2024-03-29T10:21:55Zhttps://edoc.hu-berlin.de/oai/request/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/141192020-03-07T04:31:26Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:reporttextPublicationprimusopen_accessddc:570
Untersuchung ökologischer Systeme mit kybernetischen Methoden
Weller, Wolfgang
Natürliche Systeme
ökologische Gemeinschaften
Verhalten
Modellierung
kybernetische Methoden
570 Biologie
ddc:570
Im Rahmen der Life Sciences geraten natürliche und insbesondere lebendige Systeme verstärkt in den Focus. Im vorliegenden Beitrag werden speziell ökologische Systeme als Bestandteil dieser Systemkategorie behandelt. Deren Verhalten wird weitgehend durch ineinander greifende Regelungs- und Adaptionsprozesse bestimmt. Dieses Verhalten wird am Beispiel eines vereinfachten, aus 4 Ebenen bestehenden Ökosystems unter Anwendung kybernetischer Methoden analysiert. Dabei kommen in der Automatisierungstechnik für technische Anwendungen entwickelte Verfahren zum Einsatz.
Not Reviewed
2011-01-20
report
doc-type:report
http://edoc.hu-berlin.de/18452/14119
urn:nbn:de:kobv:11-100180557
http://dx.doi.org/10.18452/13467
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/223122023-10-31T04:00:07Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
From Parts to the Whole
A Whole-Cell Model for Saccharomyces cerevisiae
Hahn, Jens
Klipp, Edda
Dittmar, Gunnar
Brockmann, Dirk
Saccharomyces cerevisiae
Ganzzellmodell
Systembiologie
mathematische Modellierung
Saccharomyces cerevisiae
Whole-cell model
Systems biology
mathematical modeling
570 Biologie
WD 9200
WF 9500
WL 5190
ddc:570
Die Durchführung von Experimenten und das mathematische Modellieren von zellulären Prozessen gehören in der Systembiologie untrennbar zusammen. Das gemeinsame Ziel ist die Aufklärung des Zusammenspiels intrazellulärer Prozesse wie Metabolismus, Genexpression oder Signaltransduktion. Während sich molekularbiologische Untersuchungen mit den molekularen Mechanismen einzelner isolierter Systeme beschäftigen, zielt die Systembiologie auf die Aufklärung der Zusammenhänge ganzer Prozesse und schließlich auch ganzer Zellen ab. Die Verfügbarkeit von umfangreichen Datensätzen und die steigenden Möglichkeiten im Bereich der Computersimulation haben in den letzten Jahren den Weg geebnet, um auch Ganzzellsimulationen nicht mehr unmöglich erscheinen zu lassen. Diese Arbeit stellt das erste eukaryotische Ganzzellmodell der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae vor. Hefe als eukaryotischer Modellorganismus ist hierbei der perfekte Kandidat für die Erstellung eines solchen Modells. Er bietet, als wohl meist erforschter eukaryotischer Einzeller in Verbindung mit der Verfügbarkeit einer großen Menge experimenteller Daten, beste Voraussetzungen zur Erstellung eines solchen Modells. Das Projekt ist hierbei in drei Teile gegliedert: i) Die Erstellung eines modularen Ganzzellmodells das alle zellulären Funktionen wie Zellzyklus, Genexpression, Metabolismus, Transport und Wachstum abbildet. ii) Die Implementation einer spezialisierten Simulationsumgebung in Verbindung mit einer Datenbank, um die Erstellung, Simulation und Parametrisierung von Modulen zu ermöglichen. iii) Die Durchführung von Experimenten, um einen ganzheitlichen Datensatz zu erlangen, der Wachstum, Genexpression und Metabolismus abbildet. Die hier vorgestellte Arbeit liefert nicht nur ein mathematisches Modell, sondern benennt auch die Herausforderungen, die während der Arbeit an einem Ganzzellmodell auftreten und stellt mögliche Lösungsansätze vor.
In systems biology experiments and mathematical modeling are going hand in hand to gain and increase understanding of cellular processes like metabolism, gene expression, or signaling pathways. While molecular biology investigates single isolated parts and molecular mechanisms of cellular processes, systems biology aims at unraveling the whole process and ultimately whole organisms. Today the availability of comprehensive high-throughput data and computational power paved the way to increase the size of analyzed systems to reach the cellular level. This thesis presents the first whole-cell model (WCM) of a eukaryotic cell, the yeast Saccharomyces cerevisiae. This established model organism is the perfect candidate for the implementation of a holistic model based on the available experimental data and the accumulated biological knowledge. The project is split into three parts: i) The creation of a modular functional-complete whole-cell model, combining the processes cell cycle, gene expression, metabolism, transport, and growth. ii) The implementation of a specialized simulation environment and a database to support module creation, simulation, and parameterization. iii) The elicitation of experimental data by conducting an experiment to achieve a comprehensive data set for parameterization, combining growth, metabolic, proteomic, and transcriptomic data. The presented work provides not only a simple mathematical model but also addresses challenges occurring during the development of whole-cell models and names possible solutions and new methodologies required for the creation of WCMs.
2020-07-06
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/22312
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/22312-5
http://dx.doi.org/10.18452/21522
eng
(CC BY-SA 4.0) Attribution-ShareAlike 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/216962020-03-07T05:04:34Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Great Cause—Small Effect: Undeclared Genetically Engineered Orange Petunias Harbor an Inefficient Dihydroflavonol 4-Reductase
Haselmair-Gosch, Christian
Miosic, Silvija
Nitarska, Daria
Roth, Barbara L.
Walliser, Benjamin
Paltram, Renate
Lucaciu, Rares C.
Eidenberger, Lukas
Rattei, Thomas
Olbricht, Klaus
Stich, Karl
Halbwirth, Heidi
Petunia × hybrida
Zea mays
dihydroflavonol 4-reductase
A1 type 2 allele
anthocyanin
pelargonidin
orange flower color
transgenic plant
570 Biologie
ddc:570
A recall campaign for commercial, orange flowering petunia varieties in spring 2017 caused economic losses worldwide. The orange varieties were identified as undeclared genetically engineered (GE)-plants, harboring a maize dihydroflavonol 4-reductase (DFR, A1), which was used in former scientific transgenic breeding attempts to enable formation of orange pelargonidin derivatives from the precursor dihydrokaempferol (DHK) in petunia. How and when the A1 cDNA entered the commercial breeding process is unclear. We provide an in-depth analysis of three orange petunia varieties, released by breeders from three countries, with respect to their transgenic construct, transcriptomes, anthocyanin composition, and flavonoid metabolism at the level of selected enzymes and genes. The two possible sources of the A1 cDNA in the undeclared GE-petunia can be discriminated by PCR. A special version of the A1 gene, the A1 type 2 allele, is present, which includes, at the 3′-end, an additional 144 bp segment from the non-viral transposable Cin4-1 sequence, which does not add any functional advantage with respect to DFR activity. This unequivocally points at the first scientific GE-petunia from the 1980s as the A1 source, which is further underpinned e.g., by the presence of specific restriction sites, parts of the untranslated sequences, and the same arrangement of the building blocks of the transformation plasmid used. Surprisingly, however, the GE-petunia cannot be distinguished from native red and blue varieties by their ability to convert DHK in common in vitro enzyme assays, as DHK is an inadequate substrate for both the petunia and maize DFR. Recombinant maize DFR underpins the low DHK acceptance, and, thus, the strikingly limited suitability of the A1 protein for a transgenic approach for breeding pelargonidin-based flower color. The effect of single amino acid mutations on the substrate specificity of DFRs is demonstrated. Expression of the A1 gene is generally lower than the petunia DFR expression despite being under the control of the strong, constitutive p35S promoter. We show that a rare constellation in flavonoid metabolism—absence or strongly reduced activity of both flavonol synthase and B-ring hydroxylating enzymes—allows pelargonidin formation in the presence of DFRs with poor DHK acceptance.
Peer Reviewed
2018-02-28
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/21696
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/21696-0
10.3389/fpls.2018.00149
http://dx.doi.org/10.18452/20945
1664-462X
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
application/vnd.openxmlformats-officedocument.wordprocessingml.document
image/tiff
image/tiff
image/tiff
image/tiff
image/tiff
image/tiff
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/241192021-10-09T01:12:51Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Artificial Transcription Factors for Tuneable Gene Expression in Pichia pastoris
Naseri, Gita
Prause, Kevin
Hamdo, Housam Haj
Arenz, Christoph
artificial transcription factor
metabolic engineering
Pichia pastoris
Saccharomyces cerevisiae
synthetic biology
570 Biologie
ddc:570
This article was supported by the German Research Foundation (DFG) and the Open Access Publication Fund of Humboldt-Universität zu Berlin.
The non-conventional yeast Pichia pastoris (syn. Komagataella phaffii) has become a powerful eukaryotic expression platform for biopharmaceutical and biotechnological applications on both laboratory and industrial scales. Despite the fundamental role that artificial transcription factors (ATFs) play in the orthogonal control of gene expression in synthetic biology, a limited number of ATFs are available for P. pastoris. To establish orthogonal regulators for use in P. pastoris, we characterized ATFs derived from Arabidopsis TFs. The plant-derived ATFs contain the binding domain of TFs from the plant Arabidopsis thaliana, in combination with the activation domains of yeast GAL4 and plant EDLL and a synthetic promoter harboring the cognate cis-regulatory motifs. Chromosomally integrated ATFs and their binding sites (ATF/BSs) resulted in a wide spectrum of inducible transcriptional outputs in P. pastoris, ranging from as low as 1- to as high as ∼63-fold induction with only small growth defects. We demonstrated the application of ATF/BSs by generating P. pastoris cells that produce β-carotene. Notably, the productivity of β-carotene in P. pastoris was ∼4.8-fold higher than that in S. cerevisiae, reaching ∼59% of the β-carotene productivity obtained in a S. cerevisiae strain optimized for the production of the β–carotene precursor, farnesyl diphosphate, by rewiring the endogenous metabolic pathways using plant-derived ATF/BSs. Our data suggest that plant-derived regulators have a high degree of transferability from S. cerevisiae to P. pastoris. The plant-derived ATFs, together with their cognate binding sites, powerfully increase the repertoire of transcriptional regulatory modules for the tuning of protein expression levels required in metabolic engineering or synthetic biology in P. pastoris.
