TY  - THES
A1  - Freiberg, Alexander
T1  - Das "Leucine-Rich Repeat" im Invasionsprotein Internalin B : Stabilität und Faltung eines Solenoidproteins
T1  - The leucine-rich repeat from internalin B : stability and folding of a solenoid protein
N2  - Für das Verständnis der Strukturbildung bei Proteinen ist es wichtig, allgemein geltende Prinzipien der Stabilität und Faltung zu verstehen. Bisher wurde viel Arbeit in die Erörterung von Gesetzmäßigkeiten zu den Faltungseigenschaften von globulären Proteinen investiert. Die große Proteinklasse der solenoiden Proteine, zu denen z. B. Leucine-Rich Repeat- (LRR-) oder Ankyrin-Proteine gehören, wurde dahingegen noch wenig untersucht. Die Proteine dieser Klasse sind durch einen stapelförmigen Aufbau von sich wiederholenden typischen Sequenzeinheiten gekennzeichnet, was in der Ausbildung einer elongierten Tertiärstruktur resultiert. In der vorliegenden Arbeit sollte versucht werden, die Stabilität und Faltung eines LRR-Proteins mittels verschiedener biophysikalischer Methoden zu charakterisieren. Als Untersuchungsobjekt diente die für die Infektion ausreichende zentrale LRR-Domäne des Invasionsproteins Internalin B (InlB241) des Bakteriums Listeria monocytogenes. Des weiteren sollten die Integrität und die Stabilitäts- und Faltungseigenschaften der sogenannten Internalin-Domäne (InlB321) untersucht werden. Hierbei handelt es sich um die bei allen Mitgliedern der Internalinfamilie vorkommende Domäne, welche aus einer direkten Fusion des C-terminalen Endes der LRR-Domäne mit einer Immunglobulin (Ig)-ähnlichen Domäne besteht. Von beiden Konstrukten konnte eine vollständige thermodynamische Charakterisierung, mit Hilfe von chemisch- bzw. thermisch-induzierten Faltungs- und Entfaltungsübergängen durchgeführt werden. Sowohl InlB241 als auch InlB321 zeigen einen reversiblen und kooperativen Verlauf der chemisch-induzierten Gleichgewichtsübergänge, was die Anwendung eines Zweizustandsmodells zur Beschreibung der Daten erlaubte. Die zusätzliche Ig-ähnliche Domäne im InlB321 resultierte im Vergleich zum InlB241 in einer Erhöhung der freien Enthalpie der Entfaltung (8.8 kcal/mol im Vergleich zu 4.7 kcal/mol). Diese Stabilitätszunahme äußerte sich sowohl in einer Verschiebung des Übergangsmittelpunktes zu höheren Guanidiniumchlorid-Konzentrationen als auch in einer Erhöhung der Kooperativität des Gleichgewichtsübergangs (9.7 kcal/mol/M im Vergleich zu 7.1 kcal/mol/M). Diese Beobachtungen zeigen dass die einzelnen Sequenzeinheiten der LRR-Domäne nicht unabhängig voneinander falten und dass die Ig-ähnliche Domäne, obwohl sie nicht direkt mit dem Wirtszellrezeptor während der Invasion interagiert, eine kritische Rolle für die <i style='mso-bidi-font-style:normal'>in&nbsp;vivo Stabilität des Internalin B spielt. Des weiteren spiegelt die Kooperativität des Übergangs die Integrität der Internalin-Domäne wieder und deutet darauf hin, dass bei beiden Proteinen keine Intermediate vorliegen. Kinetische Messungen über Tryptophanfluoreszenz und Fern-UV<span style='color:red'> </span>Circulardichroismus deuteten auf die Existenz eines relativ stabilen Intermediates auf dem Faltungsweg der LRR-Domäne hin. Faltungskinetiken aus einem in pH&nbsp;2 denaturierten Zustand zeigten ein reversibles Verhalten und verliefen über ein Intermediat. Eine Erhöhung der Salzkonzentration des sauer-denaturierten Proteins führte zu einer Kompaktierung der entfalteten Struktur und resultierte im Übergang zu einem alternativ gefalteten Zustand. Bei der Internalin-Domäne deuteten kinetische Messungen des Fluoreszenz- und Fern-UV Circulardichroismus-Signals während der Entfaltung möglicherweise auf die Präsenz von zwei Prozessen hin. Der erste langsame Entfaltungsprozess kurz nach dem Übergangsmittelpunkt zeigte eine starke Abhängigkeit von der Temperatur, während der zweite schnellere Prozess der Entfaltung stärker von der Guanidiniumchlorid-Konzentration abhing. Renaturierungskinetiken zeigten das Auftreten von mindestens einem Faltungsintermediat. Kinetische Daten aus Doppelsprungexperimenten lieferten für die Erklärung der langsamen Faltungsphase zunächst keinen Hinweis auf dass Vorliegen einer Prolinisomerisierungsreaktion. Die vollständige Amplitude während der Renaturierung konnte nicht detektiert werden, weswegen von einer zweiten schnellen Phase im Submillisekundenbereich ausgegangen werden kann. Die Ergebnisse der Faltungskinetiken zeigen, dass die InlB-Konstrukte als Modelle für die Untersuchung der Faltung von Solenoidproteinen verwendet werden können.<span lang=EN-GB style='mso-ansi-language: EN-GB'><o:p></o:p></span>
N2  - <p class=MsoBodyText><span lang=EN-GB style='mso-ansi-language:EN-GB'>To understand the processes of protein structure formation, it is necessary to investigate protein stability and protein folding kinetics. The focus of many folding studies has been directed at small, globular proteins. The larger class of solenoid proteins, including leucine-rich repeat (LRR) and ankyrin proteins, has not been extensively investigated. These proteins contain tandem repeat motifs, and their tertiary structure consists of a regular linear array of modules that stack to form non-globular elongated or supercoiled structures. In the present work, the folding and stability of the central LRR domain of the invasion protein internalin B (InlB241) from the bacterium Listeria monocytogenes was characterized using different biophysical techniques. In addition, the integrity, stability and folding behavior of the so-called internalin-domain (InlB321) was investigated. In this single domain, which is found in all members of the internalin-family, an immunoglobulin (Ig)-like domain is directly fused to the C-terminal end of the LRR domain.<span style='color:red'><o:p></o:p></span></span> <p class=MsoBodyText><span lang=EN-GB style='mso-ansi-language:EN-GB'>A complete thermodynamic characterization of the stability of both constructs was performed, using chemical- and temperature-induced folding and unfolding transitions. The reversible and cooperative equilibrium transition of InlB241 and InlB321 allowed the use of a two-state model for the description of the data points. The additional Ig-like domain present in InlB321 resulted in an increase of the unfolding free energy (8.8 kcal/mol compared to 4.7 kcal/mol). This resulted both, from a shift of the transition midpoint to higher denaturant concentration, and from an increase in the m-value, the denaturant dependence of the unfolding free energy (9.7 kcal/mol/M compared to 7.1 kcal/mol/M). These observations suggest that the unravelling of the individual structural repeats in the LRR region is a cooperative process and that the tight fusion with the Ig-like domain leads to a dramatically increased stability in vivo without interfering with the functionality of the protein. In addition, the cooperativity of the equilibrium transition reflects the integrity of the internalin-domain, and suggests that both InlB fragments unfold without significantly populated equilibrium intermediates.<o:p></o:p></span> <p class=MsoBodyText><span lang=EN-GB style='mso-ansi-language:EN-GB'>Kinetic measurements with tryptophan fluorescence and far-UV circular dichroism are indicative for the existence of a relative stable intermediate on the folding pathway of the LRR domain. Refolding kinetics from an acid-denatured state showed a reversible behavior and passes off an intermediate. An increase in the salt concentration of the acid-denatured protein results in a transition of the unfolded structure to a compact and alternatively folded state. Unfolding kinetics of the internalin-domain measured by fluorescence and far-UV circular dichroism are indicative for the possible presence of two processes. The first slow unfolding process after the transition midpoint showed a strong dependence on temperature, whereas the second and faster unfolding process showed a stronger dependence on the denaturant concentration. Renaturation kinetics indicated the existence of at least one folding intermediate. Preliminary double-mixing experiments revealed no evidence for a rate-limiting proline isomerization reaction. It was not possible to detect the complete amplitude of the renaturation reaction, suggesting existence of a second faster phase occuring in the submillisecond range.<o:p></o:p></span> <p class=MsoBodyText><span lang=EN-GB style='mso-ansi-language:EN-GB'>The results on folding kinetics prove the InlB constructs to be suitable models for the investigation of solenoid protein folding by techniques of high structural resolution.<o:p></o:p></span>
KW  - Proteinfaltung
KW  - thermodynamische Stabilität
KW  - Leucine-Rich Repeat
KW  - Internalin B
KW  - Zweizustandsmodell
KW  - leucine-rich repeat
KW  - internalin B
KW  - thermodynamic stability
KW  - protein folding
KW  - two-state model
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2532
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hahn, Robert
T1  - Das Blüte-Bestäuber-Netz auf Brachflächen : biozönologische Untersuchung zur Bedeutung von Brachen in einer intensiv genutzten Agrarlandschaft
N2  - In der vorliegenden Dissertation wird die Bedeutung von Brachen für Artenvielfalt und Stabilität von Blüte-Bestäuber-Nahrungsnetzen in agrarisch genutzten Landschaften anhand ausgewählter blütenbesuchender Insektengruppen (Syrphidae, Lepidoptera) untersucht. Die Freilandarbeiten fanden von 1998-2000 im Raum der Feldberger Seenlandschaft, Mecklenburg-Vorpommern, statt. Es werden die beiden Hauptnahrungsquellen Nektar und Pollen betrachtet, dabei fanden Untersuchungen zur Intensität der Blüte-Bestäuber-Interaktion auf Stilllegungsflächen, zum flächenbezogenen quantitativen Nektarangebot im Jahresverlauf, zur individuellen Pollennutzung bei Syrphiden und zur Breite und Überlappung der Nahrungsnischen bei den dominanten Arten Episyrphus balteatus, Metasyrphus corollae, Syritta pipiens und Sphaerophoria scripta statt.  Im Ergebnis zeigt sich eine hohe Bedeutung der Brachflächen für die Stabilität des Blüte-Bestäuber-Netzes, während die Diversität von anderen, eher landschaftsbezogenen Faktoren abhängig ist.
N2  - This dissertation examines the importance of fallow land for the diversity and stability of pollination webs in agricultural landscapes as exemplified by selected groups of anthophilous insects (syrphidae and lepidoptera). The field studies were carried out between 1998 and 2000 in the Feldberg lakeland area in the north-east German State of Mecklenburg-Western Pomerania. Observations were made of nectar and pollen as the two main sources of food. Studies were conducted into the intensity of plant-pollinator interaction in set-aside areas, the site-specific quantity of nectar available during the vegetation period and the individual pollen intake of syrphid flies. Different methods were employed to establish the breadth of the trophic niches among the predominant species (Episyrphus balteatus, Metasyrphus corollae, Syritta pipiens and Sphaerophoria scripta) and the extent to which they overlapped.   The studies showed that, while fallow land is very important for the stability of plant-pollinator food webs, their diversity depends on other factors that are more closely related to the landscape.
KW  - Feldberger Seenlandschaft ; Agrarlandschaft ; Brache ; Samenpflanzen ; Bestäuber ; Artenreichtum
KW  - Brachfläche
KW  - Bestäubung
KW  - Blütenökologie
KW  - Blüte-Bestäuber-Interaktion
KW  - Nektar
KW  - Pollen
KW  - fallow land
KW  - pollination
KW  - flower ecology
KW  - flower-insect-interaction
KW  - nectar
KW  - pollen
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000652
ER  - 
TY  - THES
A1  - Küster, Frank
T1  - Das Lektin aus der Erbse Pisum sativum : Bindungsstudien, Monomer-Dimer-Gleichgewicht und Rückfaltung aus Fragmenten
N2  - Das Lektin aus Pisum sativum, der Gartenerbse, ist Teil der Familie der Leguminosenlektine. Diese Proteine haben untereinander eine hohe Sequenzhomologie, und die Struktur ihrer Monomere, ein all-ß-Motiv, ist hoch konserviert. Dagegen gibt es innerhalb der Familie eine große Vielfalt an unterschiedlichen Quartärstrukturen, die Gegenstand kristallographischer und theoretischer Arbeiten waren. Das Erbsenlektin ist ein dimeres Leguminosenlektin mit einer Besonderheit in seiner Struktur: Nach der Faltung in der Zelle wird aus einem Loop eine kurze Aminosäuresequenz herausgeschnitten, so dass sich in jeder Untereinheit zwei unabhängige Polypeptidketten befinden. Beide Ketten sind aber stark miteinander verschränkt und bilden eine gemeinsame strukturelle Domäne. Wie alle Lektine bindet Erbsenlektin komplexe Oligosaccharide, doch sind seine physiologische Rolle und der natürliche Ligand unbekannt. In dieser Arbeit wurden Versuche zur Entwicklung eines Funktionstests für Erbsenlektin durchgeführt und seine Faltung, Stabilität und Monomer-Dimer-Gleichgewicht charakterisiert. Um die spezifische Rolle der Prozessierung für Stabilität und Faltung zu untersuchen, wurde ein unprozessiertes Konstrukt in E. coli exprimiert und mit der prozessierten Form verglichen.   Beide Proteine zeigen die gleiche kinetische Stabilität gegenüber chemischer Denaturierung. Sie denaturieren extrem langsam, weil nur die isolierten Untereinheiten entfalten können und das Monomer-Dimer-Gleichgewicht bei mittleren Konzentrationen an Denaturierungsmittel auf der Seite der Dimere liegt. Durch die extrem langsame Entfaltung zeigen beide Proteine eine apparente Hysterese im Gleichgewichtsübergang, und es ist nicht möglich, die thermodynamische Stabilität zu bestimmen. Die Stabilität und die Geschwindigkeit der Assoziation und Dissoziation in die prozessierten bzw. nichtprozessierten Untereinheiten sind für beide Proteine gleich. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass auch unter nicht-denaturierenden Bedingungen die Untereinheiten zwischen den Dimeren ausgetauscht werden.  Die Renaturierung der unprozessierten Variante ist unter stark nativen Bedingungen zu 100 % möglich. Das prozessierte Protein dagegen renaturiert nur zu etwa 50 %, und durch die Prozessierung ist die Faltung stark verlangsamt, der Faltungsprozess ist erst nach mehreren Tagen abgeschlossen. Im Laufe der Renaturierung wird ein Intermediat populiert, in dem die längere der beiden Polypeptidketten ein Homodimer mit nativähnlicher Untereinheitenkontaktfläche bildet. Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Renaturierung ist die Assoziation der entfalteten kürzeren Kette mit diesem Dimer.
