch Präinkubationsexperimente mit anti-PY wurde die Markierung mit anti-pERK bzw. anti-pJNK unterbunden. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass pERK und pJNK zu den Proteinen gehören, die von anti-PY an der Stielmembran erkannt werden. Da es sich bei ERK und JNK um Kinasen handelt, ist es naheliegend, dass diese an der Entwicklung des rhabdomere twisting beteiligt sein könnten. Diese Hypothese wurde durch die Analyse von hypermorphen (rl SEM)und hypomorphen (rl 1/rl 10a) Rolled-Mutanten überprüft. In der rl SEM-Mutante mit erhöhter Aktivität der Proteinkinase erfolgte die asymmetrische Positionierung von pERK an der Stielmembran sowie die Mikrovillikippung schon zu einem früheren Zeitpunkt in der pupalen Entwicklung. Im adulten Auge war die anti-PY-Markierung im distalen Bereich der Sehzellen intensiver sowie der Kippwinkel vergrößert. In der rl 1/rl 10a-Mutanten mit reduzierter Kinaseaktivität waren die anti-PY-Markierung und der Kippwinkel im proximalen Bereich der Sehzellen verringert. Die Proteinkinase ERK hat somit einen Einfluss auf die zeitliche Etablierung des rhabdomere twisting wie auch auf dessen Ausprägung im Adulttier. Die Rhabdomerverdrehung sowie die Änderung im anti-PY-Markierungsmuster erfolgen an den Sehzellen R1-R6 relativ abrupt auf halber Ommatidienlänge, dort wo das Rhabdomer von R7 endet und das von R8 beginnt. Es stellte sich deshalb die Frage, ob die Rhabdomerverdrehung an R1-R6 durch die Sehzelle R7 und/oder R8 beeinflusst wird. Um dieser Frage nachzugehen wurden Mutanten analysiert, denen die R7- oder die R8-Photorezeptoren bzw. R7 und R8 fehlten. Das wichtigste Ergebnis dieser Untersuchungen war, dass bei Fehlen von R8 die Rhabdomerverdrehung bei R1-R6 nach keinen erkennbaren Regeln erfolgt. R8 ist somit Voraussetzung für die Etablierung der Rhabdomerverdrehung in R1-R6. Folgendes Modell wurde auf Grundlage dieses und weiterer Ergebnisse erarbeitet: Im dritten Larvenstadium rekrutiert R8 die Sehzellpaare R2/R5, R3/R4 und R1/R6. Dabei werden R1-R6 durch den Kontakt zu R8 „polarisiert“. Abschließend wird R7 durch R8 rekrutiert. Dies führt zu einer Fixierung der Polarität von R1-R6 durch R7. Die Ausführung der Mikrovillikippung anhand der festgelegten Polarität erfolgt in der späten Puppenphase. Die Proteinkinase ERK ist an diesem letzten Morphogeneseprozess beteiligt.