Peer Reviewed
2021-08-09
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/24119
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/24119-8
10.3389/fbioe.2021.676900
http://dx.doi.org/10.18452/23483
2296-4185
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/263312023-10-31T04:00:08Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570ddc:610
Clonal Expansion and Epigenetic Inheritance Shape Long-Lasting NK cell Memory
Rückert, Timo
Zychlinski, Arturo
Romagnani, Chiara
Chang, Hyun-Dong
Zychlinski, Arturo
Natürliche Killer Zellen
Zytomegalievirus
Immunologisches Gedächtnis
Klonale Selektion
Natural killer cells
Cytomegalovirus
Immunological memory
Clonal selection
570 Biologie
611 Menschliche Anatomie, Zytologie, Histologie
ddc:570
ddc:611
Die Selektion klonal expandierender Zellen mit einzigartigen, somatisch rekombinierten Anti-gen-Rezeptoren und die Langlebigkeit der daraus hervorgehenden Gedächtniszellen sind definierende Eigenschaften adaptiver Immunität. Dahingegen ist das angeborene Immunsystem da-rauf programmiert, mittels einer breiten Palette konservierter Rezeptoren möglichst schnell auf Pathogene zu reagieren und wird dabei auf Populationsebene epigenetisch geprägt. In dieser Arbeit möchte ich dieses Paradigma auf der Basis von Natürlichem Killer (NK) Zell-Gedächtnis an das humane Zytomegalievirus (HCMV) als Beispiel für Pathogen-spezifische Anpassung innerhalb des angeborenen Immunsystems herausfordern. Indem wir multiparametrische Einzel-zellanalysen zur Kartierung von ex vivo NK Zellen mit endogenen Barcodes in Form von soma-tischen Mutationen in mitochondrialer DNA (mtDNA) verknüpfen, können wir drastische klonale Expansionen adaptiver NK Zellen in HCMV+ Spendern nachweisen. NK-Zell-Klonotypen waren durch eine ihnen gemeinsame, inflammatorische Gedächtnissignatur mit AP1 Motiven gekennzeichnet, die eine Reihe einzigartiger Chromatin-Regionen mit Klon-spezifischer Zugänglichkeit überlagerte. NK-Zell-Klone wurden über einen Zeitraum von bis zu 19 Monaten stabil aufrechterhalten und behielten dabei ihre charakteristischen, Klon-spezifischen epigenetischen Signaturen, was die entscheidende Rolle klonaler Vererbung von Chromatin-Zugänglichkeit für die Prägung des epigenetischen Gedächtnis-Repertoires unterstreicht. Insgesamt identifiziert diese Arbeit zum ersten Mal klonale Expansion und Persistenz innerhalb des angeborenen Immunsystems im Menschen und deutet daraufhin, dass diese zentralen Mechanismen zur Ausbildung von immunologischem Gedächtnis evolutionär unabhängig von diversifizierten Antigen-Rezeptoren entstanden sind.
A hallmark of adaptive immunity is the clonal selection and expansion of cells with somatically diversified receptors and their long-term maintenance as memory cells. The innate immune system, in contrast, is wired to rapidly respond to pathogens via a broad set of germline-encoded receptors, acquiring epigenetic imprinting at the population level. The presented work challenges this paradigm by studying Natural Killer (NK) cell memory to human Cytomegalovirus (HCMV) infection as an example of pathogen-specific adaptation within the innate immune system. Leveraging single-cell multi-omic maps of ex vivo NK cells and somatic mitochondrial DNA (mtDNA) mutations as endogenous barcodes, we reveal drastic clonal expansions of adaptive NK cells in HCMV+ individuals. NK cell clonotypes were characterized by a convergent inflammatory memory signature driven by AP1 transcription factor activity, superimposed on a private set of clone-specific accessible chromatin regions. Strikingly, NK cell clones were stably maintained in their specific epigenetic states for up to 19 months, revealing that clonal inheritance of chromatin accessibility shapes the epigenetic memory repertoire. Together, this work presents the first identification of clonal expansion and persistence within the human innate immune system, suggesting these central mechanisms of immune memory have evolved independently of antigen-receptor diversification.
2022-12-09
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/26331
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/26331-3
http://dx.doi.org/10.18452/25451
ger
10.1038/s41590-022-01327-7
(CC BY-SA 4.0) Attribution-ShareAlike 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/196782020-03-07T04:56:25Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Biochemical and structural characterization of the ATP-dependent maturation factor of acetyl-CoA synthase
Gregg, Christina Maria
Eitinger, Thomas
Dobbek, Holger
Hildebrandt, Peter
Acetyl-CoA Synthase
Nickel
Maturationsfaktor
ATPase
acetyl-CoA synthase
nickel
ATPase
maturation factor
572 Biochemie
WD 5070
WD 5100
ddc:572
Acetyl-CoA Synthase (ACS) katalysiert die Reaktion eines Methylkations, Kohlenstoffmonoxid und CoA zu Acetyl-CoA. Das aktive Zentrum von ACS ist ein Ni,Ni-[4Fe4S]-Cluster (A-cluster), in dem zwei Nickel-Ionen mit einem kubanen [4Fe4S]-Cluster verbrückt sind. An der Biosynthese von komplexen Metallclustern sind in der Regel mehrere akzessorische Proteine, auch Maturationsfaktoren genannt, beteiligt. Die Biosynthese des A-Clusters wurde bisher noch nicht genauer untersucht und es war nicht bekannt welche Proteine die Biosynthese des A-Clusters katalysieren. In dieser Arbeit wurde das Protein AcsF als Maturationsfaktor der ACS identifiziert und seine biochemischen und strukturellen Eigenschaften wurden charakterisiert.
AcsF und apoACS aus Carboxydothermus hydrogenoformans bilden einen stabilen Komplex, der zwei Nickel-Ionen binden kann. ApoACS hingegen kann unter den gleichen Bedingungen im Durchschnitt nur weniger als ein Nickel-Ion binden. Der Ni-ACS-AcsF Komplex, an dem zwei Nickel-Ionen gebunden sind, ist katalytisch jedoch nicht aktiv. Erst durch Zugabe von Mg-ATP kann die inaktive Spezies in eine aktive Form überführt werden.
AcsF-Proteine gehören zur gleichen Protein-Familie wie CooC-Proteine, die Maturationsfaktoren der Kohlenstoffmonoxid Dehydrogenase. Ein Sequenzähnlichkeitsnetzwerk konnte zeigen, dass AcsF- und CooC-Proteine jeweils eine eigene Untergruppe in dieser Familie bilden. Die AcsF-Proteine von C. hydrogenoformans und Archaeoglobus fulgidus wurden kristallisiert und deren Kristallstrukturen gelöst. Durch einen Vergleich der Strukturen von AcsF mit den Strukturen von zwei CooC-Proteinen konnte aufgedeckt werden, dass die größten strukturellen Unterschiede zwischen AcsF- und CooC-Proteinen zwischem dem Switch I Motif und dem CXC Motif zu finden sind.
Acetyl-CoA synthase (ACS) catalyzes the reaction of a methyl cation, carbon monoxide and CoA to acetyl-CoA. The active site of ACS is a Ni,Ni-[4Fe4S] cluster (A-cluster), in which two nickel ions are bridged to a cubane-type [4Fe4S] cluster. Usually, several accessory proteins are involved in the biosynthesis of such complex metal clusters. However, the biosynthesis of the A-cluster had not yet been investigated and it was not known which accessory proteins take part in its assembly. In this work, the protein AcsF was identified as a maturation factor of ACS, and its biochemical and structural properties were characterized.
AcsF and apoACS from Carboxydothermus hydrogenoformans form a stabile complex, that can bind two nickel ions. ApoACS alone, on the other hand, binds on average only less than one nickel ion under the same conditions. The Ni-ACS-AcsF complex, that contains two nickel ions, is not active, but the addition of Mg-ATP converts the inactive species into an active form.
AcsF proteins belong to the same protein family as CooC proteins, the maturation factors of carbon monoxide dehydrogenase. A sequence similarity network showed that AcsF and CooC proteins each form their own subgroup within this family. The AcsF proteins from C. hydrogenoformans and Archaeobglobus fulgidus were crystallized and their crystal structures were solved. A comparison of the crystal structures of AcsF proteins with the structures of two CooC proteins revealed that the main structural differences between AcsF and CooC proteins can be found between the switch I motif and the CXC motif.
2018-03-21
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/19678
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/19678-2
http://dx.doi.org/10.18452/18943
eng
10.1074/jbc.M116.731638
10.1515/hsz-2013-0290
(CC BY-NC-ND 3.0 DE) Namensnennung - Nicht-kommerziell - Keine Bearbeitung 3.0 Deutschland
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/183402020-03-07T04:50:18Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Probing sensory perception in multiple dimensions
the development of real-world environment and optical tracking methods for head-fixed mice
Nashaat, Mostafa
Larkum, Matthew
Brecht, Michael
Vida, Imri
virtueller-realität
echten-welt
optischenverfolgung
kopffixierte verthalten.
virtual-reality
real-world
optical tracking
head-fixed behavior.