N2  - The lectin from Pisum sativum (garden pea) is a member of the family of legume lectins. These proteins share a high sequence homology, and the structure of their monomers, an all-ß-motif, is highly conserved. Their quaternary structures, however, show a great diversity which has been subject to cristallographic and theoretical studies. Pea lectin is a dimeric legume lectin with a special structural feature: After folding is completed in the cell, a short amino acid sequence is cut out of a loop, resulting in two independent polypeptide chains in each subunit. Both chains are closely intertwined and form one contiguous structural domain. Like all lectins, pea lectin binds to complex oligosaccharides, but its physiological role and its natural ligand are unknown. In this study, experiments to establish a functional assay for pea lectin have been conducted, and its folding, stability and monomer-dimer-equilibrium have been characterized. To investigate the specific role of the processing for stability and folding, an unprocessed construct was expressed in E. coli and compared to the processed form.  Both proteins have the same kinetic stability against chemical denaturant. They denature extremely slowly, because only the isolated subunits can unfold, and the monomer-dimer-equilibrium favors the dimer at moderate concentrations of denaturant. Due to the slow unfolding, both proteins exhibit an apparent hysteresis in the denaturation transition. Therefore it has not been possible to determine their thermodynamic stability. For both proteins, the stability and the rates of association and dissociation into processed or unprocessed subunits, respectively, are equal. Furthermore it could be shown that even under non-denaturing conditions the subunits are exchanged between dimers.  Renaturation of the unprocessed variants is possible under strongly native conditions with 100 % yield. The processed protein, however, can be renatured with yields of about 50 %, and its refolding is strongly decelerated. The folding process is finished only after several days. During renaturation, an intermediate is populated, in which the longer of the two polypeptide chains forms a homodimer with a native-like subunit interface. The rate limiting step of renaturation is the association of the unfolded short chain with this dimer.
KW  - Leguminosenlektin
KW  - Faltung
KW  - irreversibel
KW  - Fragmente
KW  - Prozessierung
KW  - Assoziation
KW  - Saccharidbindung
KW  - Oligomer
KW  - Untereinheitenautausch
KW  - Isoformen
KW  - legume lectin
KW  - folding
KW  - irreversible
KW  - fragments
KW  - processing
KW  - association
KW  - saccharide binding
KW  - oligomer
KW  - subunit exchange
KW  - isoforms
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000612
ER  - 
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
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TY  - THES
A1  - Fleischmann, Tobias
T1  - Deletion plastidärer ribosomaler Proteine in Nicotiana tabacum im Kontext reduktiver Genomevolutionund Entwicklung einer Hochdurchsatzplattform zur Analysevon miRNAs in Chlamydomonas reinhardtii
T1  - Deletion of plastid ribosomal proteins in Nicotiana tabacum in the context of reductive genome evolution and development of a high throughpout platform for the analysis of miRNAs of Chlamydomonas reinhardtii
N2  - Im Rahmen des ersten Teils der vorliegenden Doktorarbeit konnten zwei nicht-essentielle (rps15, rpl36) und fünf essentielle (rps3, rps16, rpl22, rpl23, rpl32) im Plastom von Nicotiana tabacum kodierte Proteine des plastidären Ribosoms bezüglich ihrer Essentialität charakterisiert werden. Diese Gene wurden durch gezielte Knockout-Experimente inaktiviert und die resultierenden Effekte untersucht. Die Ergebnisse lassen einen Rückschluss auf die Lokalisation der Gene der insgesamt sieben untersuchten ribosomalen Proteine zu, die im Plastom mehrerer parasitischer, Plastiden-besitzender Spezies nicht mehr nachweisbar sind. Im Fall von rps15 könnte tatsächlich ein Verlust des Genes stattgefunden haben, im Fall der restlichen Gene ist eher mit einem Transfer in den Nukleus zu rechnen (rpl36 ausgenommen). Dies würde bedeuten, dass die Geschwindigkeit der erfolgreichen Etablierung eines Gentransfers in vielen parasitischen Spezies gegenüber grünen Pflanzen stark erhöht ist. Alle in E. coli nicht-essentiellen Proteine mit Homologen in Plastiden (rps15, rpl33, rpl36) sind auch dort, trotz ~1,5 Milliarden Jahren getrennter Evolution, nicht essentiell. Dieses Ergebnis bestätigt den schon früher festgestellten hohen Konservierungsgrad der bakteriellen und plastidären Translationsmaschinerien. Die Phänotypen der KO-Pflanzen der nicht-essentiellen Gene (rps15, rpl36) weisen auf eine interessante Rolle von S15 während der Ribosomenassemblierung hin und im Fall von L36 auf eine wichtige funktionelle Rolle im Plastiden-Ribosomen sowie auf eine Involvierung der Plastidentranslation in der Generierung eines retrograden Signals, welches die Blattform zu beeinflussen im Stande ist. Des Weiteren konnte eine Verbindung der Translationsaktivität mit der Ausbildung von Seitentrieben hergestellt werden, die vermutlich auf veränderte Auxinsynthese im Chloroplast zurückzuführen ist. Aus dem Folgeprojekt, bei dem Doppel-KO-Pflanzen nicht-essentieller ribosomaler Proteine erzeugt wurden, lässt sich auf eine relativ große Plastizität der Architektur von Plastidenribosomen schließen. Im zweiten Teil der Arbeit konnte erfolgreich ein Hochdurchsatz-Screeningsystem zur semiquantitativen Analyse von 192 verschiedenen miRNAs aus Chlamydomonas reinhardtii etabliert werden. Es gelang durch die Untersuchung von 23 verschiedenen Wachstums- und Stressbedingungen sowie Entwicklungsstadien mehrere miRNAs zu identifizieren, die eine differenzielle Expression zeigen sowie unter allen untersuchten Bedingungen konstant bleibende miRNAs nachzuweisen. Dadurch konnten mehrere vielversprechende Kandidaten-miRNAs ausgemacht werden, die nun eingehender untersucht werden können.
N2  - Plastid genomes of higher plants contain a conserved set of ribosomal protein genes. Although plastid translational activity is essential for cell survival in tobacco (Nicotiana tabacum), individual plastid ribosomal proteins can be nonessential. Candidates for nonessential plastid ribosomal proteins are ribosomal proteins identified as nonessential in bacteria and those whose genes were lost from the highly reduced plastid genomes of nonphotosynthetic plastid-bearing lineages (parasitic plants, apicomplexan protozoa). Here we report the reverse genetic analysis of seven plastid-encoded ribosomal proteins that meet these criteria. We have introduced knockout alleles for the corresponding genes into the tobacco plastid genome. Five of the targeted genes (ribosomal protein of the large subunit22 [rpl22], rpl23, rpl32, ribosomal protein of the small subunit3 [rps3], and rps16) were shown to be essential even under heterotrophic conditions, despite their loss in at least some parasitic plastid-bearing lineages. This suggests that nonphotosynthetic plastids show elevated rates of gene transfer to the nuclear genome. Knockout of two ribosomal protein genes, rps15 and rpl36, yielded homoplasmic transplastomic mutants, thus indicating nonessentiality. Whereas Δrps15 plants showed only a mild phenotype, Δrpl36 plants were severely impaired in photosynthesis and growth and, moreover, displayed greatly altered leaf morphology. This finding provides strong genetic evidence that chloroplast translational activity influences leaf development, presumably via a retrograde signaling pathway. In the second project a qRT-PCR based plattform for the analysis of miRNAs in Chlamydomonas reinhardtii has been developed. 20 different growth conditions have been scanned.
KW  - Chloroplast
KW  - miRNAs
KW  - Plastomevolution
KW  - Parasiten
KW  - Chlamydomonas
KW  - Chloroplast
KW  - miRNA
KW  - Plastome-evolution
KW  - Parasites
KW  - Chlamydomonas
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60393
ER  - 
TY  - THES
A1  - Korn, Ulrike
T1  - Der Einfluss unterschiedlich aggressiver Fusarium culmorum- und Fusarium graminearum-Isolate auf die Schadbildausprägung bei Winterweizen sowie die Möglichkeit der Befallskontrolle mit Mykorrhiza
T1  - Impact of aggressiveness of Fusarium culmorum and Fusarium graminearum isolates on the degree of symptoms as well as the possibility to control Fusarium spp. with mycorrhiza
N2  - Der Einfluss unterschiedlich aggressiver Fusarium culmorum- und F. graminearum-Isolate auf die Schadbildausprägung bei Winterweizen sowie die Möglichkeit der Befallskontrolle mit Mykorrhiza Die durch Pilzarten der Gattung Fusarium spp. hervorgerufene partielle Taubährigkeit ist ein ernstes Problem im weltweiten Weizenanbau. Eine für die Schaderreger günstige feuchte Witterung zum Zeitpunkt der Weizenblüte in Kombination mit befallsfördernden agrotechnischen Maßnahmen löst immer wieder Epidemien aus. Hauptsächlich verursacht durch F. culmorum und F. graminearum führt eine Erkrankung zu Ertrags- und Qualitätseinbußen sowie zu einer Belastung des Ernteguts mit Mykotoxinen, die bereits in niedrigen Konzentrationen toxisch auf den tierischen und menschlichen Organismus wirken. Die am häufigsten vorkommenden Fusarium-Toxine in Weizen sind Deoxynivalenol (DON) und Zearalenon (ZEA). Isolate von F. graminearum- und F. culmorum können in ihrem DON- und ZEA-Bildungsvermögen und ihrem Potential, Nekrosen zu verursachen, stark variieren. In Laborversuchen (in vitro) wurden F. graminearum- und F. culmorum-Isolate hinsichtlich dieser Eigenschaften (hier als Aggressivität bezeichnet) charakterisiert und anschließend wurde im Feldversuch überprüft, ob die in vitro-ermittelte Aggressivität die Schadbildausprägung bei Weizenpflanzen beeinflusst. Nur im ersten Versuchsjahr, das durch hohe Niederschläge gekennzeichnet war, konnte ein Einfluss der Aggressivität und einer zusätzlichen Beregnung im Feldversuch nachgewiesen werden. Die als hoch-aggressiv eingestuften Fusarium-Isolate reduzierten unter dem Einfluss der Beregnung den Ertrag und das Tausendkorngewicht. Die Beregnung führte zu einer Erhöhung des Pilzwachstums und der DON- und ZEA-Produktion. Ein extrem trockener Sommer verhinderte die Infektion der Weizenpflanzen durch die beimpften Fusarium-Isolate und ein anschließendes Pilzwachstum in den Ähren im zweiten Versuchsjahr. Um den Befall von Weizenpflanzen mit Fusarium spp. vorzubeugen, stehen verschiedene pflanzenbauliche Maßnahmen zur Verfügung. Eine Möglichkeit stellen in diesem Zusammenhang die symbiotischen Mykorrhizapilze (MP) dar. Die Pilze sind in der Lage, Pflanzen zu stärken und antagonistisch auf pilzliche Schaderreger zu wirken. Um zu überprüfen, ob MP dazu beitragen könnten, den Befall von Weizenpflanzen mit Fusarium spp. niedrig zu halten, wurden Weizenpflanzen mit MP und Fusarium spp. beimpft und die Auswirkungen der Interaktionen auf die Weizenpflanzen in einem Klimakammer- und einem Feldversuch getestet. In der Klimakammer wurde eine Reduzierung des Fusarium-Befalls nachgewiesen. Die mykorrhizierten Weizenpflanzen wiesen außerdem höhere Photosyntheseraten, höhere Sprosstrockenmassen und mehr Ähren im Vergleich zu den nicht-mykorrhizierten und mit Fusarium-beimpften Weizenpflanzen auf. Insgesamt wurde durch die Mykorrhizierung der negative Einfluss von Fusarium spp. kompensiert. Im Freiland konnte kein Einfluss der MP auf Fusarium spp. beobachtet werden. Im ersten Versuchsjahr führte das Beimpfen der Weizenpflanzen mit MP zu höheren Wurzel- und Sprosstrockenmassen sowie zu höheren Tausendkorngewichten im Vergleich zu den mit Fusarium spp.-beimpften Weizenpflanzen. Im zweiten Versuchsjahr konnte dieses Ergebnis nicht wiederholt werden.
N2  - Impact of aggressiveness of Fusarium culmorum and Fusarium graminearum isolates on the degree of symptoms as well as the possibility to control Fusarium spp. with mycorrhiza Fusarium Head Blight (FHB) is a serious problem worldwide and is mainly caused by Fusarium (F). culmorum and F. graminearum. Humid weather conditions, especially at anthesis and agricultural measures forcing pathogen attack cause epidemics repeatedly. FHB leads to yield and quality losses and also to contamination of harvest with mycotoxins that are toxic to humans and animals already in low concentrations. The most frequently occurring Fusarium toxins in wheat are deoxynivalenol (DON) and zearalenone (ZEA). F. culmorum and F. graminearum isolates can differ in their potential to produce mycotoxins and to cause necrosis. Isolates of these two species were assigned to three different groups of aggressiveness on the basis of mycotoxin production and necrotic activity. Afterwards these isolates were inoculated on wheat in fields to ascertain their aggressiveness on the degree of symptoms. Only in the first year of the trial that was characterized by high precipitation amounts an influence of the aggressiveness and of an additional irrigation could be determined. Influenced by irrigation isolates of high aggressiveness reduced yield and 1000-kernel-weight. Besides, irrigation led to an increase of fungal growth and DON and ZEA production. An extremely dry summer in the second year of the trial prevented wheat infection by Fusarium isolates and subsequent colonization of the ears. Various agricultural measures are available to prevent Fusarium infection. The release of mycorrhizal fungi is one possibility. These fungi are able to strengthen plants and affect fungal pathogens antagonistically. Mycorrhizal fungi and Fusarium isolates were inoculated on wheat plants in climate chamber and fields to determine their potential for pest management. The impact of the interactions of these two organisms on wheat plants was analyzed. In climate chamber a reduction of Fusarium colonization was observed. Furthermore a higher rate of photosynthesis, a higher shoot dry weight and a higher number of ears were detected for the mycorrhizal plants compared to the non-mycorrhizal Fusarium inoculated plants. Altogether the negative effects of Fusarium spp. on the wheat plants were compensated by mycorrhizal colonization. In fields no influence of mycorrhizal colonization on Fusarium spp. could be determined. In the first year of the trial inoculation of wheat plants with mycorrhiza led to higher root and shoot dry weight as well as to higher 1000-kernel-weight in comparison to the wheat plants inoculated with Fusarium spp. These results could not be reproduced in the second year of the trial.