N2  - Visual cells of insects are epithelial cells with a characteristic morphology and organization. The molecular components of the signalling cascade are arranged in the rhabdomere, an array of densely packed microvilli along the side of the cell body. Already in the 70s of the last century it was described that microvilli point in different directions in various segments of the rhabdomere. Thus, in Dipteran flies (Calliphora, Drosophila) microvilli in the distal part of visual cells R1-R6 are nearly perpendicular to the microvilli in the proximal portion. This phenomenon is termed rhabdomere twisting and decreases the sensitivity of visual cells to polarized light. For Drosophila, structural asymmetry was shown to correlate with molecular asymmetry in the distribution of phosphotyrosinated proteins to the stalk (a non-microvillar region of the apical plasma membrane). Furthermore, this asymmetric distribution of antiphosphotyrosine (anti-PY) provides a light microscopic marker for rhabdomere twisting. So far little is known about the developmental and cell biological basis of rhabdomere twisting. Purpose of the present study was to identify the phosphotyrosinated proteins at the stalk und to analyse their functional relevance for the development of rhabdomere twisting. Moreover, influence of the inner visual cells R7 and R8 on rhabdomere twisting should be examined. Two protein kinases of the MAPK-type, Rolled (ERK) and Basket (JNK), show for their activated (= phosphorylated) forms (pERK and pJNK respectively) an asymmetric distribution to the stalk comparable to labelling with anti-PY. In addition, this asymmetric distribution of pERK, pJNK and also PY is established shortly before eclosion of the fly. Preincubation experiments with anti-PY abolished labelling with anti-pERK and anti-pJNK respectively. These results indicate that pERK and pJNK belong to the proteins on the stalk recognized by anti-PY. ERK and JNK are kinases and therefore are likely to be involved in the development of rhabdomere twisting. To test this hypothesis I analysed hypermorph (rl SEM) and hypomorph (rl 1/rl 10a) rolled mutants. In rl SEM mutants with increased kinase activity asymmetric positioning of pERK to the stalk and tilting of microvilli occurred earlier during pupal development. In the adult eye anti-PY labelling was more intensive in the distal part of the visual cells, and congruently the microvillar tilt angle was increased. In rl 1/rl 10a mutants with reduced kinase activity anti-PY labelling and microvillar tilt angle were reduced in the proximal part of visual cells. Hence, protein kinase ERK has an influence on developmental establishment of rhabdomere twisting and its specification in the adult eye. In R1-R6 rhabdomere twisting as well as changes in anti-PY labelling pattern take place within a narrow range halfway along the rhabdomere where the rhabdomere of R7 ceases and that of R8 begins. So the question arises whether rhabdomere twisting of R1-R6 is influenced by R7 and/or R8. To answer that question I analysed mutants that lack R7 or R8 or both visual cells. Most importantly absence of R8 leads to a disorganized rhabdomere twisting in R1-R6. Consequently R8 seems to be required for the establishment of rhabdomere twisting in R1-R6. Following working model was developed: in the third larval instar R8 recruits pairs of visual cells R2/R5, R3/R4 and R1/R6. In that process R1-R6 become „polarised“ by the contact to R8. Finally R7 is recruited by R8. That fixes polarity of R1-R6 by R7. The active tilting of the microvilli on the basis of the given polarity is carried out in late pupal development with the help of protein kinase ERK.
KW  - Komplexauge
KW  - Drosophila
KW  - Rhabdomerverdrehung
KW  - MAPK
KW  - compound eye
KW  - Drosophila
KW  - rhabdomere twisting
KW  - MAP kinase
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41847
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nagel, Birgit
T1  - Entwicklung biohybrider Redoxsysteme auf der Grundlage "smarter" Redoxpolymere