570 Biologie
32 Biologie
WC 6570
WC 4938
ddc:570
Natürliches Verhalten findet in diversen sensorischen und motorischen Modalitäten statt, und hängt vom sensorischen Feedback ab, welches das Verhalten kontinuierlich anpasst. Um die zu Grunde liegenden neuronalen Korrelate natürlichen Verhaltens untersuchen zu können, ist die Nutzung moderner Aufnahmetechniken notwendig, die oft die Kopffixierung des Tieres erfordern. Diese Einschränkung wurde mit verschiedenen Methoden angegangen, unter anderem mit virtueller Realität in Kombination mit einem luftgelagerten Ball oder Laufradsystemen. Diese Systeme haben jedoch zahlreiche Nachteile. Wir haben das Air-Track-System entwickelt, eine neue Methode für eine leicht zu bauende und nur minimale Computerverarbeitung erfordernde Verhaltensumgebung. Der Air-Track ist ein leichtgewichtiges physisches Labyrinth, das auf einem Lufttisch schwebt und alle Eigenschaften der "echten" Welt hat, einschließlich mehrerer sensorischer Modalitäten, die eng an die motorischen Handlungen gekoppelt sind. Um dieses System zu testen, trainierten wir Mäuse in Go/No-Go- und two-alternative forced choice-Aufgaben. Mäuse wählten Arme und unterschieden. Ein Kamerasystem mit eigens entwickelter Kontrolle zeichnete die Position des Tieres auf und generierte Daten, die zur Berechnung von Reaktionszeiten in den visuellen und somatosensorischen Unterscheidungsaufgaben verwendet werden konnten. Um die Bewegung des Air-Track-Systems aufzuzeichnen, entwickelten wir ein "Pixy"-System zur Bewegungsverfolgung. Wir erweiterten die Entwicklung dann zu einer allgemeinen und automatisierten optischen Methode für die Echtzeit- ebenso wie die nachträgliche Verfolgung der Mausbewegungen, und zwar sowohl für kopffixierte als auch frei bewegliche Tiere. Das Air-Track-System und die Pixy-Bewegungsverfolgung sind zweckdienliche Einheitslösungen, die die Kombination von quantitativem natürlichen Verhalten mit nahezu jedem System zur Aufzeichnung und Manipulation der Hirnaktivität in einem Hirnforschungs-Labor ermöglichen.
Natural behavior occurs in multiple sensory and motor modalities and is dependent on sensory feedback that constantly adjusts behavior. To investigate the underlying neuronal correlates of natural behavior, it is useful to have access to state-of-the-art recording equipment that frequently requires head-fixation. This limitation has been addressed with various approaches such as virtual reality with air ball or treadmill systems. However, these systems have several disadvantages. Here we developed a novel tool, the Air-Track system, an easy to build, head-fixed behavioral environment that requires only minimal computational processing. The Air-Track is a lightweight, physical maze floating on an air table that has all the properties of the “real” world, including multiple sensory modalities tightly coupled to motor actions. To test this system, we trained mice in Go/No-Go and two-alternative forced choice tasks. A custom-controlled camera system monitored animal location, and generated data that could be used to calculate reaction times in the visual and somatosensory discrimination tasks. To track the motion of the Air Track system we developed a “Pixy” tracking system based on an off-the-shelf camera system (Pixy). We then expanded the development into a generalized and automated optical method for real-time and post-hoc tracking of mice motor behavior in both head-fixed and freely moving conditions. Air-Track and Pixy-Tracking systems are convenient “one-size-fits-all” solutions that facilitate the combination of quantitative natural behavior with virtually any system for monitoring or manipulating brain activity in a neuroscience laboratory.
2017-01-17
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/18340
urn:nbn:de:kobv:11-100243772
http://dx.doi.org/10.18452/17688
BV044007417
eng
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Lebenswissenschaftliche Fakultät
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/215602023-10-31T04:00:10Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Photoreceptor engineering
Ziegler, Thea
Möglich, Andreas
allostery
light
optogenetics
protein engineering
sensory photoreceptor
signal transduction
570 Biologie
ddc:570
Sensory photoreceptors not only control diverse adaptive responses in Nature, but as light-regulated actuators they also provide the foundation for optogenetics, the non-invasive and spatiotemporally precise manipulation of cellular events by light. Novel photoreceptors have been engineered that establish control by light over manifold biological processes previously inaccessible to optogenetic intervention. Recently, photoreceptor engineering has witnessed a rapid development, and light-regulated actuators for the perturbation of a plethora of cellular events are now available. Here, we review fundamental principles of photoreceptors and light-regulated allostery. Photoreceptors dichotomize into associating receptors that alter their oligomeric state as part of light-regulated allostery and non-associating receptors that do not. A survey of engineered photoreceptors pinpoints light-regulated association reactions and order-disorder transitions as particularly powerful and versatile design principles. Photochromic photoreceptors that are bidirectionally toggled by two light colors augur enhanced spatiotemporal resolution and use as photoactivatable fluorophores. By identifying desirable traits in engineered photoreceptors, we provide pointers for the design of future, light-regulated actuators.
Peer Reviewed
2015-06-17
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/21560
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/21560-8
10.3389/fmolb.2015.00030
http://dx.doi.org/10.18452/20825
2296-889X
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
image/tiff
image/tiff
image/tiff
image/tiff
image/tiff
image/tiff
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/165782020-03-07T04:41:52Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Synchronisation, resonance and reliability in auditory receptor neurons
Glauser, Samuel
Herz, Andreas V. M.
Ronacher, Bernd
Behrend, Oliver
Rezeptorneurone
Resonanz
Zuverlässigkeit
Heuschrecke
Receptor Neurons
Resonance
Reliability
Locust
570 Biologie
32 Biologie
WW 1660
ddc:570
Diese Dissertation befasst sich mit dem Einfluss von Resonanz und Synchronisation auf die Präzision und die Zuverlässigkeit von Rezeptorneuronen. Präzision von individuellen Neuronen an der Peripherie eines Nervensystems, beispielsweise in sensorischen Neuronen, ist äusserst wichtig für höhere Stufen der Verarbeitung. Verschiedene Formen von Resonanz können dazu führen, dass sich die Präzision eines Neurons erhöht. Hier wird neuronale Timing-Resonanz untersucht: diese kommt vor, wenn ein Neuron für Signale mit Frequenzen um seine Resonanzfrequenz - seiner Feuerrate - Aktionspotentiale (Spikes) mit höherer Präzision produziert, als für andere Frequenzen. Mit Hilfe von elektrophysiologischen Experimenten an auditorischen Rezeptorneuronen der Heuschrecke Locusta migratoria werden Spike-Antworten gewonnen, welche mit verschiedenen Zuverlässigkeitsmassen auf ihre Präzision untersucht werden. Verschiedene auditorische Stimulus-Typen und Stimulus-Parameter werden verwendet, um Kopplungsverhältnisse zwischen der Stimulusfrequenz und der Spike-Antwort und deren Einfluss auf Spike-Zeiten-Zuverlässigkeit, Phasen-Kopplung und Spike-Jitter zu untersuchen. Dabei werden durch Variation der Stimulusamplitude sogenannte Arnold-Zungen sichtbar. Der deutlichste Effekt ist für Stimulusfrequenzen in der Nähe der mittleren Feuerrate zu sehen, wo die Breite der Arnold-Zunge ansteigt, wenn die Stimulusamplitude erhöht wird und erhöhte Werte für die Zuverlässigkeitsmasse vorhanden sind.
This thesis deals with the effect of resonance and synchronisation on the precision and reliability of receptor neurons. Precision of individual neurons at the periphery of a nervous system, for example sensory neurons, is very important for later stages of processing. Different forms of resonance lead to an increase of precision in a neuron. Here, we examine neuronal timing resonance: a neuron produces action potentials (spikes) with greater precision around its resonance frequency - its firing rate - than at other frequencies. By using electrophysiological experiments on auditory receptor neurons of the locust Locusta migratoria, spike responses are generated whose precision is investigated using different reliability measures. Different types of auditory stimuli and stimulus parameters are used to examine locking of the spike response to the frequency of the stimulus, and the influence this locking has on spike time reliability, phase coupling and spike jitter. By varying the stimulus amplitude, so-called Arnold tongues become visible. The most prominent effect is seen for stimulus frequencies around the average firing rate, where the width of the Arnold tongue and the values of the reliability measures increases for increasing stimulus amplitudes.
2009-05-07
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/16578
urn:nbn:de:kobv:11-10098798
http://dx.doi.org/10.18452/15926
HU004415239
eng
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/243522023-10-31T04:00:11Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Computer vision approaches for quantitative analysis of microscopy images
Bahry, Ella
Preibisch, Stephan
Ohler, Uwe
Reber, Simone
Bildanalyse
Computer-Vision
Landmarkendetektion
C. elegans
Deep-Learning
Mikroskopie
Segmentierung
Klassifizierung
Microscopy
Image analysis
Deep learning
C. elegans
Segmentation
classification
landmark detection
570 Biologie
WC 7700
WC 3100
WC 3200
ST 330
ST 300
ddc:570
Mikroskopaufnahmen kompletter Organismen und ihrer Entwicklung ermöglichen die Erforschung ganzer Organismen oder Systeme und erzeugen Datensätze im Terabyte-Bereich. Solche großen Datensätze erfordern die Entwicklung von Computer-Vision-Tools, um Aufgaben wie Erkennung, Segmentierung, Klassifizierung und Registrierung durchzuführen. Es ist wünschenswert, Computer-Vision-Tools zu entwickeln, die nur eine minimale Menge an manuell annotierten Trainingsdaten benötigen. Ich demonstriere derartige Anwendungen in drei Projekte.
Zunächst stelle ich ein Tool zur automatischen Registrierung von Drosophila-Flügeln (verschiedener Spezies) unter Verwendung von Landmarkenerkennung vor, das für die Untersuchung der Funktionsweise von Enhancern eingesetzt wird. Ich vergleiche die Leistung eines Shape-Model-Ansatzes mit der eines kleinen neuronalen Netz bei der Verfügbarkeit von nur 20 Trainingsbeispiele. Beide Methoden schneiden gut ab und ermöglichen eine präzise Registrierung von Tausenden von Flügeln.