KW  - Fusarium
KW  - Aggressivität
KW  - Mykotoxine
KW  - Arbuskuläre Mykorrhiza
KW  - Weizen
KW  - Fusarium
KW  - aggressiveness
KW  - mycotoxins
KW  - arbuscular mycorrhiza
KW  - wheat
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-62908
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reimann, Manja
T1  - Der Einfluss von diätetisch verabreichten Sojaisoflavonen auf den Homocysteinmetabolismus und die Endothelfunktion bei gesunden, postmenopausalen Frauen
T1  - The impact of soy isoflavones on homocysteine metabolism and endothelial function in healthy postmenopausal women
N2  - Homocystein (tHcy) gilt als unabhängiger kardiovaskulärer Risikofaktor und korreliert eng mit einer endothelialen Dysfunktion, welche nichtinvasiv mittels der flussinduzierten Vasodilatation (FMD) messbar ist. Experimentelle Hyperhomocysteinämie ist mit einer reduzierten Bioverfügbarkeit von endothelialen Stickstoffmonoxid (NO) bei gleichzeitig erhöhten Spiegeln des kompetetiven Inhibitors der NO-Biosynthese asymmetrisches Dimethylarginin (ADMA) assoziiert. In-vivo senkt eine Östrogenbehandlung neben tHcy auch die ADMA-Spiegel und verbessert signifikant die Endothelfunktion. Hinsichtlich ihrer Wirkung als selektive Östrogenrezeptormodulatoren wird angenommen, dass Phytoöstrogene, speziell Sojaisoflavone, ähnliche Effekte hervorrufen. Innerhalb einer europäischen, multizentrischen, doppelblinden Interventionsstudie an 89 gesunden, postmenopausalen Frauen wurde der Einfluss von Sojaisoflavonen auf den Homocysteinmetabolismus, den Blutdruck und die in-vivo Endothelfunktion untersucht. Die cross-over Studie umfasste zwei achtwöchige Interventionsperioden, die von einer gleichlangen Wash-out-Phase unterbrochen waren. Die Zuteilung zum Isoflavon- (50 mg/d) oder Plazeboregime für die erste Interventionsphase erfolgte randomisiert. Endpunkterhebungen fanden jeweils in den Wochen 0 und 8 der Interventionsperioden statt. Die renale Ausscheidung von Genistein, Daidzein und Equol war während der Isoflavonintervention signifikant erhöht (P>0,001). Die Phyoöstrogene hatten weder einen Effekt auf die tHcy-Konzentration (P=0,286), noch auf ADMA, Erythrozytenfolat und Vitamin B-12 (P>0,05) im Plasma. Während die Summe aus Nitrat und Nitrit (NOx), welche die NO-Bioverfügbarkeit reflektiert, im Verlaufe der Plazebobehandlung abfiel, wurde ein leichter Anstieg bei der Isoflavonsupplementation beobachtet (Delta Wo8-Wo0: -2,60 [-8,75; 2,25] vs. 1,00 [-6,65; 7,85] µmol/L P<0,001), was zu einem signifikanten Behandlungseffekt führte. Weiterhin wurde eine positive Korrelation zwischen ADMA und Vitamin B-12 gefunden (R=0,252; P=0,018). Die flussinduzierte Vasodilatation (P=0,716), ein Maß für die Endothelfunktion, blieb durch die Isoflavonbehandlung unbeeinflusst, obwohl sich diese über die Zeit insgesamt verbesserte (P>0,001). Bis auf einen marginalen Anstieg des systolischen Wertes (P=0,032) im Vergleich zur Plazebobehandlung blieb der Blutdruck während der Isoflavonintervention unverändert. Im Gegensatz zu Östrogen übten Sojaisoflavone weder einen Einfluss auf die in-vivo Endothelfunktion noch auf die traditionellen und neuen kardiovaskulären Risikofaktoren den Blutdruck, tHcy und ADMA aus. Demzufolge ist der gesundheitliche Nutzen isolierter Isoflavone hinsichtlich einer Prävention hormonmangelbedingter Erkrankungen in gesunden postmenopausalen Frauen fraglich.
N2  - Homocysteine (tHcy) is a strong and independent risk factor for cardiovascular disease. Hyperhomocysteinemia contributes to endothelial dysfunction as assessed by flow-mediated vasodilation (FMD). The mechanisms by which homocysteine generates endothelial dysfunction remain incompletely understood although a growing body of data suggests that the bioavailability of nitric oxide (NO) is reduced. The principal competitive inhibitor of endothelial NO-synthase asymmetric dimethylarginine (ADMA) may play a central role in homocysteine related dysfunction as it is derived from homocysteine metabolism. Cardiovascular risk factor modification has suggested beneficial effects of estrogen on endothelial function by lowering homocysteine and ADMA levels. We hypothesize that phytoestrogens particular isoflavones act in a similar manner. The effects of soy isoflavones on homocysteine metabolism and endothelial function were investigated within a multi-centre, double blind, cross-over intervention trial in 89 European postmenopausal women. Subjects consumed either fruit cereal bars with or without soy isoflavones (50 mg/d) for 8 weeks each with a 8 weeks washout period in between. Endpoint measurements were during both treatment phases at baseline and weeks 8, respectively.  Urinary phytoestrogens increased significantly after isoflavone intervention (P<0.001). Isoflavone supplementation did affect neither plasma total homocysteine (P=0.286) nor ADMA, vitamin B-12 or folate (P<0.05). Isoflavones had a favorable effect on NO-metabolism assessed by analysis of NO-metabolites (NOx) nitrite and nitrate. While NOx concentration significantly decreased during placebo there was a slight increase after isoflavone supplementation leading to a significant treatment difference (delta wk8-wk0: -2.60 [-8.75; 2.25] vs. 1.00 [-6.65; 7.85] µmol/L P<0.001). There was no association between total homocysteine and ADMA whereas a positive correlation was found for ADMA and vitamin B-12 (R=0.252; P=0.018). The endothelial function model did not demonstrate any difference between either treatment regime (P=0.716), although endothelial function assessed by flow-mediated vasodilation improved in general (P<0.001). A potential adverse effect was noted, with an elevation in systolic blood pressure (P=0.032) whereas diastolic blood pressure and mean arterial pressure remained unaffected. Soy isoflavones did not have beneficial effects on endothelial function as well as on traditional and novel cardiovascular risk factors like plasma homocysteine, blood pressure and ADMA as observed for estrogen treatment. The health benefit of isolated isoflavones in healthy postmenopausal women is questionable.
KW  - Isoflavone
KW  - Homocystein
KW  - Stickstoffmonoxid
KW  - Sojabohne
KW  - Östrogene
KW  - Hormonersatztherapie
KW  - postmenopausal
KW  - asymmetrisches Dimethylarginin
KW  - Endothelfunktion
KW  - endothelabhängige flussinduzierte Vasodilatation
KW  - soy isoflavones
KW  - homocysteine
KW  - asymmetric dimethylarginine
KW  - nitric oxide
KW  - endothelial function
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6233
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fritz, Christina
T1  - Der Einfluß des primären Stickstoffstoffwechsels auf den Aminosäure- und Sekundärstoffwechsel in Nicotiana tabacum L.
T1  - The impact of primary nitrogen metabolism on amino acid and secondary metabolism in Nicotiana tabacum L.
N2  - Es ist bekannt, dass Änderungen im Kohlenstoff- bzw. Stickstoffstaus der Pflanzen zu einer parallelen statt reziproken Änderung der kohlenstoff- und stickstoffhaltigen Primärmetabolite führen. Unter diesem Gesichtspunkt wurden in der vorliegenden Arbeit der Aminosäurestoffwechsel und der Sekundärstoffwechsel unter reduzierten Stickstoffbedingungen untersucht. Zur Beeinflussung des Stickstoffstoffwechsels wurden nitratmangelernährte Tabakwildtyppflanzen und Genotypen mit unterschiedlich stark reduzierter Nitratreduktase-Aktivität verwendet. Dieses experimentelle System erlaubt zusätzlich durch den Vergleich Nitrat defizienter Wildtyppflanzen mit Nitrat akkumulierenden NIA-Transformanten Prozesse zu identifizieren, die durch Nitrat gesteuert werden. Die Analysen der Primär- und Sekundärmetabolite wurde in allen Genotypen diurnal durchgeführt, um auch tageszeitlich abhängige Prozesse zu identifizieren. Die Analyse der absoluten Gehalte aller individuellen Aminosäuren enthüllte bei den meisten erstaunlich stabile diurnale Muster mit einem Anstieg während des Tages und einem Abfall in der Nacht in Wildtyppflanzen gewachsen mit ausreichend Nitrat. Dieses Ergebnis legt die Schlussfolgerung nahe, dass die Biosynthese der Aminosäuren koordiniert abläuft. In Pflanzen mit reduziertem Stickstoffstatus haben diese diurnalen Muster jedoch keinen Bestand. Die Kombination des erzeugten stickstoffbasierten Aminosäuredatensatz in Kombination mit einem bereits erzeugten Aminosäuredatensatz unter kohlenstofflimitierten Bedingungen von Matt et al. (2002) führte durch Hauptkomponentenanalyse (PCA) und Korrelationsanalyse zu dem Ergebnis, dass die Hypothese nach einer koordinierten Aminosäurebiosynthese nicht allgemeine Gültigkeit hat. Die PCA identifizierte Glutamin, Glutamat, Aspartat, Glycin, Pheny-lalanin und Threonin als Faktoren, die den Datensätzen ihre charakteristische Eigenschaft und deren Varianz verleihen. Die Korrelationsanalyse zeigte, dass die sehr guten Korrelationen der individuellen Aminosäuren untereinander in reduzierten Stickstoff- und Kohlenstoffbedingungen sich verschlechtern. Das Verhältnis einer einzelnen Aminosäure relativ zu den anderen führte zur Identifizierung einiger Aminosäuren, die individuelle Antworten auf Stickstoff- und/oder Kohlenstoffstatus zeigen, und/oder speziell auf Nitrat, Licht und/oder den E-nergiestatus der Thylakoidmembran. Glutamat beispielsweise verhält sich in den meisten Situationen stabil, Phenylalanin dagegen zeigt in jeder physiologischen Situation eine individuelle Antwort. Die Ergebnisse dieser Arbeit führen zu einer Erweiterung der Hypothese einer koordinierten Synthese der Aminosäuren dahingehend, dass diese nicht generell für alle Aminosäuren angenommen werden kann. Es gibt einige Aminosäuren deren, Anteile sich situationsbedingt anpassen. Die Reduktion des Stickstoffstatus in nitratmangelernährten Tabakwildtyppflanzen führte zu der, nach der „Carbon-Nutrient-Balance“ Hypothese erwarteten Verlagerung der kohlenstoffreichen Phenylpropanoide und des stickstoffreichen Nikotins. Die Erhöhung der Phenylpropanoidgehalte war nicht in der Nitrat akkumulierenden NIA-Transformante zu beobachten und somit konnte Nitrat als regulatorisches Element identifiziert werden. Ein Einfluss der Vorläufermetabolite konnte ausgeschlossen werden, da sowohl nitratmangelernährter Wildtyp als auch die Nitrat akkumulierende NIA-Transformante ähnliche Gehalte dieser aufwiesen. Genexpressionsanalysen über Mikroarray-Hybridisierung und quantitative RT-PCR zeigten, dass Nitrat durch noch nicht geklärte Mechanismen Einfluss auf die Expression einiger Gene nimmt, die dem Phenylpropanoidstoffwechsels zugeordnet sind. Aus der Arbeit hervorgegangene Veröffentlichungen: Christina Fritz, Natalia Palacios-Rojas, Regina Feil und Mark Stitt (2006) Regulation of Secondary Metabolism by the Carbon-Nitrogen Status in Tobacco: Nitrate Inhibits Large Sectors of Phenylpropanoid Metabolism. Plant Journal 46, 533 - 548 Christina Fritz, Petra Matt, Cathrin Müller, Regina Feil und Mark Stitt (2006) Impact of the Carbon-Nitrogen Status on the Amino Acid Profile in Tobacco Source Leaves. Plant, Cell and Environment 29 (11), 2009 - 2111
N2  - It is known that changes in carbon and nitrogen status of a plant lead to parallel rather than reciprocal changes of carbon and nitrogen containing primary metabolites. Based on this finding the influence of carbon and nitrogen status on the amino acid profile as well as on secondary metabolism was investigated in tobacco. Manipulations of the nitrogen status were carried out in two ways: Tobacco wild type plants were cultivated in nitrogen-replete and nitrogen starved conditions; in addition nitrate accumulating transformants with reduced nitrate reductase (NIA) activity were used. The comparison of the nitrate starved wild type and the nitrate accumulating NIA-transformant allows to distinguish processes which were driven by the nitrogen status of a plant or by nitrate itself. Due to the fact that most primary metabolites have diurnal changes the analysis of primary and secondary metabolites were done at six different time points per day in order to identify diurnal processes. Analysis of the absolute levels of individual amino acids under normal nitrogen supply conditions reveals characteristic diurnal patterns for the majority of amino acids with an increase during the day and a decrease during the night. This result indicates that amino acid biosynthesis might be coordinated. However these diurnal patterns are no longer stable in plants with reduced nitrogen status; furthermore absolute levels of individual amino acids differed over a wide range of concentrations. The hypothesis of a coordinated regulation of amino acid metabolism was further tested by combining this dataset with an amino acid dataset produced under carbon limited conditions (Matt et al., 2002) and applying Principal Component Analysis (PCA) and correlation analysis. Glutamine, glutamate, aspartate, glycine, phenylalanine and threonine were responsible for the clear separation of the different genotypes and experimental conditions in the PCA plot. The data from the correlation analysis show that most of the minor amino acids have very good correlations under carbon and nitrogen sufficient conditions. These correlations became weaker with decreasing carbon and nitrogen status of the plants. These results clearly indicate that a coordinated biosynthesis of amino acids is not a general phenomenon. Comparing the levels of each individual amino acid to the total amino acid pool revealed specific answers of a particular amino acid to carbon and/or nitrogen status, to nitrate and/or light and to energy status of the thylakoid membrane. Glutamate for instance is remarkably stable in most of the conditions and phenylalanine shows an individual response in every situation. From these results it was concluded that the hypothesis of a coordinated biosynthesis of amino acids might be true for some amino acids, but clearly needs to be extended because some amino acids adjust their levels in an individual fashion depending on the external conditions. The reduction of nitrogen status of nitrate starved wild type plants leads to a shift from carbon-rich phenylpropanoids to nitrogen-rich nicotine as predicted by the “carbon-nutrient-balance hypothesis”. Increased phenylpropanoids were not observed in nitrate accumulating NIA-transformants. Therefore nitrate could be identified as a regulatory element in phenyl-propanoid metabolism. A regulatory influence of precursors could be excluded since nitrate starved wild type and NIA-transformant had similar levels. Genexpression analysis via microarry hybridisation and quantitative RT-PCR shows that nitrate acts a transcriptional regulator of genes involved in phenylpropanoid metabolism. The elucidation of this regulatory role of nitrate requires further investigation.