T1  - Development of biohybrid redox systems on the basis of "smart" redox polymers
N2  - In dieser Arbeit wird die Entwicklung und Charakterisierung neuer „smarter“ Redoxhydrogele mit drei verschiedenen funktionellen Eigenschaften und deren erfolgreicher Einsatz zur elektrochemischen Kontaktierung von Oxidoreduktasen beschrieben. Diese neuen Redoxpolymere 1. tragen kovalent integrierte Redoxzentren umgeben von einer hydrophilen Polymermatrix, 2. reaktive Kopplungsgruppen für den Aufbau selbstassemblierter Polymerschichten auf Elektrodenoberflächen und 3. lassen sich in ihrer Redoxaktivität durch Verwendung „intelligenter“ Polymere über externe Stimuli kontrollieren. Die Redoxhydrogele wurden nach dem Vorbild eines Baukastensystems in einfachen Ein-Stufen-Synthesen synthetisiert. Dazu wurden verschiedene Redoxzentren (Ferrocen, 1,10-Phenanthrolin-5,6-dion und 4-Carboxy-2,5,7-Trinitro-9-fluorenon), reaktive Kopplungsgruppen (Epoxy-, Amino-, Thiol- oder Disulfidfunktionen) und Polymermatrices (Poly-(N-Isopropylacrylamid) (PNIPAM) und Poly(ethylenglykolmethacrylat) (PEGMA)) in unterschiedlichen Zusammensetzungen miteinander copolymerisiert. Die Polymere wurden in Form von dünnen Polymerfilmen über die wiederholenden Funktionalitäten auf Elektrodenoberflächen aufgebracht und physiko- und elektrochemisch charakterisiert. Durch die erstmals gezeigte, derartige Ankopplung der Polymere, entstehen dreidimensionale, hydrophile selbstassemblierte Polymerschichten. Die Elektronentransferwege sind kurz und der Elektronentransfer effizient. Diese Polymer-modifizierten Elektroden wurden für die Kontaktierung von zwei exemplarisch ausgewählten Oxidoreduktasen eingesetzt, die Nicotinsäureamid-adenin-dinucleotid-abhängige Glucosedehydrogenase (NAD-GDH), welche ein freibewegliches Coenzym und die Pyrrolochinolinchinon-abhängige Glucosedehydrogenase (PQQ-GDH), welche ein prosthetisches Coenzym verwenden. Die Redoxaktivitäten des PNIPAMFoxy- und PEGMA-Fc-Polymers ließen sich durch externe Stimuli in Form von Temperatur und Calciumkonzentrationen kontrollieren. Ein Modell für die Komplexierung der Calciumionen durch die PEG-Seitenketten unter Ausbildung Kronenether-ähnlicher Strukturen und der daraus resultierenden Steigerung des Elektronentransfers wurde gezeigt.
N2  - This work describes the development and characterization of new, smart redox polymeres with three functionalities and their use in electrochemical wiring of oxidoreductases. These polymers 1. bear redox-active sites surrounded by hydrophilic polymeric matrix 2. surface-reactive groups to create self-assembled monolayers on electrodes 3. ionic-tunable redox activities by using stimuli-responsive polymers The syntheses of the redoxpolymers were resolved in simple one-step approaches using a building block system. Different mediators (ferrocene, 1,10-phenanthroline-5,6-dione and 4-carboxy-2,5,7-trinitro-9-fluorenone), reactive anchoring groups (groups epoxide, amine, thiol and disulfide) and polymer matrices (poly-(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM), poly(ethylene glycol methacrylate) (PEGMA)) were copolymerized in different compositions. The polymers were anchored to electrode surfaces via the repetitive functionalities and physico- and electrochemical characterized. This kind of anchoring of the redoxpolymers was shown for the first time and three-dimensional hydropilic self-assembled polymer monolayers are created. The electron transfer pathways are short and the electron tranfer efficient. The polymer-modified electrodes were applied for wiring two oxidoreductases, nicotinamide-adenine-dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (NAD-GDH) with a diffusing coenzyme and the pyrroloquinoline quinone-dependent glucose dehydrogenase (PQQ-GDH) with a prosthetic coenzyme. The redox activities of PNIPAMFoxy and PEGMA-Fc-SS are tuneable with external stimuli like temperature and calcium concentrations. A model for the complexation of calcium by PEG side chains and the explanation of the resulting effects was shown.