Das zweite Projekt ist ein hochauflösendes Zellkernmodell des C. elegans, das aus einem nanometeraufgelösten Elektronenmikroskopiedatensatz einer ganzen Dauerlarve erstellt wird. Diese Arbeit ist der erste Atlas der Dauerdiapause von C. elegans, der jemals erstellt wurde, und enthüllt die Anzahl der Zellkerne in diesem Stadium.
Schließlich stelle ich eine Bildanalysepipeline vor, an der ich zusammen mit Laura Breimann und anderen gearbeitet habe. Die Pipeline umfasst die Punkterkennung von Einzelmolekül-Fluoreszenz-In-situ-Hybridisierung (smFISH), die Segmentierung von Objekten und die Vorhersage des Embryonalstadiums.
Mit diesen drei Beispielen demonstriere ich sowohl generische Ansätze zur computergestützten Modellierung von Modellorganismen als auch maßgeschneiderte Lösungen für spezifische Probleme und die Verschiebung des Feldes in Richtung Deep-Learning.
Microscopy images of entire organisms and their development allows research in whole organisms or systems, producing terabyte scale datasets. Such big datasets require the development of computer vision tools to perform tasks such as detection, segmentation, classification, and registration. It is desirable to develop computer vision tools that require minimal manually annotated training data. I demonstrate such applications in three projects.
First, I present a tool for automatic Drosophila wing (of various species) registration using landmark detection, for its application in studying enhancer function. I compare the performance of a shape model technique to a small CNN requiring only 20 training examples. Both methods perform well, and enable precise registration of thousands of wings.
The second project is a high resolution nucleus model of the C. elegans, constructed from a nanometer-resolved electron microscopy dataset of an entire dauer larva. The nucleus model is constructed using a classical dynamic programing approach as well as a CNN approach. The resulting model is accessible via a web-based (CATMAID) open source and open access resource for the community. I also developed a CATMAID plugin for the annotation of segmentation objects (here, nucleus identity). This work is the first atlas of the C. elegans dauer diapause ever created and unveils the number of nuclei at that stage.
Lastly, I detail an image analysis pipeline I collaborated on with Laura Breimann and others. The pipeline involves single molecule fluorescence in situ hybridization (smFISH) spot detection, object segmentation, and embryo stage prediction. The pipeline is used to study the dynamics of X specific transcriptional repression by condensin in the C. elegans embryo.
With these three examples, I demonstrate both generic approaches to computational modeling of model organisms, as well as bespoke solutions to specific problems, and the shift in the field towards deep learning.
2021-11-23
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/24352
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/24352-9
http://dx.doi.org/10.18452/23657
eng
(CC BY-NC-SA 4.0) Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/211882023-10-31T04:00:11Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Antiproliferative Activity and Molecular Docking of Novel Double-Modified Colchicine Derivatives
Majcher, Urszula
Klejborowska, Greta
Moshari, Mahshad
Maj, Ewa
Wietrzyk, Joanna
Bartl, Franz
Tuszynski, Jack
Huczyński, Adam
colchicine binding site inhibitor
β-tubulin affinity
antimitotic agent
antiproliferative activity
thiocolchicine
570 Biologie
ddc:570
Microtubules are tubulin polymer structures, which are indispensable for cell growth and division. Its constituent protein β-tubulin has been a common drug target for various diseases including cancer. Colchicine has been used to treat gout, but it has also been an investigational anticancer agent with a known antimitotic effect on cells. However, the use of colchicine as well as many of its derivatives in long-term treatment is hampered by their high toxicity. To create more potent anticancer agents, three novel double-modified colchicine derivatives have been obtained by structural modifications in C-4 and C-10 positions. The binding affinities of these derivatives of colchicine with respect to eight different isotypes of human β-tubulin have been calculated using docking methods. In vitro cytotoxicity has been evaluated against four human tumor cell lines (A549, MCF-7, LoVo and LoVo/DX). Computer simulations predicted the binding modes of these compounds and hence the key residues involved in the interactions between tubulin and the colchicine derivatives. Two of the obtained derivatives, 4-bromothiocolchicine and 4-iodothiocolchicine, were shown to be active against three of the investigated cancer cell lines (A549, MCF-7, LoVo) with potency at nanomolar concentrations and a higher relative affinity to tumor cells over normal cells.
Narodowe Centrum Nauki
Peer Reviewed
2018-11-01
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/21188
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/21188-4
10.3390/cells7110192
http://dx.doi.org/10.18452/20419
2073-4409
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/164452020-03-07T04:41:16Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
NF-kappa B programme of dendritic cell activation is affected by vitamin D3
Goncharenko, Mykola
Uckert, Wolfgang
Scheidereit, Claus
Zenke, Martin
Dendritische Zellen
Transkriptionsfaktoren
Zellaktivierung
Genregulation
NF-kappaB
Vitamin D3
Connexin-43
Dendritic cells
cell activation
gene regulation
transcription factors
NF-kappaB
vitamin D3
connexin-43
570 Biologie
32 Biologie
ddc:570
Die Fähigkeit dendritischer Zellen (DC) Immunität zu erzeugen und Antigen-spezifische Toleranz zu induzieren macht DC zu idealen Zielen pharmakologischer Interventionen zur Beeinflussung von Immunreaktionen. NF-kappaB Faktoren sind eine Gruppe von Transkriptionsregulatoren, die für die Entwicklung und Funktion von DC bedeutend sind. Trotz ihrer zentralen Bedeutung für die DC Biologie ist die Identität von NF-kappaB regulierten Genen in DC weitestgehend unbekannt. In der vorliegenden Studie wurde die Hemmung der NF-kappaB Aktivierung durch den IkappaBalpha Super Repressor (IkappaBalpha-SR) und die Analyse der Genexpression durch DNA Microarrays genutzt, um das Repertoire an NF-kappaB regulierten Genen in DC zu ermitteln. Mit diesem Ansatz wurden unter anderem Connexin-43 und Fascin als direkte NF-kappaB regulierte Gene identifiziert. Die Beeinflussung des NF-kappaB Signalwegs wurde als möglicher Weg zur Modifizierung von Immunantworten vorgeschlagen. Es wird vermutet, dass verschiedene immunmoduloratorische Verbindungen wie z.B. Vitamin D3 (VD3) in NF-kappaB vermittelte Immunmechanismen eingreifen. Um die Effekte von VD3 in der Aktivierung von DC zu untersuchen, wurden DNA Microarray Analysen an DC von Mäusen mit mutiertem und wildtyp Vitamin D3 Rezeptor (VDR) durchgeführt und die Beteiligung der VDR vermittelten Repression von NF-kappaB regulierten Genen wie z.B. Connexin-43 untersucht. Die so identifizierten Gene stellen potentielle Ansatzpunkte für die Entwicklung von spezifischeren entzündungshemmenden Medikamenten für die klinische Anwendung dar.
The ability of dendritic cells (DC) to initiate immunity and induce antigen-specific tolerance makes DC ideal targets for pharmacological intervention into immune responses. NF-kappaB factors are a family of transcriptional regulators important for DC development and function. However, the identity of NF-kappaB target genes that are central to DC biology is largely unknown. In the present study, inhibition of the NF-kappaB activation by the IkappaBalpha super repressor (IkappaBalpha-SR) and DNA microarray analysis were used to determine the repertoire of NF-kappaB responsive genes in DC. This approach identified, among others, connexin-43 and fascin as direct NF-kappaB regulated genes. The targeting of the NF-kappaB signalling pathway has been suggested as a useful means to modify immune responses. A number of immunomodulatory compounds, such as vitamin D3 (VD3), are believed to affect NF-kappaB mediated immune mechanisms. Microarray analysis employing vitamin D3 receptor (VDR) mutant and wild-type mice was used to survey the effects of VD3 in DC. In this study, effects of VD3 on the activation of DC are evaluated, and involvement of VDR mediated repression of NF-?B regulated genes, such as connexin-43, is surveyed. Identified genes can be potentially useful targets for the development of more specific anti-inflammatory agents for clinical applications.