KW  - Nitrat
KW  - Aminosäuren
KW  - sekundäre Pflanzenstoffe
KW  - Stickstoff
KW  - Tabak
KW  - nitrate
KW  - amino acids
KW  - plant secondary metabolites
KW  - nitrogen
KW  - tobacco
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13322
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pfluger, Paul Thomas
T1  - Der Metabolismus der Tocopherole und Tocotrienole
T1  - The metabolism of tocopherols and tocotrienols
N2  - Vitamin E ist der Überbegriff für 4 Tocopherole (α, β, γ und δ) sowie 4 Tocotrienole (α, β, γ und δ), die als gemeinsames Merkmal ein Chromanolringsystem sowie eine gesättigte (Tocopherole) bzw. ungesättigte (Tocotrienole) Seitenkette aufweisen. Neben ihrer antioxidativen Wirkung (Schutz von Membranen vor Lipidperoxidaton) konnten für einige Vitamin E - Formen auch eine Reihe von hochspezifischen, nicht-antioxidativen Wirkungen in vitro nachgewiesen werden. Meist bleibt jedoch unklar, ob ein solcher Effekt auch in vivo, also im Tiermodel oder direkt im Menschen, gefunden werden kann. In erster Linie müsste hierbei geklärt werden, ob die jeweilige Vitamin E - Form auch bioverfügbar, also in für eine Wirkung ausreichender Konzentration im Organismus vorhanden ist, oder aber vorher eliminiert und ausgeschieden wird. In dieser Doktorarbeit wurden deshalb wichtige Grundlagen zum Abbau der Tocopherole und Tocotrienole erarbeitet. • In HepG2-Zellen konnte der Abbau der Tocotrienole mit Hilfe flüssig- sowie gaschromatographischer Analysemethoden vollständig aufgeklärt werden. Wie sich hierbei ergab, verläuft der Abbau weitgehend in Analogie zum Abbau der Tocopherole über eine durch Cytochrom P450 katalysierte initiale ω-Hydroxylierung mit 5 nachfolgenden β-Oxidationsschritten. • In vitro konnten in HepG2 – Zellen die Abbauraten der verschiedenen Vitamin E - Formen bestimmt werden. Dies nahmen in folgender Reihenfolge zu: α-Tocopherol < γ-Tocopherol < α-Tocotrienol < γ-Tocotrienol. • Wie sich mit Hilfe eines mit Cytochrom P450 hochangereicherten Homogenats aus Rattenlebern ergab, stellt die initiale ω-Hydroxylierung einen geschwindigkeitsbestimmenden Schritt des Abbaus dar: α-Tocopherol wurde weit langsamer hydroxyliert als alle anderen Vitamin E – Formen. • Der unterschiedliche Abbau von α-Tocopherol und γ-Tocotrienol konnte auch im Mäuseversuch in vivo bestätigt werden. Nach Fütterung von Mäusen mit α-Tocopherol wurden nur geringe Mengen von α-Tocopherolmetaboliten im Urin der Mäuse gefunden, während nach Applikation von γ-Tocotrienol hohe Konzentrationen der γ-Tocotrienolmetabolite nachgewiesen wurden. In Plasma und Leber wiederum wurden (dem Futtergehalt entsprechende) hohe α-Tocopherolkonzentrationen entdeckt, während γ-Tocotrienol selbst nach hoher Gabe nicht oder nur in Spuren nachweisbar war. In HepG2 – Zellen konnte gezeigt werden, dass γ-Tocotrienol eine cytotoxische Wirkung auf die Hepatocarcinoma-Zelllinie HepG2 entfalten kann, indem durch die Aktivierung der proteolytischen Caspase 3 die Induktion des programmierten Zelltodes (Apoptose) ausgelöst wird. Abschliessend lässt sich festhalten, dass der Körper lediglich das natürliche α-Tocopherol vor dem Abbau bewahrt, die anderen Vitamin E – Formen jedoch als Fremdstoffe behandelt und rapide ausscheidet. Als doppelter Schutz vor Verlust des “wertvollen” α-Tocopherol dienen hierbei das α-Tocopherol Transfer Protein sowie die in dieser Arbeit gefundenen Unterschiede im ersten Schritt des Abbaus, der Cytochrom P450 - katalysierten ω-Hydroxylierung. Beides erklärt die bevorzugte Retention von α-Tocopherol im Organsimus und seine hohe Bioaktivität. Will man deshalb in vitro Ergebnisse anderer Vitamin E – Formen auf die in vivo Situation übertragen, muss man die geringe Bioverfügbarkeit dieser Substanzen berücksichtigen.
N2  - The vitamin E family is comprised of 4 different tocopherols (Toc: α, β, γ, δ) and 4 different tocotrienols (T3: α, β, χ, δ). All share a hydroxychromanol ring and a saturated (Toc) or unsaturated (T3) side chain. Apart from their role as anti-oxidants (protection of membranes from lipid peroxidation), recent attention has focused on novel molecular, non-antioxidative functions. Numerous specific effects of tocopherols and tocotrienols were uncovered by a large variety of in vitro studies, in vivo - based evidence, however, is scarce. Moreover, little information exists on the bioavailabilty of the different vitamin E - forms. To better understand the biological role of the different tocopherols and tocotrienols, this thesis therefore aimed to address the basic but important aspect of tocopherol and tocotrienol metabolism. • In HepG2 cells, the metabolic pathway of α- and γ-T3 could be elucidated by the identification of all intermediary degradation products by using high performance liquid- as well as gas-chromatography. Thus, tocotrienols are degraded in analogy to tocopherols with an initial ω-hydroxylation and 5 subsequent β-oxidation steps. • In vitro (HepG2 cells), tocotrienols were degraded to a larger extent than tocopherols, and γ-Toc to a larger extent than α-Toc. Differences reached two orders of magnitude with α-Toc < γ-Toc < α-T3 < γ-T3. • By using rat liver microsomes that were highly enriched with cytochrome P450 enzymes, the initial ω-hydroxylation was shown to be a rate limiting step in the degradation of vitamin E: α-Toc is hydrolysed to a much smaller extent than all other vitamin E forms. • The differences in vitamin E metabolism were confirmed in vivo using male mice. After supplementation with α-Toc, only little amounts of α-Toc metabolites were found in urine, while oral administration of γ-T3 led to the rapid excretion of large amounts of γ-T3 metabolites. Correspondingly, in plasma and liver α-Toc levels were high but γ-T3 could hardly be detected. • γ-T3 but no other vitamin E – form was shown to be highly cytotoxic for HepG2 cells. Immunohistochemistry stainings revealed that γ-T3 induced apoptosis by activation of the proteolytic caspase 3. To summarize, α-Toc is metabolized to a much smaller extent than all other vitamin E - forms. Both the α-tocopherol transfer protein as well as the here described differences in the ω-hydroxylation rates provide a double protection for the “valuable” α-Toc from degradation. Both phenomena explain the high retention of α-Toc in the organism and its higher bioactivity, compared to other Vitamin E forms. The differences in the metabolism of vitamin E might therefore lead to an inequivalence of biological activities found in vitro vs. in vivo.
KW  - Vitamin E
KW  - CypP450
KW  - Beta-Oxidation
KW  - Omega-Hydroxylierung
KW  - CEHC
KW  - Vitamin E
KW  - CypP450
KW  - Beta-Oxydation
KW  - Omega-Hydroxylation
KW  - CEHC
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-16011
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kamann, Stefanie
T1  - Die Bedeutung von Entzündung und reaktiven Sauerstoffspezies in der Intimahyperplasie
T1  - The role of inflammation and reactive oxygen species in intimal hyperplasia
N2  - Die Restenose stellt ein zentrales Problem der interventionellen Kardiologie dar und ist häufigste Komplikation nach perkutanen Angioplastieverfahren. Hauptursache dieser Wiederverengung des Gefäßes ist die Bildung einer Neointima durch die Proliferation transdifferenzierter vaskulärer glatter Muskelzellen und die Sekretion extrazellulärer Matrix. Die Entstehung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) und die Entzündungsreaktion nach der Gefäßverletzung werden als frühe, die Neointimabildung induzierende Prozesse diskutiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mehrere Projekte bearbeitet, die Aufschluss über die während der Neointimabildung statt findenden Prozesse geben sollen. Mit Hilfe eines Verletzungsmodells der murinen Femoralarterie wurde der Einfluss der Entzündung und der ROS-Bildung auf die Neointimabildung in der Maus untersucht. Die Behandlung mit dem mitochondrialen Superoxiddismutase-Mimetikum MitoTEMPO verminderte die Bildung der Neointima besser, als die Behandlung mit dem globalen ROS-Fänger N-Acetylcystein. Die stärkste Hemmung der Neointimabildung wurde jedoch durch die Immunsuppression mit Rapamycin erreicht. Interferon-γ (INFγ) ist ein wichtiges Zytokin der Th1-Immunantwort, das in Folge der Gefäßverletzung freigesetzt wird und die proinflammatorischen Chemokine CXCL9 (MIG, Monokine Induced by INF), CXCL10 (IP-10, INF inducible Protein of 10 kDa) und CXCL11 (I-TAC, Interferon inducible T cell-Chemoattractant) induziert. CXCL9, CXCL10 und CXCL11 sind Liganden des CXC-Chemokinrezeptors 3 (CXCR3) und locken chemotaktisch CXCR3 positive Entzündungszellen zum Ort der Gefäßverletzung. Daher wurde die spezielle Bedeutung des Chemokins CXCL10 in der Restenose untersucht. Dazu wurden CXCL10-defiziente Mäuse dem Femoralisverletzungsmodell unterzogen und die Gefäße nach 14 Tagen morphometrisch und immunhistologisch untersucht. CXCL10-Defizienz führte in Mäusen zu einer verminderten Neointimabildung, die mit einer verringerten Inflammation, Apoptose und Proliferation im verletzten Gefäß korrelierte. Neben der Inflammation beeinflusst aber auch die Reendothelialisierung der verletzten Gefäßwand die Restenose. Interessanterweise war im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen in den CXCL10-Knockout-Mäusen auch die Reendothelialisierung erheblich verbessert. Offensichtlich ist das CXCR3-Chemokinsystem also in völlig unterschiedliche biologische Prozesse involviert und beeinflusst nicht nur die Bildung der Neoimtima durch die Förderung der Entzündung, sondern auch die Unterdrückung der Reendothelialisierung der verletzten Gefäßwand. Tatsächlich wird der CXCR3 nicht nur auf Entzündungszellen, sondern auch auf Endothelzellen exprimiert. Zur separaten Untersuchung der Rolle des CXCR3 in der Inflammation und der Reendothelialisierung wurde im Rahmen dieser Arbeit damit begonnen konditionelle CXCR3-Knockout-Mäuse zu generieren, in denen der CXCR3 entweder in Entzündungszellen oder in Endothelzellen ausgeschaltet ist. Zum besseren Verständnis der molekularen Mechanismen, mit denen der CXCR3 seine Funktionen vermittelt, wurde zudem untersucht ob dieser mit anderen G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) interagiert. Die Analyse von Coimmunpräzipitaten deutet auf eine Homodimerisierung der beiden CXCR3 Splicevarianten CXCR3A und CXCR3B, sowie auf die Heterodimerbildung von CXCR3A und CXCR3B mit sich, sowie jeweils mit CCR2, CCR3, CCR5 und den Opioidrezeptoren MOR und KOR hin. Die getestete Methode des Fluoreszenz-Resonanz-Energietransfers (FRET) erwies sich jedoch als ungeeignet zur Untersuchung von CXCR3, da dieser in HEK293T-Zellen nicht korrekt transient exprimiert wurde. Insgesamt deuten die Ergebnisse dieser Arbeit darauf hin, dass das CXCR3-Chemokinsystem eine zentrale Rolle in unterschiedlichen, die Neointimabildung beeinflussenden Prozessen spielt. Damit könnten der CXCR3 und insbesondere das Chemokin CXCL10 interessante Zielmoleküle in der Entwicklung neuer verbesserter Therapien zur Verhinderung der Restenose darstellen.
N2  - Restenosis represents a central problem after coronary angioplasty procedures and is caused by intimal hyperplasia, also called neointima, as a result of transdifferentiation, proliferation of vascular smooth muscle cells and secretion of extracellular matrix. Formation of reactive oxygen species (ROS) and inflammation after vascular injury caused by angioplasty are discussed as early inducers of neointima formation. In several projects the processes causing the development of intimal hyperplasia were investigated. First of all, the impact of inflammation and ROS in neointima formation was investigated using the mouse femoral injury model. The mitochondrial superoxide dismutase mimetic mitoTEMPO could reduce neointima formation better than the global ROS scavenger N-acetylcystein. However, the strongest reduction of neointima formation was achieved by the treatment with the immunosuppressant rapamycin. Interferon-γ(INFγ) is a major cytokine of the Th1 immune response. It is released as a result of vessel injury and induces the proinflammatory chemokines CXCL9 (MIG, Monokine Induced by INF), CXCL10 (IP-10, INF inducible Protein of 10 kDa) and CXCL11 (I-TAC, Interferon inducible T-cell-Chemoattractant), which are ligands of the CXC chemokine receptor 3 (CXCR3) and by this chemotactically recruit CXCR3 positive cells to the site of vessel injury. In this work the special role of CXCL10 in restenosis was investigated. Therefore, CXCL10 decient mice underwent the mouse femoral injury model. The vessels were analysed morphometrically and immunohistologically 14 days after injury. CXCL10 deciency lead to decreased neointima formation that correlated with a reduced recruitment of inflammatory cells as well as diminished numbers of apoptotic and proliferating cells at the site of vessel injury. In addition to inflammation the reconstitution of the endothelium has also impact on the development of restenosis. Interestingly reendothelialisation was strongly improved in CXCL10 decient mice compared to wildtype mice. Obviously the CXCR3 chemokine system is involved in different biological prosesses and impairs neointima formation on one hand by the advancement of inflammation and on the other hand by the suppression of reendothelialisation. In fact the CXCR3 is not only expressed on inflammatory cells but also on endothelial cells. To investigate the role of CXCR3 in inflammation and reendothelialisation separatly the generation of conditional CXCR3 knockout mice with a CXCR3 knockout in T-cells or endothelial cells was started in an additional project. For a better understanding of the molecular mechanisms on which the CXCR3 mediates its biological functions the protein-protein interactions of the CXCR3 with other G-protein coupled recteptors (GPCR) was analysed. Coimmunoprecipitation showed homodimerization of the CXCR3 splice variants CXCR3A and CXCR3B, as well as heterodimerization of CXCR3A and CXCR3B with each other and with the chemokine receptors CXCR4, CCR2, CCR3, CCR5 and the opioid receptors MOR and KOR. The additional tested Fluorecence resonance energy transfer (FRET) method proved to be not suitable to measure interactions of CXCR3, since this receptor could not be expressed correctly on the cell surface after transient transfection. To summarise, the results indicate that the CXCR3 chemokine system plays a central role in different processes that mediate neointima formation. Thus, the CXCR3 and especially the chemokine CXCL10 could be interesting therapeutic targets in the development of new or improved treatments to reduce the risk of restenosis.