KW  - Poly-N-Isopropylacrylamid
KW  - Polyethylenglykol
KW  - Ferrocen
KW  - Phenanthrolindion
KW  - Carboxynitrofluorenon
KW  - poly-N-isopropylacrylamide
KW  - polyethylene glycol
KW  - ferrocene
KW  - phenanthrolindione
KW  - carboxynitrofluorenone
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41424
ER  - 
TY  - THES
A1  - Esther, Alexandra
T1  - Modellgestützte Untersuchungen zum Überleben einer Steinkauzpopulation (Athene noctua) in Thüringen
T1  - Modelling study of a Little Owl (Athene noctua) population in Thuringia, Germany
N2  - Der Rückgang des Steinkauzes (Athene noctua) hat in Thüringen und Sachsen seit den 60er Jahren dramatische Ausmaße angenommen. In den 50er Jahren noch flächendeckend beobachtet, wurden für das Jahr 2000 nur noch 18 Individuen durch Bestandserfassungen registriert. Die vielfach diskutierten Rückgangsursachen beziehen sich vor Allem auf die großflächige Änderung der Landschaftsstrukturen, die zum Verlust der Lebensgrundlagen des Steinkauzes führten. So haben u.a. der Verlust an Brut- und Vorratshöhlen und an ganzjährig kurzgehaltenen Grünlandflächen, sowie der zunehmende Einfluss von Prädatoren erheblich zum Rückgang beigetragen. Eingeleitete Schutzmaßnahmen, ehrenamtlich oder auf dem allgemeinen Naturschutzprogramm des Freistaates Thüringen beruhend, wie das Anbringen von Nisthilfen mit Marderschutz oder Pflegeverträge für Streuobstwiesen, zeigen bisher keine sichtbare Wirkung. Als weitergehende Maßnahmen stehen die Reduzierung von Füchsen (Vulpes vulpes) und Steinmardern (Martes foina), Ausbreitungskorridore für Steinkäuze und ein Auswilderungsprogramm zur Diskussion. Angesichts des Populationsrückgangs des Steinkauz war es Aufgabe dieser Arbeit durch ein Simulationsmodell Untersuchungen zum Überleben einer Steinkauzpopulation (Athene noctua) in Thüringen durchzuführen. Die zusammengetragenen Bestandszahlen ergaben geringe Individuenzahlen in den thüringischen Landkreisen Altenburger Land, Greiz und der Stadt Gera sowie in den sächsischen Landkreisen Chemnitzer Land und Mittweida. Die Bestandszahlen der Jahre 1989-2001, sowie weitere der Literatur entnommene Daten zum populationsökologischen Hintergrund, wie auch Analysen des Gebietes in Thüringen und Sachsen und dessen besetzter Reviere der Jahre 1989- 2001, wurden in ein stochastisches, räumlich-explizites, auf Individuen basierendes Simulationsmodell eingebracht. Es wurde eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, die beruhend auf den erfassten Populationsentwicklungen in Thüringen und Sachsen und auf Literaturangaben, ausgewählte Parameterkonstellationen für die Untersuchungenergab. Die Untersuchungen zum Überleben vor dem Hintergrund möglicher Gefährdungsfaktoren und zur Ermittelung des Nutzens von Managementoptionen, wurden mit Schwerpunkten auf „Prädation“, „Habitatverbesserung“ und „Auswilderung“ durchgeführt. Als Ergebnis der Simulationen kam heraus, dass die Prädation keinen großen Einfluss auf das Überleben der Population hat, und Schutzmaßnahmen die Chancen für das Überleben der Population nicht erhöhen würden. Habitatverbesserungen, die die Juvenilen animieren sich im Umkreis von bis zu 5 km vom elterlichen Revier anzusiedeln, würden aber deutlich zum Überleben der Population, auch in längerfristiger Perspektive, beitragen. Habitatverbesserungen, die zu weiter entfernteren Ansiedlungen animieren, könnten sich dagegen ungünstig auf das Überleben der Population auswirken. Für eine mögliche Auswilderung als Schutzmaßnahme ergab sich im Modell, dass eine Auswilderung von 5 Individuen pro Jahr über einen Zeitraum von 5 Jahren, die Überlebenswahrscheinlichkeit kurzfristig deutlich verbessern würde. Es ergab sich allerdings kein Unterschied, ob 5, 10 oder 15 Individuen ausgewildert werden. Eine länger durchgeführte Auswilderung würde vermutlich die Überlebenswahrscheinlichkeit entsprechend langfristiger verbessern.