2008-07-23
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/16445
urn:nbn:de:kobv:11-10091236
urn:nbn:de:kobv:11-100223882
urn:nbn:de:kobv:11-100223893
http://dx.doi.org/10.18452/15793
HU003441332
eng
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
application/octet-stream
application/octet-stream
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/154472020-03-07T04:36:43Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Bedeutung des ABC-Transporters MRP2/cMOAT/ABCC2 bei der Cisplatinresistenz humaner Tumorzellen
Materna, Verena Waltraut
Herrmann, Andreas
Lage, Hermann
Dreier, Wolfgang
Chemoresistenz
Ribozym
MRP2
cMOAT
ABCC2
Cisplatin
chemoresistance
ribozyme
MRP2
cMOAT
ABCC2
cisplatin
570 Biologie
32 Biologie
XH 3200
ddc:570
Tumorzellen können vielfältige Resistenzmechanismen gegenüber Zytostatika entwickeln. Untersuchungen an drei humanen Tumorzellinien und ihren cisplatinresistenten Varianten zeigten eine Assoziation von erhöhter MRP2-Expression und dem Auftreten von Cisplatinresistenz. Darüberhinaus waren die cisplatinresistenten Zellinien gegenüber Carboplatin kreuzresistent. Um weitere Faktoren im Zusammenhang mit der Cisplatinresistenz zu untersuchen, wurde der Mutationsstatus von p53 und der zelluläre Glutathiongehalt in den Zellinien bestimmt. Der offene Leserahmen von MRP2 aus der cisplatinresistenten Ovarialkarzinomzellinie A2780RCIS wurde für die Transfektion in die cisplatinsensitive Zellinie A2780 genutzt. Die Transfektanten zeigten eine Überexpression von MRP2 und wiesen eine Resistenz gegenüber Cisplatin und Carboplatin auf. Dies konnte in Zellzyklus- und Apoptose-Untersuchungen unter Cisplatinbehandlung gestätigt werden. Durch computergestützte Faltungsanalysen von Abschnitten der MRP2-mRNA wurden zwei potentielle Ribozymschnittstellen ausgewählt. Die konstruierten Anti-MRP2-Hammerhead-Ribozyme RzM1 und RzM2 wurden im zellfreien System auf ihre Schnittaktivität getestet und erwiesen sich als katalytisch aktiv. Es wurden verschiedene kinetische Parameter für RzM1 und RzM2 ermittelt und mit anderen Ribozymen verglichen. Die Ribozyme zeigten eine gute Effektivität bei der Spaltung ihres Zielmoleküls, wobei RzM1 die höhere Effektivität aufwies. Beide Ribozyme wurden auf ihre Wirksamkeit durch Transfektion in die Zellinie A2780RCIS getestet. Die untersuchten Transfektanten zeigten eine geringere Expression von MRP2 auf mRNA- und Proteinebene und wiesen eine verminderte Resistenz gegenüber Cisplatin, Carboplatin, Daunorubicin und Etoposid auf. Die Ribozyme RzM1 und RzM2 waren gleichermaßen für die Expressionsregulierung von MRP2 in Tumorzellen geeignet. In Zellzyklus- und Apoptose-Untersuchungen wurde funktionell bestätigt, daß die A2780RCIS-Anti-MRP2-Ribozym-Transfektanten auf eine Cisplatinbehandlung stärker ansprechen als die cisplatinresistente Ausgangszellinie A2780RCIS. Die Anwendung der Ribozyme RzM1 und RzM2 zur Unterstützung der Chemotherapie von Tumorzellen scheint daher vielversprechend.
Tumour cells can develop a lot of resistance mechanisms against cytostatic drugs. Examinations of three human tumour cell lines and their cisplatinresistant variants showed an association of elevated MRP2 expression and the occurrance of cisplatinresistance. Moreover, the cisplatinresistant cell lines were crossresistant against carboplatin. To examine further factors in context of cisplatinresistance the mutation status of p53 and the cellular glutathione content of the cell lines were determined. The MRP2-open reading frame of the cisplatinresistant ovarian carcinoma cell line A2780RCIS was used for transfection into the cisplatinsensitive cell line A2780. The transfectants showed an overexpression of MRP2 and a resistance against cisplatin and carboplatin. This could be confirmed with analysis of the cell cycle and apoptosis induction after treatment with cisplatin. Using computer aided folding analysis of MRP2 mRNA parts two possible ribozyme cleavage sites were selected. The constructed anti-MRP2 hammerhead ribozymes RzM1 and RzM2 were tested in a cell-free system with respect to their cleavage activities and were found to be catalytic active. Various kinetic parameters of RzM1 and RzM2 were determined and compared with other ribozymes. The ribozymes showed a good effectivity for the substrate cleavage, although RzM1 had the better effectivity. Both ribozymes were tested for their effectiveness after transfection into the cell line A2780RCIS. The transfectants showed a lower MRP2 expression on mRNA and protein level and also a reduced resistance against cisplatin, carboplatin, daunorubicin, and etoposide. The ribozymes RzM1 and RzM2 were both equally suitable for the regulation of MRP2 expression in tumour cells. Analysis of cell cycle and apoptosis induction could confirm functionally the higher sensitivity of the A2780RCIS-anti-MRP2 ribozyme transfectants after treatment with cisplatin in comparison to the cisplatinresistant cell line A2780RCIS. Therefore, the application of the ribozymes RzM1 and RzM2 for the support of cancer chemotherapy seems to be promising.
2002-12-13
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/15447
urn:nbn:de:kobv:11-10018062
urn:nbn:de:kobv:11-10036240
urn:nbn:de:kobv:11-10036257
http://dx.doi.org/10.18452/14795
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
application/octet-stream
application/octet-stream
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/248142023-10-31T04:00:12Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Using modern microscopy and image analysis methods to study dosage compensation in C. elegans
Breimann, Laura
Pombo, Ana
Preibisch, Stephan
Reber, Simone
Chromatin
C. elegans
Transcription
Mikroskopie
FRAP
smFISH
Dosiskompensation
chromatin
C. elegans
transcription
microscopy
FRAP
smFISH
dosage compensation
572 Biochemie
WG 1940
WG 3540
ddc:572
Condensine sind essentiell für die Faltung von Chromatin und wurden auch mit der Transkriptionsregulation in Verbindung gebracht. Der zugrunde liegende Mechanismus für die Transkriptionsregulation ist jedoch unklar. Condensin DC in C. elegans ist ein gutes Modell zur Erforschung der Transkriptionsregulation durch Condensine, da es spezifisch für die Dosiskompensation der Gene auf dem X Chromosom benutzt wird. Condensin DC bindet an beide X Chromosome in C. elegans Hermaphroditen und reduziert deren Transkription um die Hälfte. In meiner Dissertation habe ich untersucht, welche Rolle ein dynamisches Binden von Condensin DC an Chromatin spielt und wie dies die Transkription während der Embryogenese reguliert.
Condensine binden dynamisch an Chromatin, um es zu komprimieren und durch Bildung von Schlaufen die Transkription zu regulieren. Mit Hilfe von „fluorescence recovery after photobleaching“ (FRAP) habe ich in adulten Darmzellen von C. elegans untersucht, welche Faktoren das dynamische Binden von Condensin DC an die X Chromosomen beeinflussen. Meine Daten zeigen, dass sowohl die ATPase-Domäne von Condensin DC, als auch eine nicht-katalytische Aktivität einer Histon-Demethylase die Bindedynamik von Condensin DC beeinflussen und damit Transkription regulieren.
Zusätzlich habe ich mit einem Mikroskopieansatz, der auf dem Nachweis von einzelnen RNA Molekülen beruht (smFISH), die Transkription von mehreren Genen untersucht, die durch Condensin DC während der Embryonalentwicklung reguliert werden. Die aus diesen Daten ermittelten Transkriptionskinetiken deuten darauf hin, dass Condensin DC vorrangig die Häufigkeit der Transkriptionsinitiation reguliert.
Zusammenfassend liefert meine Forschung neue Einblicke in die Transkriptionsregulation durch Condensine und kann als Basis für detailliertere, mechanistische Studien der Rolle von Condensinen in der Transkriptionsregulation in C. elegans und auch in anderen Organismen dienen.
Condensins are essential for chromosome compaction and have been implicated in transcription regulation. The mechanistic foundation of this regulatory function is poorly understood. A clear paradigm to address this question is the X-specific condensin DC in C. elegans, which specifically binds to and transcriptionally represses X chromosomes in XX hermaphrodites by 2-fold. In my thesis, I studied condensin DC binding dynamics to the X chromosome and how condensin DC affects transcription kinetics in single embryos.
The binding of condensins to chromatin has been described in recent microscopy-based studies as dynamic in processes including loop formation, chromatin compaction and transcription regulation. To study the dynamics of condensin DC binding, I established fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) in C. elegans adult intestinal cells. With this method, I studied how the ATPase domain and different histone modifiers regulate the dynamic binding of condensin DC. I found that the ATPase domain is critical for binding of the complex and that the noncatalytic activity of a histone demethylase increases the dynamics of condensin DC binding, which is crucial for its role in transcription regulation.
To further study the mechanism of condensin DC in transcription regulation, I used an imaging approach based on widefield single-molecule RNA fluorescence in situ hybridization (smFISH). I obtained thousands of smFISH images for a set of condensin DC-regulated genes and extracted mature and nascent RNA counts in 3D, which I used to determine transcription burst characteristics throughout embryonic development. My data show that condensin DC regulates the frequency of transcription initiation to down-regulate X-chromosomal genes.
Taken together, my results provide new insight into condensin-mediated transcription regulation, which can be used to inform future studies on the mechanism of condensins in transcription regulation in C. elegans and other organisms.
2022-02-17
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/24814
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/24814-6
http://dx.doi.org/10.18452/23857
eng
(CC BY-NC-SA 4.0) Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/219872020-03-07T05:09:11Zcom_18452_27col_18452_20766textPublicationprimusopen_accessddc:570doc-type:book
Organisms in nature – evolutionary perspective and ecological significance
Fourth international workshop within the project “Land use conflicts and edge effects – a comparative approach”
Zeller, Ulrich
Perry, Gad
Starik, Nicole
Göttert, Thomas
Zeller, Ulrich
Perry, Gad
Starik, Nicole
Göttert, Thomas
ecology
evolution
functional morphology
organismic biology
paleontology
570 Biologie
ddc:570
Between the 9th and 12th of September 2019, the Systematic Zoology Division (Faculty of Life Sciences, Humboldt-Universität zu Berlin) hosted the fourth annual international workshop within the project “Land use contrasts and edge effects – a comparative approach”. The event was entitled “Organisms in nature – evolutionary perspective and ecological significance“. Similar to the previous workshops of the project, the venue was the Linde research station in Brandenburg, Germany. The aim was a mutual reflection about concepts, approaches, results and experiences from a global network of scientists dealing with the topic of organismic biology in a comparative context but through the unifying lens of evolution. Participants represented a broad range of scientific disciplines, such as paleontology, functional morphology, and ecology.