KW  - Intimahyperplasie
KW  - Neointima
KW  - Reaktive Sauerstoffspezies
KW  - Entzündung
KW  - CXCL10
KW  - Intimal Hyperplasia
KW  - Neointima
KW  - Reactive Oxygen Species
KW  - Inflammation
KW  - CXCL10
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64683
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bröker, Nina Kristin
T1  - Die Erkennung komplexer Kohlenhydrate durch das Tailspike Protein aus dem Bakteriophagen HK620
T1  - Recognition of complex carbohydrates by the tailspike protein from bacteriophage HK620
N2  - Kohlenhydrate stellen aufgrund der strukturellen Vielfalt und ihrer oft exponierten Lage auf Zelloberflächen wichtige Erkennungsstrukturen dar. Die Wechselwirkungen von Proteinen mit diesen Kohlenhydraten vermitteln einen spezifischen Informationsaustausch. Protein-Kohlenhydrat-Interaktionen und ihre Triebkräfte sind bislang nur teilweise verstanden, da nur wenig strukturelle Daten von Proteinen im Komplex mit vorwiegend kleinen Kohlenhydraten erhältlich sind. Mit der vorliegenden Promotionsarbeit soll ein Beitrag zum Verständnis von Protein-Kohlenhydrat-Wechselwirkungen durch Analysen struktureller Thermodynamik geleistet werden, um zukünftig Vorhersagen mit zuverlässigen Algorithmen zu erlauben. Als Modellsystem zur Erkennung komplexer Kohlenhydrate diente dabei das Tailspike Protein (TSP) aus dem Bakteriophagen HK620. Dieser Phage erkennt spezifisch seinen E. coli-Wirt anhand der Oberflächenzucker, der sogenannten O-Antigene. Dabei binden die TSP des Phagen das O-Antigen des Lipopolysaccharids (LPS) und weisen zudem eine hydrolytische Aktivität gegenüber dem Polysaccharid (PS) auf. Anhand von isolierten Oligosacchariden des Antigens (Typ O18A1) wurde die Bindung an HK620TSP und verschiedener Varianten davon systematisch analysiert. Die Bindung der komplexen Kohlenhydrate durch HK620TSP zeichnet sich durch große Interaktionsflächen aus. Durch einzelne Aminosäureaustausche im aktiven Zentrum wurden Varianten generiert, die eine tausendfach erhöhte Affinität (KD ~ 100 nM) im Vergleich zum Wildtyp-Protein (KD ~ 130 μM) aufweisen. Dabei zeichnet sich das System dadurch aus, dass die Bindung bei Raumtemperatur nicht nur enthalpisch, sondern auch entropisch getrieben wird. Ursache für den günstigen Entropiebeitrag ist die große Anzahl an Wassermolekülen, die bei der Bindung des Hexasaccharids verdrängt werden. Röntgenstrukturanalysen zeigten für alle TSP-Komplexe außer für Variante D339N unabhängig von der Hexasaccharid-Affinität analoge Protein- und Kohlenhydrat-Konformationen. Dabei kann die Bindestelle in zwei Regionen unterteilt werden: Zum einen befindet sich am reduzierenden Ende eine hydrophobe Tasche mit geringen Beiträgen zur Affinitätsgenerierung. Der Zugang zu dieser Tasche kann ohne große Affinitätseinbuße durch einen einzelnen Aminosäureaustausch (D339N) blockiert werden. In der zweiten Region kann durch den Austausch eines Glutamats durch ein Glutamin (E372Q) eine Bindestelle für ein zusätzliches Wassermolekül generiert werden. Die Rotation einiger Aminosäuren bei Kohlenhydratbindung führt zur Desolvatisierung und zur Ausbildung von zusätzlichen Wasserstoffbrücken, wodurch ein starker Affinitätsgewinn erzielt wird. HK620TSP ist nicht nur spezifisch für das O18A1-Antigen, sondern erkennt zudem das um eine Glucose verkürzte Oligosaccharid des Typs O18A und hydrolysiert polymere Strukturen davon. Studien zur Bindung von O18A-Pentasaccharid zeigten, dass sich die Triebkräfte der Bindung im Vergleich zu dem zuvor beschriebenen O18A1-Hexasaccharid verschoben haben. Durch Fehlen der Seitenkettenglucose ist die Bindung im Vergleich zu dem O18A1-Hexasaccharid weniger stark entropisch getrieben (Δ(-TΔS) ~ 10 kJ/mol), während der Enthalpiebeitrag zu der Bindung günstiger ist (ΔΔH ~ -10 kJ/mol). Insgesamt gleichen sich diese Effekte aus, wodurch sehr ähnliche Affinitäten der TSP-Varianten zu O18A1-Hexasaccharid und O18A-Pentasaccharid gemessen wurden. Durch die Bindung der Glucose werden aus einer hydrophoben Tasche vier Wassermoleküle verdrängt, was entropisch stark begünstigt ist. Unter enthalpischen Aspekten ist dies ebenso wie einige Kontakte zwischen der Glucose und einigen Resten in der Tasche eher ungünstig. Die Bindung der Glucose in die hydrophobe Tasche an HK620TSP trägt somit nicht zur Affinitätsgenerierung bei und es bleibt zu vermuten, dass sich das O18A1-Antigen-bindende HK620TSP aus einem O18A-Antigen-bindenden TSP evolutionär herleitet. In dem dritten Teilprojekt der Dissertation wurde der Infektionsmechanismus des Phagen HK620 untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass analog zu dem verwandten Phagen P22 die Ejektion der DNA aus HK620 allein durch das Lipopolysaccharid (LPS) des Wirts in vitro induziert werden kann. Die Morphologie und Kettenlänge des LPS sowie die Aktivität von HK620TSP gegenüber dem LPS erwiesen sich dabei als essentiell. So konnte die DNA-Ejektion in vitro auch durch LPS aus Bakterien der Serogruppe O18A induziert werden, welches ebenfalls von dem TSP des Phagen gebunden und hydrolysiert wird. Diese Ergebnisse betonen die Rolle von TSP für die Erkennung der LPS-Rezeptoren als wichtigen Schritt für die Infektion durch die Podoviren HK620 und P22.
N2  - Carbohydrates are important for recognition events because of their diverse structure and their exposition on cell surfaces. Interactions between proteins and carbohydrates mediate a specific exchange of information crucial for manifold biological functions. The energetics of protein-carbohydrate-interactions are not very well understood so far due to the lack of structural data of proteins in complex with extensive oligosaccharides consisting of more than two building blocks. This dissertation improves the understanding of how proteins recognize complex carbohydrates by analysis of structural thermodynamics, which might lead to reliable algorithms for predictions of protein-carbohydrate-interactions. As model system for this work the tailspike protein (TSP) from coliphage HK620 was used. This phage recognizes specifically the surface O-antigen of its E. coli host by its TSP. HK620TSP does not only bind the O-antigen of host lipopolysaccharide (LPS), but also cleaves the polysaccharide (PS) by its endo-N-acetylglusaminidase activity. HK620TSP binds hexasaccharide fragments of this PS with low affinity (KD ~ 130 μM). However, single amino acid exchanges generated a set of high-affinity mutants with submicromolar dissociation constants (KD ~ 100 nM). Strikingly, at room temperature association is driven by enthalpic and entropic contributions emphasizing major solvent rearrangements upon complex formation. Regardless of their affinity towards hexasaccharide the TSP complexes showed only minor conformational differences in crystal structure analysis accept of mutant D339N. The extended sugar binding site can be subdivided into two regions: Firstly, there is a hydrophobic pocket at the reducing end with minor affinity contributions. Surprisingly, access to this site is blocked by a single exchange of aspartate to asparagine (D339N) without major loss in hexasaccharide affinity. Secondly, there is a region where specific exchange of glutamate for glutamine (E372Q) creates a site for an additional water molecule. Upon sugar binding side chain rearrangements lead to displacement of this water molecule and additional hydrogen bonding. Thereby this region of the binding site is defined as the high affinity scaffold. HK620TSP is not only specific for the O18A1-antigen, but also the lacking of the branching glucose in the O18A1-antigen can be tolerated so that the accordant O18A PS can be bound and cleaved by HK620TSP as well. Surprisingly, in binding studies with the smallest O-antigen units of these PS the O18A pentasaccharide was bound by TSP variants with nearly the same affinity or even a slightly increased one compared to the O18A1 hexasaccharide. However, there is a change in thermodynamic contributions to binding: the lack of the glucose moiety leads to a less entropically favored binding compared to binding of O18A1-hexasaccharide (Δ (-TΔS) ~ 10 kJ/mol). In contrast the enthalpic contribution to the binding is more favorable (ΔΔH ~ -10 kJ/mol) for the binding of O18A pentasaccharide. The side-chain glucose contributes to entropy by the release of four water molecules out of a hydrophobic pocket. The binding of this branching glucose is paid by an enthalpic penalty because of the breakup of hydrogen bonding of displaced water molecules and destabilizing contacts between sugar and protein in this hydrophobic pocket. Therefore the binding of the glucose in this pocket does not account for generating affinity and an evolutionary relation of HK620TSP to an O18A-antigen binding protein is presumed. Finally, the infection mechanism of phage HK620 was studied as well. In analogy to the related phage P22 the DNA-ejection could be triggered by incubation of HK620 with the host LPS in vitro. The morphology and chain length of the LPS as well as the activity of HK620TSP towards the LPS are crucial for this in vitro DNA-ejection. Thus, the DNA-ejection could also be induced by LPS from bacteria of serogroup O18A which can be bound and hydrolyzed by HK620TSP. These results stress the role of TSP for the recognition of host LPS-receptors as a crucial step of infection by podoviruses P22 and HK620.
KW  - Strukturelle Thermodynamik
KW  - Tailspike Protein
KW  - Protein-Kohlenhydrat-Interaktion
KW  - bakterielles O-Antigen
KW  - Phage HK620
KW  - structural thermodynamics
KW  - tailspike protein
KW  - carbohydrate interaction
KW  - bacterial O-antigen
KW  - phage HK620
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60366
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schwanhold, Nadine
T1  - Die Funktion und Spezifität der Molybdän-Cofaktor-bindenden Chaperone für die Formiat-Dehydrogenasen aus Escherichia coli und Rhodobacter capsulatus
Y1  - 2018
ER  - 
TY  - THES
A1  - Müller, Mike-Freya
T1  - Die Glutathionperoxidase 2 : physiologische Funktion und Rolle in der Azoxymethan-induzierten Colonkanzerogenese
T1  - The glutathione peroxidase 2 : physiological function and role in azoxymethane-induced colon carcinogenesis
N2  - Das Selenoprotein Glutathionperoxidase 2 (GPx2) ist ein epithelzellspezifisches, Hydroperoxide-reduzierendes Enzym, welches im Darmepithel, vor allem in den proliferierenden Zellen des Kryptengrundes, exprimiert wird. Die Aufrechterhaltung der GPx2-Expression im Kryptengrund auch bei subadäquatem Selenstatus könnte darauf hinweisen, dass sie hier besonders wichtige Funktionen wahrnimmt. Tatsächlich weisen GPx2 knockout (KO)-Mäuse eine erhöhte Apoptoserate im Kryptengrund auf. Ein Ziel dieser Arbeit war es deshalb, die physiologische Funktion der GPx2 näher zu untersuchen. In Kryptengrundepithelzellen aus dem Colon selenarmer GPx2 KO-Mäuse wurde eine erhöhte Caspase 3/7-Aktivität im Vergleich zum Wildtyp (WT) festgestellt. Zudem wiesen diese Zellen eine erhöhte Suszeptibilität für oxidativen Stress auf. Die GPx2 gewährleistet also den Schutz der proliferierenden Zellen des Kryptengrundes auch bei subadäquater Selenversorgung. Des Weiteren wurde im Colon selenarmer (-Se) und -adäquater (+Se) GPx2 KO-Mäuse im Vergleich zum WT eine erhöhte Tumornekrosefaktor α-Expression und eine erhöhte Infiltration von Makrophagen festgestellt. Durch Fütterung einer selensupplementierten Diät (++Se) konnte dies verhindert werden. In GPx2 KO-Mäusen liegt demnach bereits basal eine niedriggradige Entzündung vor. Dies unterstreicht, dass GPx2 vor allem eine wichtige antiinflammatorische Funktion im Darmepithel besitzt. Dem Mikronährstoff Selen werden protektive Funktionen in der Colonkanzerogenese zugeschrieben. In einem Mausmodell der Colitis-assoziierten Colonkanzerogenese wirkte GPx2 antiinflammatorisch und hemmte so die Tumorentstehung. Auf der anderen Seite wurden jedoch auch prokanzerogene Eigenschaften der GPx2 aufgedeckt. Deshalb sollte in dieser Arbeit untersucht werden, welchen Effekt ein GPx2 knockout in einem Modell der sporadischen, durch Azoxymethan (AOM) induzierten, Colonkanzerogenese hat. Im WT kam es in präneoplastischen Läsionen häufig zu einer erhöhten GPx2-Expression im Vergleich zur normalen Darmmucosa. Eine derartige Steigerung der GPx2-Expression wurde auch in der humanen Colonkanzerogenese beschrieben. Das Fehlen der GPx2 resultierte in einer verminderten Entstehung von Tumoren (-Se und ++Se) und präneoplastischen Läsionen (-Se und +Se). Somit förderte GPx2 die Tumorentstehung im AOM-Modell. Acht Stunden nach AOM-Gabe war im GPx2 KO-Colon im Vergleich zum WT eine erhöhte Apoptoserate in der Kryptenmitte (-Se, +Se), nicht jedoch im Kryptengrund oder in der ++Se-Gruppe zu beobachten. Möglicherweise wirkte GPx2 prokanzerogen, indem sie die effiziente Elimination geschädigter Zellen in der Tumorinitiationsphase verhinderte. Eine ähnliche Wirkung wäre auch durch die erhöhte GPx2-Expression in der Promotionsphase denkbar. So könnte GPx2 proliferierende präneoplastische Zellen vor oxidativem Stress, Apoptosen, oder auch der Antitumorimmunität schützen. Dies könnte durch ein Zusammenwirken mit anderen Selenoproteinen wie GPx1 und Thioredoxinreduktasen, für die ebenfalls auch prokanzerogene Funktionen beschrieben wurden, verstärkt werden. Eine wichtige Rolle könnte hier die Modulation des Redoxstatus in Tumorzellen spielen. Die Variation des Selengehalts der Diät hatte im WT einen eher U-förmigen Effekt. So traten in der –Se und ++Se-Gruppe tendenziell mehr und größere Tumore auf, als in der +Se Gruppe. Zusammenfassend schützt GPx2 also die proliferierenden Zellen des Kryptengrundes. Sie könnte jedoch auch proliferierende transformierte Zellen schützen und so die sporadische, AOM-induzierte Colonkanzerogenese fördern. In einem Modell der Colitis-assoziierten Colonkanzerogenese hatte GPx2 auf Grund ihrer antiinflammatorischen Wirkung einen gegenteiligen Effekt und hemmte die Tumorentstehung. Die Rolle der GPx2 in der Colonkanzerogenese ist also abhängig vom zugrunde liegenden Mechanismus und wird maßgeblich von der Beteiligung einer Entzündung bestimmt.