KW  - räumlich explizit
KW  - indivuduenbasiert
KW  - Simulationsmodell
KW  - Management
KW  - spatially-explicit
KW  - individual based
KW  - simulation modell
KW  - management
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-44519
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TY  - GEN
A1  - Heinken, Thilo
T1  - Die natürlichen Kiefernstandorte Deutschlands und ihre Gefährdung
T1  - Natural Scots pine forests in Germany : habitats, distribution, and threat
N2  - Natürliche Standorte der Waldkiefer gibt es in Deutschland nur kleinflächig. Während Kiefernforste anstelle natürlicher Laubwälder heute oft landschaftsprägend sind, bildet die konkurrenzschwache und lichtbedürftige Kiefer ausschließlich auf extrem trockenen oder nassen, nährstoffarmen Standorten naturnahe Schlusswaldgesellschaften. Regionale Schwerpunkte liegen in subkontinentalen Regionen wie dem nordostdeutschen Tiefland und Bayern, ein „natürliches Kiefernareal" lässt sich aber kaum abgrenzen. An der Trockengrenze des Waldes finden sich auf Kalk- und Dolomitgesteinen artenreiche Karbonat-Trockenkiefernwälder mit Elementen der alpinen Rasen und Kalkmagerrasen in der Bodenvegetation. Diese Wälder besiedeln steile, südexponierte Felsen und morphodynamisch aktive Bereiche wie Rutschhänge und FlussSchotterböden im Umkreis der Alpen, kommen aber auch in den Mittelgebirgen vor. Ihr Gegenstück auf sauren Standorten sind die Sand- und Silikat-Kiefernwälder der Quarzsande und Sandstein-Verwitterungsböden, deren Bodenvegetation durch Zwergsträucher, Moose und Strauchflechten geprägt ist. Hier siedelt die Kiefer in den Tieflagen besonders auf Binnendünen und Sandern, aber auch auf Küstendünen der Ostsee, in den Mittelgebirgen z. B. auf den Sandsteinriffen der Sächsischen Schweiz. Der dritte Wuchsbereich natürlicher Kiefernwälder sind saure, nährstoffarme Moore, die ganz überwiegend von Regenwasser gespeist werden. Auch die Kiefern-Moorwälder sind in Nordostdeutschland und Bayern am häufigsten. Von diesen Standorten ausgehend, wo ihr Platz kaum von anderen Baumarten streitig gemacht wird, tritt die Waldkiefer immer wieder als Pionier auf weniger extremen Standorten auf. In der Naturlandschaft kam dies etwa nach Waldbränden oder Stürmen vor, doch der Mensch förderte die Kiefer durch Auflichtung der Wälder, Waldweide und Streunutzung stark. Auch die damit verbundene Nährstoffverarmung macht eine exakte Abgrenzung natürlicher Kiefernstandorte unmöglich. Die schlechtwüchsigen und forstwirtschaftlich nicht interessanten, ästhetisch aber sehr ansprechenden natürlichen Kiefernbestände sind heute vor allem durch Stickstoff-Immissionen gefährdet. Trotz ihrer oft kargen Erscheinung besitzen sie einen hohen Wert für die Biodiversität und den Artenschutz. Neben bodenbewohnenden Flechten und regionalen Relikt-Endemiten ist vor allem die in den letzten Jahrzehnten zunehmend gefährdete Vielfalt an Mykorrhiza-Pilzen hervorzuheben, die der Kiefer das Leben auf extrem nährstoffarmen Standorten überhaupt ermöglichen. Abschließend werden mögliche Schutz- bzw. Regenerationsmaßnahmen wie das Abplaggen flechtenreicher Kiefernstandorte vorgestellt.