Fourth international workshop within the project “Land use conflicts and edge effects – a comparative approach” - Linde, September 9-12, 2019
2020-03-02
book
doc-type:book
http://edoc.hu-berlin.de/18452/21987
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/21987-8
http://dx.doi.org/10.18452/21181
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/175412020-03-07T04:46:30Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Interaktion zytosolischer Peptidasen und deren Rolle bei der MHC-Klasse-I-Antigenpräsentation des HLA-A2-restingierten HCMV pp65495-503 Epitops
Paschke, Julia
Kloetzel, Peter-Michael
Lockau, Wolfgang
Seifert, Ulrike
Antigenprozessierung
Proteasom
zytosolische Peptidasen
HCMVpp65
antigen processing
proteasome
cytosolic peptidases
HCMVpp65
570 Biologie
32 Biologie
WD 5100
ddc:570
MHC-Klasse-I präsentierte Epitope werden überwiegend durch den proteasomalen Abbau von Poly-Ubiquitin markierten Proteinen und defekten ribosomalen Produkten (DRiPs) generiert. Die post-proteasomale Prozessierung durch zytosolische Exo- und Endopeptidasen führt jedoch hauptsächlich zur Epitop-Zerstörung und nur ein sehr geringer Anteil der Peptide entkommt der Degradation. Bisher ist noch unklar, wie die enzymatischen Aktivitäten des heterogenen Peptidase-Pools im Zytosol die finale Epitop-Prozessierung beeinflussen. In der vorliegenden Arbeit wurden heteromere Interaktionen von zytosolischen Peptidasen analysiert und ihre Wirkung auf die Prozessierung und Präsentation von proteasomal generier-ten Vorläuferpeptiden in Bezug auf die HCMVpp65495-503 Epitop-Generierung untersucht. Glycerolgradientenzentrifugationen und Immunpräzipitationsexperimente zeigten, dass die zytosolischen Peptidasen Nardilysin (NRDc) und Aminopeptidase-B (AP-B) in den gleichen Fraktionen sedimentieren und zu heteromeren Komplexen interagieren. Die siRNA- abhängige Reduktion der Proteinexpression beider Peptidasen hatte einen positiven Effekt auf die HCMVpp65 spezifische CTL-Antwort. Demnach vermindert der Peptidase-Komplex die HCMVpp65-spezifische Epitop-Präsentation auf der Zelloberfläche. Im Gegensatz dazu bewirkte ein in vitro rekonstituierter trimerer Peptidase-Komplex jedoch die verstärkte HCMVpp65 Epitop-Generierung aus einem proteasomal generierten Vorläuferpeptid. Auf der anderen Seite führte gereinigte AP-B zu der anhaltenden Zerstörung des Epitops. Die Ergeb-nisse deuten somit darauf hin, dass sowohl einzelne als auch verschiedene Interaktionen von zytosolischen Peptidasen die Prozessierung und Präsentation des HCMVpp65-Epitops unterschiedlich modulieren und somit die HCMVpp65-spezifische antivirale Immunantwort beeinflussen.
MHC class I presented antigens are generated by the degradation of poly- ubiquitinated pro-teins and defective ribosomal products (DRiPs) by a major protease, the 26S proteasome. However, the post- proteasomal processing by cytosolic exo-and endopeptidases mainly leads to epitope destruction and only a very small proportion of the peptides escape degradation. So far, it is still unclear how the enzymatic activity of the heterogeneous pool of peptidases in the cytosol affects final epitope processing and therewith immune response. In the present work heteromeric interactions of cytosolic peptidases and their effect on pro-cessing and presentation of proteasomal generated peptides were analysed with regard to HCMVpp65495-503 epitope generation. Glycerol gradient centrifugation and immunoprecipitation experiments indicate that the cyto-solic peptidases Nardilysine (NRDc) and Aminopeptidase B (AP-B) sediment in the same fractions and interact to heteromeric complexes. The siRNA dependent reduction of protein expression of these two peptidases had a positive effect on the HCMVpp65 specific CTL re-sponse. Thus the peptidase complex reduces HCMVpp65 epitope presentation on the cell sur-face possibly due to epitope destruction. In contrast to the findings of the CTL assays, an in vitro reconstituted trimeric peptidase complex resulted in the increased generation of HCMVpp65 epitopes from a proteasomal generated peptide precursor. On the other hand pu-rified AP-B led to the ongoing destruction of the epitope. The findings obtained show that single cytosolic peptidases and various interactions of cytosolic peptidases regulate the pro-cessing and presentation of the HCMVpp65 epitope differently, thereby influencing the HCMV-specific antiviral immune response.
2014-01-20
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17541
urn:nbn:de:kobv:11-100215298
http://dx.doi.org/10.18452/16889
BV041618694
ger
Namensnennung
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/284842023-11-30T02:00:10Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Multiple-trait QTL mapping for body and organ weights in a cross between NMRI8 and DB/2 mice
Neuschl, Christina
Brockmann, Gudrun A
Knott, Sara
570 Biologie
ddc:570
This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.
Multiple-trait analyses have been shown to improve the detection of quantitative trait loci (QTLs) with multiple effects. Here we applied a multiple-trait approach on obesity- and growth-related traits that were surveyed in 275 F2 mice generated from an intercross between the high body weight selected line NMRI8 and DBA/2 as lean control. The parental lines differed 2·5-fold in body weight at the age of 6 weeks. Within the F2 population, the correlations between body weight and weights of abdominal fat weight, muscle, liver and kidney at the age of 6 weeks were about 0·8. A least squares multiple-trait QTL analysis was performed on these data to understand more precisely the cause of the genetic correlation between body weight, body composition traits and weights of inner organs. Regions on Chr 1, 2, 7 and 14 for body weights at different early ages and regions on Chr 1, 2, 4, 7, 14, 17 and 19 for organ weights at 6 weeks were found to have significant multiple effects at the genome-wide level.
Peer Reviewed
2007-05-22
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/28484
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/28484-6
http://dx.doi.org/10.18452/27838
1469-5073
10.1017/S001667230700852X
eng
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/239162023-10-31T04:00:14Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
The Arabidopsis AAC Proteins CIL and CIA2 Are Sub-functionalized Paralogs Involved in Chloroplast Development
Li, Mingjiu
Ruwe, Hannes
Melzer, Michael
Junker, Astrid
Hensel, Goetz
Tschiersch, Henning
Schwenkert, Serena
Chamas, Sindy
Schmitz‐Linneweber, Christian
Börner, Thomas
Stein, Nils
Arabidopsis thaliana
CCT domain
chloroplast development
chloroplast development
chloroplast translation
Hordeum vulgare
paralogous genes
photosynthesis
ribosomal RNA processing
570 Biologie
ddc:570
The Arabidopsis gene Chloroplast Import Apparatus 2 (CIA2) encodes a transcription factor that positively affects the activity of nuclear genes for chloroplast ribosomal proteins and chloroplast protein import machineries. CIA2-like (CIL) is the paralogous gene of CIA2. We generated a cil mutant by site-directed mutagenesis and compared it with cia2 and cia2cil double mutant. Phenotype of the cil mutant did not differ from the wild type under our growth conditions, except faster growth and earlier time to flowering. Compared to cia2, the cia2cil mutant showed more impaired chloroplast functions and reduced amounts of plastid ribosomal RNAs. In silico analyses predict for CIA2 and CIL a C-terminal CCT domain and an N-terminal chloroplast transit peptide (cTP). Chloroplast (and potentially nuclear) localization was previously shown for HvCMF3 and HvCMF7, the homologs of CIA2 and CIL in barley. We observed nuclear localization of CIL after transient expression in Arabidopsis protoplasts. Surprisingly, transformation of cia2 with HvCMF3, HvCMF7, or with a truncated CIA2 lacking the predicted cTP could partially rescue the pale-green phenotype of cia2. These data are discussed with respect to potentially overlapping functions between CIA2, CIL, and their barley homologs and to the function of the putative cTPs of CIA2 and CIL.
Peer Reviewed
2021-06-07
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/23916
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/23916-2
10.3389/fpls.2021.681375
http://dx.doi.org/10.18452/23314
1664-462X
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/289052024-02-13T02:00:12Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Spatiotemporal distribution, trend, forecast, and influencing factors of transboundary and local air pollutants in Nagasaki Prefecture, Japan
Chicas, Santos D
Valladarez, Jair
Omine, Kiyoshi
Venkataraman, Sivasankar
Kim, Sangyeob
Environmental sciences
Environmental social sciences
570 Biologie
ddc:570
The article processing charge was funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) – 491192747 and the Open Access Publication Fund of Humboldt-Universität zu Berlin.
The study of PM2.5 and NO2 has been emphasized in recent years due to their adverse effects on public health. To better understand these pollutants, many studies have researched the spatiotemporal distribution, trend, forecast, or influencing factors of these pollutants. However, rarely studies have combined these to generate a more holistic understanding that can be used to assess air pollution and implement more effective strategies. In this study, we analyze the spatiotemporal distribution, trend, forecast, and factors influencing PM2.5 and NO2 in Nagasaki Prefecture by using ordinary kriging, pearson's correlation, random forest, mann–kendall, auto-regressive integrated moving average and error trend and seasonal models. The results indicated that PM2.5, due to its long-range transport properties, has a more substantial spatiotemporal variation and affects larger areas in comparison to NO2, which is a local pollutant. Despite tri-national efforts, local regulations and legislation have been effective in reducing NO2 concentration but less effective in reducing PM2.5. This multi-method approach provides a holistic understanding of PM2.5 and NO2 pollution in Nagasaki prefecture, which can aid in implementing more effective pollution management strategies. It can also be implemented in other regions where studies have only focused on one of the aspects of air pollution and where a holistic understanding of air pollution is lacking.
Peer Reviewed
2023-01-16
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/28905
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/28905-8
http://dx.doi.org/10.18452/28254
2045-2322
10.1038/s41598-023-27936-2
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/175402020-03-07T04:46:29Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
MYCN-DNA-Vakzine zur Behandlung des Neuroblastoms
Stermann, Alexander
Lode, N.