N2  - The selenoprotein glutathione peroxidase 2 (GPx2) is a hydroperoxide-reducing enzyme that is mainly expressed in the gastrointestinal epithelium, especially in the crypt base were the proliferating cells reside. GPx2 expression is maintained even when the selenium supply is limited, which indicates that GPx2 might have an important function in these cells. Indeed, GPx2 knockout (KO)-mice have an enhanced rate of apoptosis in the crypt base. Therefore one aim of this study was to further elucidate the physiological function of the GPx2. Isolated colonic crypt base epithelial cells of selenium deficient GPx2 KO-mice were found to have a higher caspase 3/7 activity than wild type (wt) cells. Moreover they exhibited an enhanced susceptibility for oxidative stress. Thus GPx2 protects the proliferative crypt base cells of the intestine, especially when the selenium supply is limited. Additionally an enhanced expression of tumor necrosis factor α and an enhanced infiltration of macrophages were detected in the colon of GPx2 KO-mice in comparison to the wt. These effects were observed on a selenium deficient (-Se) and -adequate (+Se) diet, but could be prevented by feeding a selenium supplemented (++Se) diet. Accordingly, GPx2 KO-mice have a basal low grade inflammation. This underlines, that GPx2 has an important anti-inflammatory function in the intestinal epithelium. Selenium deficiency is linked to an increased risk of developing colorectal cancer. In a mouse model of colitis-associated colon carcinogenesis, GPx2 had anti-inflammatory and thus anticarcinogenic effects. However, also procarcinogenic functions of the GPx2 have been observed. Therefore, this study aimed to analyse the role of GPx2 in a model of non-inflammation triggered, sporadic colon carcinogenesis induced by azoxymethane (AOM). In preneoplastic lesions of wt mice, an enhanced expression of GPx2 in comparison to the normal mucosa was frequently observed. An upregulation of GPx2 expression has also been described in human colon carcinogenesis. GPx2 KO mice had less tumors (-Se and ++Se) and less preneoplastic lesions (-Se, +Se) than wt mice. Accordingly GPx2 promotes colon carcinogenesis in the AOM-model. Eight hours after AOM-application, a higher rate of apoptosis was observed in the mid-crypt region of the colon of GPx2 ko mice in comparison to wt mice in the –Se and +Se groups, but not in the ++Se group or in the crypt base. Thus GPx2 might act procarcinogenic by preventing the elimination of cells with DNA-damage in the tumor initiation stage. Similarly, the enhanced GPx2-expression in preneoplastic cells could promote tumorigenesis by protecting these cells from oxidative stress, apoptosis or antitumor immunity. This effect might be enhanced by other selenoproteins like GPx1 or thioredoxin reductases that have also been reported to possess procarcinogenic properties and it might be closely related to the regulation of the redox state of tumor cells. In wt mice, the selenium content of the diet turned out to have a rather U-shaped effect on colon carcinogenesis. In the –Se and ++Se groups, wt mice tended to have more and larger tumors than in the ++Se group. In conclusion, GPx2 protects the proliferating cells of the intestinal crypt base, but it could also protect proliferating transformed cells and thus promote sporadic, AOM-induced colon carcinogenesis. In contrast, GPx2 acted anticarcinogenic in a model of colitis-associated colon carcinogenesis due to its antiinflammatory properties. Thus, the role of GPx2 in colon carcinogenesis depends on the underlying mechanisms, especially on the involvement of an inflammation.
KW  - Glutathionperoxidase
KW  - Selen
KW  - Colonkanzerogenese
KW  - Entzündung
KW  - Redox
KW  - glutathione peroxidase
KW  - selenium
KW  - colon carcinogenesis
KW  - inflammation
KW  - redox
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66955
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jurrmann, Nadine
T1  - Die Hemmung der Bildung des Interleukin-1-Rezeptorkomplexes als redoxregulierter antiinflammatorischer Mechanismus
T1  - The inhibition of the Interleukin-1 receptor complex formation as a redox regulated antiinflammatory mechanism
N2  - Das proinflammatorische Zytokin Interleukin-1 (IL-1) spielt eine zentrale Rolle bei Entzündungen und Infektionen. Die zellulären Antworten von IL-1 werden über den IL-1-Rezeptor Typ I (IL-1RI) vermittelt. Adapterproteine und die IL-1RI-assoziierte Kinase IRAK werden nach Ligandenbindung an den Rezeptor rekrutiert. Nach ihrer Phosphorylierung dissoziiert die IRAK vom IL-1RI-Komplex und aktiviert weitere Kinasen, was letztendlich zur Aktivierung von NF-κB und zur Induktion der Transkription von Genen führt. Für eine adäquate Immunantwort ist ein intrazellulärer reduzierter Status von Proteinthiolen essentiell. Vorausgegangene Untersuchungen an der murinen Thymomzelllinie EL-4 zeigten, dass die IL-1-Signalkaskade durch thiolmodifizierende Substanzen wie Menadion (MD) oder Phenylarsinoxid (PAO) gehemmt wird. Eine IL-1-abhängige Aktivierung von IL-1RI-assoziierte Kinasen oder NF-κB fand nicht mehr statt. Ziele dieser Arbeit waren: (i) mögliche Proteine, die für den Angriff von thiolmodifizierenden Agenzien ein Ziel sein könnten, zu identifizieren und (ii) den Einfluss nahrungsrelevanter und redoxaktiver Substanzen auf frühe Ereignisse der IL-1-Signaltransduktion wie der Bildung des IL-1RI-Komplexes zu untersuchen. Als Zellmodell wurden EL-4-Zellen mit stabil überexprimierter IRAK (EL-4<sup>IRAK) verwendet. Um die Bildung des IL-1RI-Komplexes, anschließende Phosphorylierungsereignisse und somit Kinase-Aktivitäten nachzuweisen, wurden Co-Präzipitations-Experimente und in vitro Kinase Tests durchgeführt. Die Markierung von Proteinthiolen erfolgte mit dem thiolspezifischen Reagenz Iodoacetyl-[<sup>125I]-Iodotyrosin ([<sup>125I]-IAIT). Die Vorbehandlung von EL-4<sup>IRAK-Zellen mit MD oder PAO führte zu einer Hemmung der Rekrutierung der IRAK an den IL-1RI und der anschließenden Phosphorylierungen. Zur Identifikation weiterer IL-1RI-assoziierter Proteine wurden IL-1RI-Immunpräzipitate zweidimensional aufgetrennt, Colloidal-Coomassie gefärbte Proteinspots ausgeschnitten und anschließend massenspektrometrisch mittels ESI-Q-TOF analysiert. Bei der Analyse wurden Proteine des Cytoskeletts wie z. B. Actin identifiziert. In Analogie zu den synthetischen Substanzen MD und PAO wurden nahrungsrelevante und redoxaktive Substanzen wie Curcumin (Gelbwurz) und Sulforaphan (Broccoli) eingesetzt, um zu untersuchen, ob sie bereits früh die IL-1-Signaltransduktion beeinflussen. Bislang sind antiinflammatorische Effekte dieser beiden Nahrungsinhaltsstoffe nur auf der Ebene der Zytokin-vermittelten Aktivierung von NF-κB beschrieben. Sowohl Curcumin als auch Sulforaphan blockierten konzentrationsabhängig die Assoziation der IRAK an den IL-1RI in EL-4<sup>IRAK-Zellen, wobei beide Substanzen unterschiedlich wirkten. Curcumin beeinflusste die IRAK-Aktivierung durch direkte Modifikation von Thiolen der IRAK ohne die Bindung von IL-1 mit dem IL-1RI zu beeinträchtigen. Sulforaphan hingegen induzierte auf mRNA- und Proteinebene die Expression von Tollip, welches durch PCR bzw. Western Blot nachgewiesen wurde. Tollip, ein negativer Regulator in TLR/IL-1RI-Signalkaskaden, könnte somit nach Induktion die IRAK-Aktivierung unterdrücken. Die Sulforaphan-abhängige Induktion der Tollip-Expression erfolgte jedoch nicht über Nrf2 und "antioxidant response element" (ARE)-regulierte Transkription, obwohl Sulforaphan ein bekannter Nrf2-Aktivator ist. Diese Ergebnisse veranschaulichen, dass die IRAK ein redoxsensitives Protein ist und für die Bildung des IL-1RI-Komplexes reduzierte Proteinthiole eine Voraussetzung sind. Der Angriffspunkt für die antiinflammatorische Wirkung der beiden Nahrungsbestandteile Curcumin und Sulforaphan ist die Bildung des IL-1RI-Komplexes als ein frühes Ereignis in der IL-1-Signalkaskade. Die Hemmung dieses Prozesses würde die in der Literatur beobachteten Inhibitionen der abwärts liegenden Signale wie die Aktivierung von NF-κB und die Induktion proinflammatorischer Proteine erklären.
N2  - The pro-inflammatory cytokine Interleukin-1 (IL-1) generates cellular responses in infection and inflammation. Effects of IL-1 are mediated by the IL-1-receptor type I (IL-1RI). Following ligand binding the IL-1RI-associated kinase IRAK is recruited to the IL-1RI. After phosphorylation and dissociation of IRAK from the receptor different adapter proteins and kinases are activated finally leading to translocation of NF-κB into the nucleus and induction of gene expression. An intracellular reduced state of cysteine residues (thiols) of proteins is necessary for an appropriate IL-1 response. It was shown recently, that preincubation of murine thymoma EL-4 cells with the thiol modifying agents menadione (MD) or phenylarsine oxide (PAO) completely abolished e. g. the IL-1-induced activation of NF-κB.  The question to answer therefore was: (i) what are the proteins requiring free thiols and (ii) is the complex formation also influenced by dietary compounds exhibiting anti-inflammatory effects and being able to react with thiols in proteins. As a model the EL-4-cell line stably overexpressing IRAK (EL-4<sup>IRAK) was used. Recruitment of IRAK was followed by its co-precipitation with the IL-1RI by means of Western blotting with an IRAK antibody. IRAK phosphorylation was demonstrated by in vitro kinase assays with the co-precipitates. Free thiols of IL-1RI complex-associated proteins were made visible by Iodo-acetyl-[<sup>125I]-Iodotyrosine ([<sup>125I]-IAIT).  By combining these methods with pretreatment of cells with MD or PAO, inhibition of recruitment of IRAK was identified as the first step in the IL-1 signaling cascade sensitive to thiol modification. To detect further redox-sensitive IL-1RI-associated proteins, receptor immunoprecipitates were separated by two dimensional gel electrophoresis and protein spots were analyzed by ESI-Q-TOF. In this way proteins of the cytoskeleton, including actin, were identified.  In addition to the synthetical compounds MD or PAO the effects of dietary agents were investigated on the IL-1 signaling pathway. Curcumin as a component of turmeric and sulforaphane from broccoli have been described to be redox-active and anti-inflammatory by an impairment of late events in IL-1- and Toll-like receptor (TLR) signaling. Increasing doses of curcumin and sulforaphane blocked the recruitment of IRAK to the IL-1RI in EL-4<sup>IRAK cells, but these dietary compounds acted by different mechanisms. Curcumin exerted this inhibition not due to an interference with ligand binding to the receptor, it rather modified protein thiols of IRAK. In contrast, sulforaphane had an indirect effect by an induction of Tollip expression, as shown by mRNA (PCR) and protein (Western blot) analysis. Tollip is known as a negative regulator of IL-1- and TLR-mediated signaling and enhanced expression of Tollip mediated by sulforaphane might therefore inhibit IRAK activation. The induction of Tollip expression was not initiated by Nrf2 and antioxidant response element (ARE)-regulated transcription, which is known to be activated by sulforaphane.  These results demonstrate that IRAK is a redox-sensitive protein and the complex formation requires a reduced state of proteins involved. Curcumin and sulforaphane act anti-inflammatory by blocking IL-1 signaling pathway at the most early step, explaining its inhibitory effect on further downstream events in pro-inflammatory pathways.