N2  - Only small areas of natural Scots pine (Pinus sylvestris) habitat occur in Germany. Today pine plantations instead of natural deciduous forests often dominate the landscape. Yet, due to the competitive weakness and light demands of Scots pine, near-natural Scots pine climax communities are only found on extremely dry or wet, nutrient-poor sites, primarily in subcontinental regions of the north-eastern German lowlands and Bavaria. However, the "natural distribution range" of Scots pine is difficult to define. Species-rich, dry Scots pine forests, with alpine and calcareous grassland species in the ground vegetation, are found at the aridity limit of forests on sites with carbonate rich soils developed from limestone and dolomite parent material. These forests occur on steep south-facing slopes, on morphodynamically active areas such as landslides and coarse river gravel beds in and near the Alps, and also in the low mountain ranges. Scots pine forests are also found on acidic sites, on quartz sands and soils overlying weathered silicate rocks with an understorey dominated by dwarf shrubs, bryophytes and fruticose lichens. These forests are present in the lowlands, particularly on inland dunes and glacifluvial deposits, but also on coastal dunes around the Baltic Sea and in the low mountain ranges, for example on the sandstone cliffs in the Elbe Sandstone Mountains. Acidic, oligo-trophic bogs, mainly supplied by rainwater, comprise the third natural Scots pine forest habitat. These Scots pine bog forests occur most frequently in north-eastern Germany and in Bavaria. Coming from these habitats, where virtually no other tree species grows, Scots pine is found again and again as a pioneer on less extreme sites. In the natural landscape, it occurs mainly after forest fires and storms. Yet humans promote Scots pine by thinning forests, creating woodland pasture and removing litter. The nutrient depletion associated with these practices makes an exact delimitation of natural Scots pine habitats unfeasible. Natural pine forest stands, which, although attractive and appealing, grow poorly and are of little interest for forestry, are endangered mainly by anthropo-genic nitrogen depositions. Despite their meagre appearance, these forests are important for biodiversity and species conservation. In addition to terricolous lichens and regional relic endemic plant species, the diversity of mycorrhiza fungi, which enable Scots pine to exist on these nutrient-poor sites, increasingly is becoming endangered. Finally, possible conservation and regeneration practices, such as manually cutting sods in lichen-rich Scots pine forests, are presented.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - paper 153 
KW  - Naturschutz
KW  - Phytodiversität
KW  - Pinus sylvestris
KW  - Standort
KW  - Walddynamik
KW  - nature conservation
KW  - phytodiversity
KW  - Pinus sylvestris
KW  - site conditions
KW  - forest dynamics
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-46506
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TY  - GEN
A1  - Heinken, Thilo
T1  - Sand- und Silikat-Kiefernwälder (Dicrano-Pinion) in Deutschland : Gliederungskonzept und Ökologie
T1  - Pine forests on sandy and silicate soils (Dicrano-Pinion) in Germany : classification concept and ecology
N2  - In preparation for the „Synopsis of plant communities of Germany“ a comprehensive classification concept for the Scots pine forests on sandy and silicate soils is presented. On the basis of 2699 relevés from all natural provinces with important occurrences this classification for the first time integrates both northern and southern German forest stands. Pine forests are stable (“climax”) communities on three distinct habitat types at the drought and wetness limits of forest growth. In the phytosociological system these are reflected by the clearly separated syntaxa Erico-Pinetea (dry-calcareous), Dicrano-Pinion (dry-acidic) and Vaccinio uliginosi- Pinetea (wet-acidic). However, Pulsatillo-Pinetea (dry-moderate basicity) described in earlier publications cannot be separated floristically. In addition to the stable communities on extreme habitats pine forests of the mentioned syntaxa are widespread on potential mixed deciduous forest stands, especially after anthropogenic devastation and even beyond their original range. Six communites of the Dicrano-Pinion which also includes such secondary pine forest stands are occurring in Germany. They are presented in detail and classified according to their dynamic and edaphic differentiation. Lichen-rich pine forests (Cladonio- Pinetum) which grow on extremely dry and nutrient-poor sites are ecologically and floristically well-defined, though closely connected with other Dicrano-Pinion communities by forest succession. After separation of the Cladonio-Pinetum the Leucobryo-Pinetum is a speciespoor “central association” within the alliance. The Deschampsia flexuosa-Pinus-sylvestriscommunity is the most widespread forest type and dynamically and floristically passes into the mixed oak forests on acidic soils (Quercion roboris). On base-rich habitats the Empetro- Pinetum as endemic community of the southern Baltic Sea coasts, and the Peucedano-Pinetum in the northeastern and southern German inland are distinguished. The latter is found both on calcareous sands and primarily acidic sands which are secondary limed by calciferous pollutions. Finally, differences and similarities between the geographically separated northern and southern German Dicrano-Pinion forests are discussed in a biogeographic context, emphasising the advantages of the presented nation-wide classification concept.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - paper 154 
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-46518
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