Lockau,
Schramm,
Neuroblastom
Tumorimmunologie
MYCN
DNA-Vakzinierung
Neuroblastoma
MYCN
DNA-vaccination
tumor immunology
570 Biologie
32 Biologie
XH 2100
ddc:570
Das Neuroblastom (NB) zählt zu den therapieresistentesten Tumoren des Kleinkindalters. Besonders NB-Patienten mit MYCN-Amplifikation sind mit einer schlechten Prognose konfrontiert. Neuere Studien legen nahe, dass eine spezifische aktive Immuntherapie gegen MYCN ein vielversprechender Ansatz zur Bekämpfung dieser malignen Erkrankung darstellen könnte. Zur Untersuchung dieser Hypothese wurde ein sogenanntes Minigen-Vakzin, welches für drei ausgewählte Epitope aus der MYCN-AS-Sequenz kodiert, generiert. Die Auswahl der Minigen-Epitope erfolgte mit dem MHC-Liganden-Vorhersageprogramm syfpeithi, welches drei starke H2-Kk-Liganden lieferte. Außerdem wurden zwei weitere Vakzine hergestellt: als Negativkontrolle MYCNLow, dessen MYCN-Peptide laut syfpeithi schlechte MHC-Klasse-I-Liganden darstellen und ein cDNA-Vakzin auf Basis der gesamten MYCN-cDNA-Sequenz. Zur Applikation der Vakzine wurden attenuierte Salmonella typhimurium SL7207 verwendet, die eine zusätzliche Stimulierung des mukosalen Immunsystems hervorrufen. Für die Untersuchung der Impfstoffe in vivo wurden zwei neuartige immunkompetente NB-Mausmodelle etabliert. Dazu wurden die syngenen NXS2/C1300 A/J-Mausmodelle soweit modifiziert, dass sie über eine induzierbare MYCN-Expression verfügten. Nach Auswahl und Charakterisierung geeigneter Transfektanten in vitro und in vivo wurde in diesen Modellen die Wirksamkeit der Vakzine untersucht. In diesen Versuchen konnte mit Hilfe der Vakzine das Primärtumorwachstum von NXS2-MYCN in geimpften Tieren signifikant im Vergleich zu Kontrollen reduziert und die Metastasierung durch C1300-MYCN Zellen signifikant verzögert werden. Mit den in-vivo-Versuchen anschließenden Analysen wurde schließlich bewiesen, dass die Immunantwort durch tumorinfiltrierende MYCN-spezifische zytotoxische CD8+ T-Zellen vermittelt wird. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass eine MYCN-DNA-Vakzinierung erfolgreich zur Behandlungen MYCN-exprimierender NB im Mausmodell eingesetzt werden kann.
High-level expression of MYCN protein caused by amplification of the gene characterizes a malignant phenotype of neuroblastoma (NB). Recent studies suggest that MYCN might be a promising target for immunotherapy. Therefore, we investigated the efficacy of three MYCN-specific DNA vaccines. Two minigene vaccines were generated; each encoded for three selected epitopes of the MYCN protein sequence with the highest, or as a control lowest, predicted affinity to MHC-Class-I Molecules. The third vaccine based on the cDNA of MYCN. Salmonella typhimurium SL7207 were used as oral application vehicle for the vaccines in in vivo experiments to induce an additional stimulation of the immune system. To investigate the immunotherapeutic approach NXS2- and C1300-cells syngeneic to immunocompetent A/J-mice were stably transfected with a tetracycline inducible vector system coding for MYCN. The transfectants were characterized and established in vitro and in vivo. In the MYCN-overexpressing models vaccination with the MYCN-DNA-vaccines resulted in significant reduced primary tumor growth or decelerated metastasis spread. The immune responses in the in vivo experiments followed by orally applied MYCN-DNA vaccines was mediated by tumor infiltrating cytotoxic CD8+ and CD4+ T cells. MYCN specificity of infiltrating lymphocytes was verified by MYCN-specific cytolytic activity and IFN-gamma secretion ex vivo. Finally, we showed that blocking of MHC-class I molecule H2-Kk approbated cytotoxicity mediated by CD8+ T cells, indicating MYCN specificity of the induced immune response. In summary, we showed that a MYCN based DNA vaccination strategy is effective against MYCN-expressing NB in vivo. In light of the description of MYCN-specific T cells in NB patients, the lytic action of autologous T cells on MYCN-expressing cells and the results of this study underline the possible potential of an active immunotherapy against MYCN as an alternative therapeutic approach to treat NB.
2014-01-29
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17540
urn:nbn:de:kobv:11-100215288
http://dx.doi.org/10.18452/16888
BV041618573
ger
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/258252023-10-31T04:00:15Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersionddc:004textPublicationprimusopen_accessddc:570
PyZebrascope: An Open-Source Platform for Brain-Wide Neural Activity Imaging in Zebrafish
Barbara, Rani
Nagathihalli Kantharaju, Madhu
Haruvi, Ravid
Harrington, Kyle
Kawashima, Takashi
zebrafish
lightsheet microscopy
open source
software
image processing
004 Informatik
570 Biologie
ddc:004
ddc:570
Understanding how neurons interact across the brain to control animal behaviors is one of the central goals in neuroscience. Recent developments in fluorescent microscopy and genetically-encoded calcium indicators led to the establishment of whole-brain imaging methods in zebrafish, which record neural activity across a brain-wide volume with single-cell resolution. Pioneering studies of whole-brain imaging used custom light-sheet microscopes, and their operation relied on commercially developed and maintained software not available globally. Hence it has been challenging to disseminate and develop the technology in the research community. Here, we present PyZebrascope, an open-source Python platform designed for neural activity imaging in zebrafish using light-sheet microscopy. PyZebrascope has intuitive user interfaces and supports essential features for whole-brain imaging, such as two orthogonal excitation beams and eye damage prevention. Its camera module can handle image data throughput of up to 800 MB/s from camera acquisition to file writing while maintaining stable CPU and memory usage. Its modular architecture allows the inclusion of advanced algorithms for microscope control and image processing. As a proof of concept, we implemented a novel automatic algorithm for maximizing the image resolution in the brain by precisely aligning the excitation beams to the image focal plane. PyZebrascope enables whole-brain neural activity imaging in fish behaving in a virtual reality environment. Thus, PyZebrascope will help disseminate and develop light-sheet microscopy techniques in the neuroscience community and advance our understanding of whole-brain neural dynamics during animal behaviors.
Peer Reviewed
2022-05-19
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/25825
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/25825-3
10.3389/fcell.2022.875044
http://dx.doi.org/10.18452/25138
2296-634X
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/269112023-10-31T04:00:16Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Glycation Interferes with the Activity of the Bi-Functional UDP-N-Acetylglucosamine 2-Epimerase/N-Acetyl-mannosamine Kinase (GNE)
Hagenhaus, Vanessa
Gorenflos Lopez, Jacob
Rosenstengel, Rebecca
Neu, Carolin
Hackenberger, Christian
Celik, Arif
Weinert, Klara
Nguyen, Mai-Binh
Bork, Kaya
Horstkorte, Rüdiger
Gesper, Astrid
GNE-myopathy
glycation
methylglyoxal
sialylation
post-translational modification
adult-onset disease
570 Biologie
ddc:570
Mutations in the gene coding for the bi-functional UDP-N-acetylglucosamine 2-epimerase/N-acetylmannosamine kinase (GNE), the key enzyme of the sialic acid biosynthesis, are responsible for autosomal-recessive GNE myopathy (GNEM). GNEM is an adult-onset disease with a yet unknown exact pathophysiology. Since the protein appears to work adequately for a certain period of time even though the mutation is already present, other effects appear to influence the onset and progression of the disease. In this study, we want to investigate whether the late onset of GNEM is based on an age-related effect, e.g., the accumulation of post-translational modifications (PTMs). Furthermore, we also want to investigate what effect on the enzyme activity such an accumulation would have. We will particularly focus on glycation, which is a PTM through non-enzymatic reactions between the carbonyl groups (e.g., of methylglyoxal (MGO) or glyoxal (GO)) with amino groups of proteins or other biomolecules. It is already known that the levels of both MGO and GO increase with age. For our investigations, we express each domain of the GNE separately, treat them with one of the glycation agents, and determine their activity. We demonstrate that the enzymatic activity of the N-acetylmannosamine kinase (GNE-kinase domain) decreases dramatically after glycation with MGO or GO—with a remaining activity of 13% ± 5% (5 mM MGO) and 22% ± 4% (5 mM GO). Whereas the activity of the UDP-N-acetylglucosamine 2-epimerase (GNE-epimerase domain) is only slightly reduced after glycation—with a remaining activity of 60% ± 8% (5 mM MGO) and 63% ± 5% (5 mM GO).
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation)
Peer Reviewed
2023-02-23
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/26911
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/26911-9
10.3390/biom13030422
http://dx.doi.org/10.18452/26235
2218-273X
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/239302023-03-10T11:02:06Zcom_18452_23565com_18452_23536com_18452_23532com_18452_45com_18452_5col_18452_23569doc-type:articletextPublicationprimusopen_accessstatus-type:acceptedVersionddc:570
Abiotic factors influencing the orientation behavior of Monodonta lineata
Däblitz, Almute
Stahl, Tina
abiotic factors
Monodonta lineata
low tide
crevices
sea-snails
Plage du Cabellou
tidal cycle
correlation
activity-phases
shady places
Monodonta lineata
abiotische Faktoren
orientieren
Ebbe
Spalten
Plage du Cabellou
Meeresschnecken
schattige Plätze
Aktivitätsphasen
Gezeitenzyklus
Korrelation
570 Biologie
ddc:570
In this study we investigate important abiotic factors that may help Monodonta lineata to orient itself in tis natural environment, for example to get into crevices during low tide. To examine these factors, we designed four biological tests with sea-snails collected at the Plage du Cabellou (Atlantic Ocean). Within these tests we found out, that Monodonta lineata prefers shady places, that the activity-phases of this species is possibly correlated with the tidal cycle and that their movement is not directional towards the open sea.