KW  - Interleukin-1
KW  - IRAK
KW  - Redoxregulation
KW  - Thiolmodifikation
KW  - Curcumin
KW  - Sulforaphan
KW  - interleukin-1
KW  - IRAK
KW  - redox regulation
KW  - thiol modification
KW  - curcumin
KW  - sulforaphan
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7584
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  - Walter, Monika
T1  - Die parallele beta-Helix der Pektat-Lyase aus Bacillus subtilis : Stabilität, Faltungsmechanismus und Faltungsmutanten
N2  - Die Pektat-Lyasen gehören zu einer Proteinfamilie, die meistens von pflanzenpathogenen Mikroorganismen sekretiert werden. Die Enzyme katalysieren den Abbau von Polygalakturonsäure, einem Hauptbestandteil in  pflanzlichen Mittellamellen und Primärzellwänden. Der Abbau der alpha-1,4-verbrückten Galakturonsäurereste erfogt durch eine beta-Eliminierungsreaktion, dabei entsteht ein Produkt mit einer ungesättigten C4-C5 Bindung am nicht reduzierenden Ende, das durch spektroskopische Messungen beobachtet werden kann. Für die enzymatische Reaktion der Pektat-Lyasen ist Calcium nötig und das pH-Optimum der Reaktion liegt bei pH 8.5. Alle bis jetzt bekannten Strukturen der Pektat- und Pektin-Lyasen haben das gleiche Strukturmotiv - eine rechtsgängige parallele beta-Helix. Die Struktur der Pektat-Lyase aus Bacillus subtilis (BsPel) ist im Komplex mit Calcium gelöst worden. BsPel ist ein monomeres Protein mit einer ungefähren Molekularmasse von 43 kDa, das keine Disulfidbrücken enthält. Dies erlaubte sowohl eine effiziente rekombinante Expression des Wildtypproteins, als auch von destabilisierten Mutanten im Cytoplasma von E. coli. Parallele beta-Helices sind relativ große, jedoch verhältnismäßig einfach aufgebaute Proteine. Um detailliertere Informationen über die kritischen Schritte bei der in vitro-Faltung von parallelen beta-Helices zu erhalten, sollte in der vorliegenden Arbeit versucht werden, den Faltungsmechanismus dieses Proteins näher zu charakterisieren. Dabei sollte vor allem die Frage geklärt werden, welche Wechselwirkungen für die Stabilität dieses Proteins einerseits und für die Stabilität von essentiellen Faltungsintermediaten andererseits besonders wichtig sind.<BR>Rückfaltung von BsPel, ausgehend vom guanidiniumchlorid-denaturierten Zustand, war bei kleinen Proteinkonzentrationen und niedrigen Temperaturen vollständig möglich. GdmCl-induzierte Faltungsübergänge waren aber nicht reversibel und zeigten eine apparente Hysterese. Kinetische Messungen des Fluoreszenz- und CD-Signals im fernen UV ergaben eine extreme Denaturierungsmittelabhängigkeit der Rückfaltungsrate im Bereich des Übergangmittelpunktes. Der extreme Abfall der Rückfaltungsraten mit steigender Denaturierungsmittelkonzentration kann als kooperative  Entfaltung eines essentiellen Faltungsintermediats verstanden werden. Dieses Faltungsintermediat ist temperaturlabil und kann durch den Zusatz Glycerin im Renaturierungspuffer stabilisiert werden, wobei sich die Hysterese verringert, jedoch nicht vollständig aufgehoben wird. Durch reverse Doppelsprungexperimente konnten zwei transiente Faltungsintermediate nachgewiesen werden, die auf zwei parallelen Faltungswegen liegen und beide zum nativen Zustand weiterreagieren können. Fluoreszenzemissionsspektren der beiden Intermediate zeigten, daß beide schon nativähnliche Struktur aufweisen. Kinetische Daten von Prolin-Doppelsprungexperimenten zeigten, daß Prolinisomerisierung den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt in der Reaktivierung des denaturierten Enzyms darstellt. Desweiteren konnte durch Prolin-Doppelsprungexperimenten an Mutanten mit Substitutionen im Prolinrest 281 gezeigt werden, daß die langsame Renaturierung von BsPel nicht durch die Isomerisierung der einzigen cis-Peptidbindung an Prolin 281 verursacht wird, sondern durch die Isomerisierung mehrerer trans-Proline. Die beiden beobachteten transienten Faltungsintermediate sind somit wahrscheinlich zwei Populationen von Faltungsintermediaten mit nicht-nativen X-Pro-Peptidbindungen, wobei sich die Populationen durch mindestens eine nicht-native X-Pro-Peptidbindung unterscheiden.<BR>Der Austausch des Prolinrestes 281 gegen verschiedene Aminosäuren (Ala, Ile, Leu, Phe, Gly) führte zu einer starken Destabilisierung des nativen Proteins und daneben auch zu einer Reduktion in der Aktivität, da die Mutationsstelle in der Nähe der putativen Substratbindetasche liegt. Die Rückfaltungskinetiken der Prolinmutanten war bei 10&#176;C annähernd gleich zum Wildtyp und die geschwindigkeitsbestimmenden Schritte der Faltung waren durch die Mutation nicht verändert. Die durch die Mutation verursachte drastische Destabilisierung des nativen Zustands führte zu einem reversiblen Entfaltungsgleichgewicht bei pH 7 und 10&#176;C. GdmCl-induzierte Faltungsübergänge der Mutante P281A zeigten bei Messungen der Tryptophanfluoreszenzemission und der Aktivität einen kooperativen Phasenübergang mit einem Übergangsmittelpunkt bei 1.1 M GdmCl. Durch die Übereinstimmung der Faltungsübergänge bei beiden Messparametern konnten die Faltungsübergänge nach dem Zwei-Zustandsmodell ausgewertet werden. Dabei wurde eine freie Sabilisierungsenthalpie der Faltung für die Mutante von <nobr>-&nbsp;64.2&nbsp;&#177;&nbsp;0.4&nbsp;kJ/mol</nobr> und eine Kooperativität des Übergangs  von <nobr>-&nbsp;58.2&nbsp;&#177;&nbsp;0.3&nbsp;kJ/(mol&#183;M)</nobr> bestimmt.<BR>  BsPel enthält, wie die meisten monomeren rechtsgängigen parallelen beta-Helix-Proteine, einen internen Stapel wasserstoffverbrückter Asparagin-Seitenketten. Die Mehrheit der erzeugten Mutanten mit Substitutionen im Zentrum der Asn-Leiter (N271X) waren als enzymatisch aktives Protein zugänglich. Die Auswirkung der Mutation auf die Stabilität und Rückfaltung wurde an den Proteinen BsPel-N271T und BsPel-N271A näher analysiert. Dabei führte die Unterbrechung des Asparaginstapels im Inneren der beta-Helix zu keiner drastischen Destabilisierung des nativen Proteins. Allerdings führten diese Mutationen zu einem temperatur-sensitiven Faltungsphänotyp und die Hysterese im Denaturierungsübergang wurde verstärkt. Offenbar wird durch die Unterbrechung des Asparaginstapel ein essentielles, thermolabiles Faltungsintermediat destabilisiert. Der Asparaginstapel wird somit bei der Faltung sehr früh ausgebildet und ist wahrscheinlich schon im Übergangszustand vorhanden.
N2  - Pectate lyases belong to a family of proteins secreted by plant pathogenic microbes. The enzymes cleave alpha-1,4 linked galacturonic acid by a beta-elimination that results in an unsaturated product, which can be quantified spectrophotometrically. Calcium is essential for the activity and the pH-optimum is near 8.5. All known structures of pectate and pectin lyases have the same structural motif - a right handed parallel beta-helix. The structure of pectate lyase from Bacillus subtilis (BsPel) has been solved in complex with calcium. It is a monomeric protein, with a molecular mass of about 43 kDa and without disulfide bonds. This allows its high-yield recombinant expression in the cytoplasm of Escherichia coli. Parallel beta-helices are relative large proteins, however with a simple folding topology. The objective of this work was to characterize the folding mechanism of BsPel. In particular we investigated the role of the interactions of certain residues in the parallel beta-helix for the stability of the native protein and the stability of essential folding intermediates.  Refolding of BsPel was possible at low protein concentrations and low temperature. However, denaturation of BsPel was not freely reversible. De- and renaturation curves showed a large apparent hysteresis. Furthermore, the folding rate constant deduced from fluorescence and circulardichroism measurements showed a very strong dependence on denaturant concentrations near the midpoint of the renaturation transition. This can be explained with a cooperative unfolding of an essential folding intermediate. Upon stabilisation of the temperature-sensitive intermediate by addition of glycerol in the renaturation buffer, the hysteresis is reduced, but does not disappear. Reverse double mixing kinetic experiments have shown that two transient folding intermediates are on the folding pathway. These intermediates are on parallel pathways and both can fold to the native state. Fluorescence emission spectra have shown the native-like structure of both intermediates. Furthermore, data from proline double mixing kinetic experiments revealed that isomerization of peptidyl-prolyl bonds was responsible for the slow kinetics in the reactivation of the enzyme. However, the isomerization of the single cis-peptidyl-prolyl bond at Pro281 was not responsible for the slowest folding phase observed, but rather the isomerization of other trans-peptidyl-prolyl bonds. Thus, both transient folding intermediates observed probably represent two populations of folding intermediates with non-native X-Pro-peptide bonds. The difference of the two populations is at least one non-native X-Pro-peptide bond.  Mutations of the proline 281 against various residues (Ala, Ile, Leu, Phe, Gly) resulted in a strong destabilization of the native protein. Also, the activity of the mutant proteins was strong reduced due to the position of the mutation site near the putative active center of the protein. At 10&#176;C the kinetic folding behavior of the proline mutants was not significant changed. However, the strong destabilization of the native state in the proline mutants resulted in a reversible folding equilibrium at pH 7 and 10&#176;C. The unfolding of the P281A mutant was reversible as determined by fluorescence emission and enzyme activity measurements. The coincidence of these detected transitions is consistent with a two-state equilibrium transition. At pH 7 and 10&#176;C the delta G&#176;(H2O) for folding of P281A was <nobr>-&nbsp;64.2&nbsp;&#177;&nbsp;0.4&nbsp;kJ/mol,</nobr> with a midpoint of the transition at 1.1 M GdmCl and a cooperativity of <nobr>-&nbsp;58.2&nbsp;&#177;&nbsp;0.3&nbsp;kJ/(mol&#183;M).</nobr>  BsPel has an asparagine ladder in turn 2 of the parallel beta-helix with extensive network of side-chain hydrogen bonds between the Asn residues. Such an Asn-ladder is a conserved feature of many monomeric beta-helices crystallized so far. The middle Asn residue (271) was selected and exchanged for various residues. Most of the mutants were expressed at 25&#176;C as soluble and active proteins but with a significant reduction in yield. Mutants N271T and N271A were selected to study the stability and refolding of these proteins in comparison with the wild-type protein. The substitution in the Asn-ladder did not drastically destabilize the native protein, but caused a temperature-sensitive-folding (tsf) phenotype with an increased hysteresis in the de- and renaturation transition curves. In addition, the disruption of the Asn-ladder resulted in destabilization of an essential, thermosensitive folding intermediate. Thus, the Asn-ladder is formed very early during the folding, probably well before the transition state of folding.
KW  - Heubacillus ; Pectat-Lyase ; Helix <beta->
KW  - apparente Hysterese
KW  - parallele rechtsgängige beta-Helix
KW  - Pektat-Lyase
KW  - Peptidyl-Prolyl-cis-trans Isomerisierung
KW  - Proteinfaltung
KW  - temperatur-sensitive
KW  - apparent hysteresis
KW  - cis-trans isomerisation of prolyl-peptide bonds
KW  - parallel beta-helix
KW  - pectate lyase
KW  - protein folding
KW  - temperature sensitive foldi
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000588
ER  - 
TY  - THES
A1  - Scherwinski, Ann-Christin
T1  - Die Phyllosphäre
BT  - eine Reservoir für humaneffektive Bakterien
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Witt, Sandra
T1  - Die Rolle der DGDG Synthase DGD1 bei der Galaktolipid Synthese in den Hüllmembranen von Chloroplasten
T1  - The role of DGDG synthase DGD1 in galactolipid synthesis in the envelopes of chloroplasts
N2  - In den Chloroplasten von höheren Pflanzen sind die Galaktolipide Monogalaktosyldiacylglycerol (MGDG) und Digalaktosyldiacylglycerol (DGDG) die am weitesten verbreiteten Lipide. In dieser Forschungsarbeit wurde die Funktion der DGDG Synthase DGD1, und insbesondere die Funktion des N-terminalen Bereichs dieses Enzyms in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana untersucht. Die Überexpression des N-terminalen Bereichs von DGD1 in WT-Col2 resultierte in einem reduzierten Wachstum, welches sich jedoch von der dgd1-1 Mutante unterschied. Dies legte bereits nahe, dass die Expression von N-DGD1 einen negativen Einfluss auf das Wachstum hat. Durch Studien in einem heterologen E.coli Expressionssystem konnte diese These bestätigt werden. Zellen, die ausschließlich N-DGD1 zusammen mit einer MGD Synthase aus Gurke exprimierten, waren im Wachstum stark beeinträchtigt. Nicht nur der N-terminale Bereich von DGD1, auch der N-terminale Bereich von MGD1 besitzt eine Funktion als Transitpeptid und ist somit ein wichtiger Faktor zur korrekten Lokalisierung des MGD1 Proteins. In dieser Arbeit ist es gelungen, ein Fusionskonstrukt aus N-MGD1 und DGD2 in die dgd1-1 Mutante zu transferieren und damit das reduzierte Wachstum zu komplementieren. Frühere Versuche, ein reduziertes dgd1-1 Wachstum mit DGD2 allein zu komplementieren, scheiterten. Somit gibt dies einen Hinweis darauf, dass N-MGD1 als Transitpeptid fungieren kann. Bindungsstudien zur Interaktion von DGD1 und N-DGD1 Protein zeigten, dass die polaren Lipide MGDG und DGDG in Wechselwirkung mit dem N-terminalen Bereich von DGD1 treten. Bis zum heutigen Zeitpunkt ist nicht erforscht, wie der Transport von DGDG und MGDG zwischen den Hüllmembranen des Chloroplasten erfolgt. Die in dieser Arbeit angefertigen Bindungsstudien konnten Hinweise darauf geben, dass N-DGD1 als eine Art „Antiporter“ fungiert, um MGDG und DGDG zwischen den Hüllmembranen zu transportieren. Weiterhin wurden Bindungsstudien zur Erforschung von Interaktionen der Glykosyltransferasen DGD1, DGD2, MGD1, MGD2 und MGD3 angefertigt. Dabei wurden Wechselwirkungen zwischen den Glykosyltransferasen DGD1, DGD2 und MGD2 detektiert. Interessant ist, dass Hinweise auf eine Dimerbildung bestimmter Enzyme gefunden wurden, so für DGD1 und MGD2. Ein weiterer Ansatz zur Erforschung von Wechselwirkungen von DGD1 Protein mit bis jetzt unbekannten Proteinen war die Expression von DGD1-StrepIITag und DGD1-CTAPTag Fusionsproteinen in dgd1-1 Mutanten. Es wurden für beide Tags transgene Linien generiert, die im Wachstum komplementiert waren und wildtypähnliche Mengen an DGDG akkumulierten. Die Expression der verschiedenen Tags in den Pflanzen war sehr unterschiedlich, wobei der DGD1-CTAP-Tag am stärksten exprimiert war. Mit Pflanzenmaterial dieser Linien kann nun eine Aufreinigung des getaggten Proteins und eventueller Interaktionspartner erfolgen.
N2  - The two galactolipids monogalactosyldiacylglycerol (MGDG) and digalactosyl-diacylglycerol (DGDG) constitute the bulk of membrane lipids in chloroplasts. They play a crucial role in organell development and are important for the functionality of photosynthetic complexes in thylakoids. Two DGDG synthases, DGD1 and DGD2, are found in Arabidopsis, and the two proteins localize to the chloroplast envelope membranes. The dgd1 mutant which contains only 10% of wild type amounts of DGDG shows a dwarf phenotype and reduced photosynthetic capacity. The DGD1 protein consists of two domains. While the C-terminal part is responsible for galactosyltransferase activity, no clear function can be attributed to the N-terminal extension. To study the function of the N-terminal part of DGD1 in chloroplast membrane lipid synthesis, translational fusion proteins harboring different DGDG synthase sequences were introduced into wild type and dgd1 mutant plants and analyzed for changes in lipid content and growth. The dgd1 mutant phenotype was complemented with a full-length DGD1 sequence, but not with DGD2. Interestingly, the chimeric fusion of the N-terminal part of DGD1 with DGD2 did complement the dgd1 growth and lipid deficiency. Over-expression of the N-terminal part of DGD1 in wild type Arabidopsis plants affected growth and resulted in alterations of leaf morphology. However, this phenotype was distinct from that observed for dgd1, because these transgenic plants contain normal amounts of galactolipids, and leaves are not yellowish. In conclusion, these data suggest that the N-terminal region of DGD1 might be important for galactolipid transport across the chloroplast envelope membranes towards the thylakoid membranes. Interaction studies between N-DGD1 Protein and different membrane lipids showed an interaction between N-DGD1 Protein and MGDG and DGDG. Till now not much is known about the transport mechanisms of DGDG and MGDG between the chloroplast envelopes. This work gave some indications, that the N-terminal part of DGD1 is involved in the transport of MGDG and DGDG between the chloroplast envelopes. Furthermore interaction studies were made for the glycosyltransferases DGD1, DGD2 MGD1, MGD2 and MGD3. Interactions between DGD1, DGD2 and MGD2 were observed. Another way for finding interacting proteins of DGD1 was the expression of a DGD1-CTAPTag fusion protein in the dgd1-1 mutant. These transgenic lines contained a high amount of DGD1-CTAPTag protein. With these plants its now possible to analyze interacting partners of DGD1 with help of Tandem Affinity Purification method.
KW  - Galaktolipide
KW  - DGD1
KW  - Lipidsynthese
KW  - Chloroplasten
KW  - galactolipids
KW  - DGD1
KW  - lipid synthesis
KW  - chloroplasts
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-33447
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frenzel, Sabine
T1  - Die Rolle der Umamirezeptoruntereinheit Tas1r1 jenseits ihrer gustatorischen Bedeutung
T1  - The role of the umami receptor subunit Tas1r1 beyond its gustatory importance
BT  - Analyse ihrer Expression und Funktion in nichtgustatorischen Geweben gentechnisch modifizierter Mauslinien
N2  - Aminosäuren sind lebensnotwendige Moleküle für alle Organismen. Ihre Erkennung im Körper ermöglicht eine bedarfsgerechte Regulation ihrer Aufnahme und ihrer Verwertung. Welcher Chemosensor für diese Erkennung jedoch hauptverantwortlich ist, ist bisher unklar. In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle der Umamigeschmacksrezeptoruntereinheit Tas1r1 jenseits ihrer gustatorischen Bedeutung für die Aminosäuredetektion in der Mundhöhle untersucht.
In der histologischen Tas1r1-Expressionsanalyse nichtgustatorischer Gewebe der Mauslinie Tas1r1-Cre/ROSA26-tdRFP wurde über die Detektion des Reporterproteins tdRFP die Expression des Tas1r1 in allen untersuchten Geweben (Speiseröhre, Magen, Darm, Bauchspeicheldrüse, Leber, Niere, Muskel- und Fettgewebe, Milz, Thymus, Lymphknoten, Lunge sowie Hoden) nachgewiesen. Mit Ausnahme von Dünndarm und Hoden gelang hierbei der Nachweis erstmals spezifisch auf zellulärer Ebene. Caecum und Lymphknoten wurden zudem neu als Expressionsorte des Tas1r1 identifiziert.
Trotz der beobachteten weiten Verbreitung des Tas1r1 im Organismus – unter anderem auch in Geweben, die für den Proteinstoffwechsel besonders relevant sind – waren im Zuge der durchgeführten Untersuchung potentieller extraoraler Funktionen des Rezeptors durch phänotypische Charakterisierung der Mauslinie Tas1r1-BLiR nur schwache Auswirkungen auf Aminosäurestoffwechsel bzw. Stickstoffhaushalt im Falle eines Tas1r1-Knockouts detektierbar. Während sich Ernährungsverhalten, Gesamtphysiologie, Gewebemorphologie sowie Futterverdaulichkeit unverändert zeigten, war die renale Stickstoffausscheidung bei Tas1r1-Knockout-Mäusen auf eiweißarmer sowie auf eiweißreicher Diät signifikant verringert. Eine Überdeckung der Auswirkungen des Tas1r1-Knockouts aufgrund kompensatorischer Effekte durch den Aminosäuresensor CaSR oder den Peptidsensor Gpr93 war nicht nachweisbar. Es bleibt offen, ob andere Mechanismen oder andere Chemosensoren an einer Kompensation beteiligt sind oder aber Tas1r1 in extraoralem Gewebe andere Funktionen als die der Aminosäuredetektion übernimmt. Unterschiede im extraoralen Expressionsmuster der beiden Umamirezeptor-untereinheiten Tas1r1 und Tasr3 lassen Spekulationen über andere Partner, Liganden und Funktionen zu.
N2  - Amino acids are important nutrients for each organism. Recognition of amino acids in the body enables an adequate regulation of their absorption and use. Until now, it is ambiguous which chemosensor is mainly responsible for this recognition. In the present work, the role of the umami taste receptor subunit Tas1r1 was examined beyond its gustatory importance for the amino acid detection in the oral cavity.
By a histological expression analysis of non-gustatory tissues of the mouse strain Tas1r1-Cre/ROSA26-tdRFP, Tas1r1 expression has been proven in all of the analysed tissues (oesophagus, stomach, intestine, pancreas, liver, kidney, muscle and fat tissues, spleen, thymus, lymph nodes, lung and testes) via the detection of the reporter protein tdRFP. With the exception of small intestine and testes, the proof succeeded for the first time specifically at the cellular level. Moreover, caecum and lymph nodes were newly identified as expression sites of Tas1r1.
Despite the observed widespread distribution of Tas1r1 in the organism – including tissues which are particularly relevant in protein metabolism – only slight effects on amino acid metabolism and nitrogen balance respectively were detectable in the course of examinations of potentially extraoral functions of the receptor by a phenotypical characterization of the mouse strain Tas1r1-BLiR. The renal nitrogen excretion of Tas1r1 knockout mice on low protein and also high protein diet was significantly reduced, whereas dietary habit, overall physiology, tissue morphology and food digestibility remained unchanged. A superposition of the Tas1r1 knockout impact due to compensatory effects by the amino acid sensor CaSR or the peptide sensor Gpr93 was unverifiable. It remains open whether other mechanisms or chemosensors are involved in compensation or whether Tas1r1 takes over other functions in extraoral tissues than the amino acid detection. Differences in the extraoral expression pattern of the two umami receptor subunits Tas1r1 and Tas1r3 leave room for speculations about other partners, ligands and functions.
KW  - Tas1r1
KW  - Geschmacksrezeptor
KW  - taste receptor
KW  - umami
KW  - umami
KW  - Tas1r1
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-79502
ER  - 
TY  - THES
A1  - Behrens, Verena
T1  - Die Rolle des Glucosetransporters 8 (Slc2a8) in der Regulation der Glucosehomöostase, der Spermienmotilität sowie des Verhaltens
T1  - The physiological role of glucose transporter 8 (Slc2a8) in regulation of glucose homeostasis, sperm motility and behavior
N2  - Der ubiquitär exprimierte, multifunktionale Glucosetransporter GLUT8 gehört zur Klasse III der Familie der passiven Glucosetransporter, die aus insgesamt 14 Proteinen besteht. Die fünf Mitglieder der Klasse IIII unterscheiden sich strukturell leicht von den Mitgliedern der Klasse I und II (Joost und Thorens, 2001). GLUT8 besitzt ein N-terminales Dileucin-Motiv, das Teil eines [DE]XXXL[LI] Motivs ist, welches für die Sortierung des Transporters in späte Endosomen und Lysosomen verantwortlich ist (Augustin et al., 2005). Da bis heute kein Signal identifiziert wurde, das eine Translokation des Transporters zur Plasmamembran auslöst, wird eine intrazelluläre Funktion von GLUT8 vermutet (Widmer et al., 2005). Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die intrazelluläre Funktion des Transporters in der Regulation der Glucosehomöostase des Körpers durch Analyse einer Slc2a8-knockout-Maus untersucht. Die homozygote Deletion des Transporters erbrachte lebensfähige Nachkommen, die sich augenscheinlich nicht von ihren Wildtyp-Geschwistern unterschieden. Allerdings wurde bei Verpaarungen heterozygoter Mäuse eine verminderte Anzahl an Slc2a8-/--Nachkommen beobachtet, die signifikant von der erwarteten Mendel’schen Verteilung abwich. Da Slc2a8 die höchste mRNA-Expression in den Testes aufwies und die Überprüfung der Fertilität mittels verschiedener homozygoter Verpaarungen eine Störung der weiblichen Fortpflanzungsfähigkeit ausschloss, wurden die Spermatozoen der Slc2a8-/--Mäuse eingehender untersucht. Als Ursache für die verringerte Anzahl von Slc2a8-/--Geburten wurde eine verminderte Prozentzahl motiler Slc2a8-/--Spermien ermittelt, die durch eine unzureichende mitochondriale Kondensation in den Spermien bedingt war. Diese Veränderung war mit einem reduzierten mitochondrialen Membranpotential assoziiert, was eine verminderte ATP-Produktion nach sich zog. Somit scheint GLUT8 in den Spermien an einem intrazellulären Transportprozess beteiligt zu sein, der einen Einfluss auf die oxidative Phosphorylierung der Mitochondrien ausübt. Im Gehirn wurde Slc2a8 besonders stark im Hippocampus exprimiert, der in der Regulation von körperlicher Aktivität, Explorationsverhalten, Erinnerungs- und Lernprozessen sowie Angst- und Stressreaktionen eine Rolle spielt. Außerdem wurde GLUT8 im Hypothalamus nachgewiesen, der unter anderem an der Regulation der Nahrungsaufnahme beteiligt ist. Die Slc2a8-/--Mäuse zeigten im Vergleich zu ihren Slc2a8+/+-Geschwistern eine signifikant gesteigerte körperliche Aktivität, die zusammen mit der von Membrez et al. (2006) publizierten erhöhten Zellproliferation im Hippocampus auf eine Nährstoffunterversorgung dieses Areals hindeutet. Die Nahrungsaufnahme war in Abwesenheit von GLUT8 nicht verändert, was zusammen mit dem nur geringfügig niedrigeren Körpergewicht der Slc2a8-/--Mäuse eine Funktion von GLUT8 im Glucose-sensing der Glucose-sensitiven Neurone des Gehirns ausschließt. Das leicht reduzierte Körpergewicht der Slc2a8-/--Mäuse ließ sich keinem bestimmten Organ- oder Gewebetyp zuordnen, sondern schien durch eine marginale Gewichtsreduktion aller untersuchten Gewebe bedingt zu sein. Zusammen mit den erniedrigten Blutglucosespiegeln und der anscheinend gesteigerten Lebenserwartung zeigten die Slc2a8-/--Mäuse Symptome einer leichten Nährstoffunterversorgung. GLUT8 scheint daher am Transport von Zuckerderivaten, die während des lysosomalen/endosomalen Abbaus von Glykoproteinen anfallen, beteiligt zu sein. Die so wiederaufbereiteten Zucker dienen dem Körper offenbar als zusätzliche Energiequelle.
N2  - The family of facilitative glucose transporters consists of 14 different members in human, which are divided into three classes (Joost and Thorens, 2001). The class III family member GLUT8 contains an amino-terminal dileucine sorting signal, which is part of the highly conserved [DE]XXXL[LI] motif responsible for the localization of GLUT8 in lysosomes and late endosomes (Augustin et al., 2005). To date there is no stimulus known, which translocates the transporter to the plasma membrane, therefore an intracellular function rather than at the cell surface is considered (Widmer et al., 2005). The aim of the present dissertation was to analyze the intracellular role of GLUT8 in the regulation of whole body glucose homeostasis, by the characterization of the corresponding knockout mice (Slc2a8-/-). Slc2a8-/- mice were viable and showed no obvious disparity to their wild-type littermates. However, analysis of the offspring distribution of heterozygous mating provided a reduced number of born Slc2a8-/- offspring which differed significantly from the expected Mendelian distribution. Because Slc2a8 mRNA is expressed at highest levels in the testis and the female Slc2a8-/- mice showed no alterations in fertility, we further investigated the function of Slc2a8-/- spermatozoa. An impaired mitochondrial condensation in the Slc2a8-/- spermatozoa, which was associated with decreased ATP levels resulted in a reduced number of motile Slc2a8-/- sperm, which appeared to be responsible for the reduced number of born Slc2a8-/- offspring. Therefore in sperm cells GLUT8 seems to be important for an intracellular transport process, which exerts an influence on the oxidative phosphorylation in the mitochondria. In the brain Slc2a8 is expressed at highest levels in the hippocampus, which is important for the regulation of physical activity, exploration behaviour, memory and learning as well as anxiety related behaviour. Additionally, GLUT8 was detected in the hypothalamus, which is amongst others involved in the regulation of food intake. The Slc2a8-/- mice showed a significant increase in locomotor activity, which indicates a moderate undersupply of the hippocampus area. According to this finding the group of Membrez et al. (2006) observed a raised cell proliferation in the hippocampus of Slc2a8-/- mice. The fact that no alterations in food intake and only a moderate reduction in body weight was detected in Slc2a8-/- mice, indicates that GLUT8 is not important for the hypothalamic glucose sensing. The marginal decreased body weight of the Slc2a8-/- mice appeared to be associated with a slightly reduced weight of different tissues. Together with the lowered blood glucose concentrations and the apparently enhanced lifespan, the Slc2a8-/- mice showed symptoms of a moderate undersupply compareable to caloric restriction. Thus, we hypothesize that GLUT8 is important for the transport of sugar derivatives which arise during lysosomal/endosomal degradation of glycoproteins. These recycled sugars may serve as an additional energy source in the cell.
KW  - Glucosetransport
KW  - GLUT8
KW  - Spermienmotilität
KW  - Verhalten
KW  - Glucosehomöostase
KW  - glucose transport
KW  - GLUT8
KW  - sperm motility
KW  - behavior
KW  - glucose homeostasis
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-36308
ER  -