In dieser Studie untersuchen wir wichtige abiotische Faktoren, die Monodonta lineata helfen können, sich in dieser natürlichen Umgebung zu orientieren, beispielsweise um bei Ebbe in Spalten zu gelangen. Um diese Faktoren zu untersuchen, haben wir vier biologische Tests mit Meeresschnecken entworfen, die am Plage du Cabellou (Atlantischer Ozean) gesammelt wurden. Bei diesen Tests haben wir festgestellt, dass Monodonta lineata schattige Plätze bevorzugt, dass die Aktivitätsphasen dieser Art möglicherweise mit dem Gezeitenzyklus korreliert sind und ihre Bewegung nicht Richtung offenes Meer gerichtet ist.
Peer Reviewed
2021-10-01
article
doc-type:article
acceptedVersion
2748-5234
http://edoc.hu-berlin.de/18452/23930
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/23930-8
http://dx.doi.org/10.18452/23090
3063369-2
ger
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/260382023-10-31T04:00:16Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Ontogeny of a tessellated surface: Carapace growth of the longhorn cowfish Lactoria cornuta
Eigen, Lennart
Baum, Daniel
Dean, Mason
Werner, Daniel
Wölfer, Jan
Nyakatura, John
microCT
natural armor
ontogeny
Ostraciidae
tessellation
570 Biologie
ddc:570
Biological armors derive their mechanical integrity in part from their geometric architectures, often involving tessellations: individual structural elements tiled together to form surface shells. The carapace of boxfish, for example, is composed of mineralized polygonal plates, called scutes, arranged in a complex geometric pattern and nearly completely encasing the body. In contrast to artificial armors, the boxfish exoskeleton grows with the fish; the relationship between the tessellation and the gross structure of the armor is therefore critical to sustained protection throughout growth. To clarify whether or how the boxfish tessellation is maintained or altered with age, we quantify architectural aspects of the tessellated carapace of the longhorn cowfish Lactoria cornuta through ontogeny (across nearly an order of magnitude in standard length) and in a high-throughput fashion, using high-resolution microCT data and segmentation algorithms to characterize the hundreds of scutes that cover each individual. We show that carapace growth is canalized with little variability across individuals: rather than continually adding scutes to enlarge the carapace surface, the number of scutes is surprisingly constant, with scutes increasing in volume, thickness, and especially width with age. As cowfish and their scutes grow, scutes become comparatively thinner, with the scutes at the edges (weak points in a boxy architecture) being some of the thickest and most reinforced in younger animals and thinning most slowly across ontogeny. In contrast, smaller scutes with more variable curvature were found in the limited areas of more complex topology (e.g., around fin insertions, mouth, and anus). Measurements of Gaussian and mean curvature illustrate that cowfish are essentially tessellated boxes throughout life: predominantly zero curvature surfaces comprised of mostly flat scutes, and with scutes with sharp bends used sparingly to form box edges. Since growth of a curved, tiled surface with a fixed number of tiles would require tile restructuring to accommodate the surface's changing radius of curvature, our results therefore illustrate a previously unappreciated advantage of the odd boxfish morphology: by having predominantly flat surfaces, it is the box-like body form that in fact permits a relatively straightforward growth system of this tessellated architecture (i.e., where material is added to scute edges). Our characterization of the ontogeny and maintenance of the carapace tessellation provides insights into the potentially conflicting mechanical, geometric, and developmental constraints of this species but also perspectives into natural strategies for constructing mutable tiled architectures.
"German Research Foundation (DFG) Cluster of Excellence" Matters of Activity. Image Space Material
Peer Reviewed
2022-05-31
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/26038
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/26038-7
10.1111/joa.13692
http://dx.doi.org/10.18452/25346
1469-7580
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/153402020-03-07T04:36:18Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Neurodegeneration und Neuroprotektion
ein Dialog zwischen Immunsystem und Gehirn auf Zellebene
Wolf, Susanne
Locius, R.
Nitsch, Robert
Möller, T.
Mikroglia
Th1
Th2
Neuroprotektion
Multiple Sklerose
T Zellen
ZNS
Neurodegeneration
microglia
Th1
Th2
neuroprotection
multiple sclerosis
T cells
CNS
neuroinflammation
570 Biologie
32 Biologie
WF 9895
XG 8800
ddc:570
Die Infiltration von T Zellen in das Zentrale Nervensystem (ZNS) ist ein Charakteristikum neuroinflammatorischer Erkrankungen wie der Multiplen Sklerose (MS) und ihrem Tiermodell der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE), und führt zur Aktivierung intrinsischer Hirnmakrophagen, den Mikrogliazellen, zu axonaler Schädigung sowie zum Zusammenbruch der Blut-Hirnschranke. Die T Zellen, welche als erste im Gehirn erscheinen, sind vom Subtyp Th1, spezifisch für Bestandteile der Myelinscheide, wie das myelinbasische Protein (MBP), produzieren inflammatorische Zytokine und rekrutieren andere unspezifische T Zellen und Makrophagen. Da sich diese Zellen des Immunsystems gegen körpereigene Bestandteile richten, spricht man von autoreaktiven T Zellen und einer autoimmunen Erkrankung. Im ersten Teil meiner Dissertation habe ich den Einfluss dieser autoreaktiven T Zellen auf den Aktivierungszustand von Mikrogliazellen mit Hilfe muriner Schnittkulturpräparate von Hippocampus und entorhinalem Kortex untersucht, welche den myelinisierten Fasertrakt Tractus perforans mit seinen Ursprungsneuronen und Zielzellen enthielten. Gering aktivierte MBP-spezifische T Zellen induzierten die Expression der Aktivitätsmarker MHC-II und ICAM-1 auf den Mikroglia und die damit verbundene axonale Schädigung (Phagozytose) im gleichen Maße wie hochaktivierte unspezifische T Zellen. Nur Th1 Zellen konnten Mikroglia aktivieren. MBP-spezifische Th2 Zellen hingegen reduzieren die Th1 induzierte Mikrogliaaktivierung (ICAM-1) auf Kontrollniveau. MBP-spezifische Th1 Zellen konnten die Expression von B7 auf Mikrogliazellen modulieren, während die MBP-spezifischen Th2 Zellen diese Eigenschaft nicht besaßen. Durch diese Befunde kann die prominente Rolle von autoreaktiven Th1 Zellen beim Auslösen neuroinflammatorischer Prozesse auf ihre einmalige Fähigkeit, Mikrogliazellen zu aktivieren und deren kostimulatorische Moleküle zu modulieren, zurückgeführt werden. Gleichzeitig bieten die Daten eine mögliche Erklärung für die protektive Rolle von Th2 Zellen bei MS und EAE. Es ist bekannt, dass autoreaktive T Zellen, wie die MBP-spezifischen Th1 Zellen, auch im gesunden Zustand im humanen und murinen T-Zell-Repertoire vorhanden sind. Die physiologische Funktion dieser Zellen ist unklar. Untersuchungen am Nervus opticus sowie im Rückenmark in vivo belegen, dass autoreaktive T Zellen und Makrophagen die Reorganisationsprozesse im ZNS nach traumatischer Schädigung positiv beeinflussen. Diese bei neuroinflammatorischen Erkrankungen so destruktiv wirkenden autoreaktiven T Zellen verhindern nach einem experimentell gesetzten Primärschaden im ZNS das Fortschreiten der Schädigung und es kommt zu einer fast vollständigen Regeneration des Gewebes. Im zweiten Teil meiner Promotionsarbeit habe ich versucht, die Mechanismen, welche hinter dieser Protektion stecken aufzuspüren. Dazu habe ich ebenfalls das in vitro Hirnschnittmodell benutzt. Für diese Fragestellungen wurden Akutschnitte verwendet, die ein Modell für primäre Schädigung im ZNS darstellen. MBP-spezifische Th2 Zellen hatten ein größeres protektives Potential als MBP-spezifische Th1 Zellen. Die nicht ZNS-spezifischen Th1 und Th2 Zellen benötigten ihr Antigen (OVA-Peptid), um signifikant protektiv zu wirken. Durch eine Superstimulation der OVA- und MBP-spezifischen T Zellen wurde eine Neuroprotektion auf gleichem Niveau erreicht. Die Neuroprotektion nach primärer Schädigung von ZNS Gewebe ist somit antigen- und stimulationsabhängig und wird hauptsächlich von Th2 Zellen unterstützt.
The invasion of T cells into the central nervous system (CNS) is a hallmark of neuro inflammatory diseases like multiple sclerosis (MS) and its rodent model, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), leading to activation of intrinsic macrophages, the microglia, axonal damage and break down of the blood brain barrier. The initial invading T cells are of the Th1 subtype and specific for parts of the myelin sheet like myelin basic protein (MBP). They produce inflammatory cytokines and recruit peripheral non-specific T cells and macrophages. Because these T cells are directed against a self antigen, they are called auto reactive T cells and the phenomenon an autoimmune disease. In the first part of my study I investigated the influence of auto reactive T cells on microglial cells' utilizing an organotypic slice culture system of hippocampus and entorhinal cortex. The slice culture contains a myelinated fibre tract - the tractus perforans - with its original and target neurons. Low activated MBP-specific T cells induced the expression of the activation markers ICAM-1 and MHC-II on microglia as well as microglial phagocytosis in the same manner as highly activated non-specific T cells. Only Th1 cells were able to activate microglia, while Th2 cells reduced the Th1 induced activation (ICAM-1 expression). MBP-specific Th1 cells could modulate the expression of co-stimulatory molecules B7-1 and B7-2, whereas MBP-specific Th2 cells could not. These findings could show why Th1 cells are responsible for EAE induction while Th2 cells can be protective. Auto reactive T cells like MBP-specific T cells have been found in the normal human and murine T cell repertoire. The physiological function of these cells is still unclear. Studies using the models of optic nerve crush or spinal cord crush have shown that macrophages and auto reactive T cells are involved in reorganisation and regeneration after CNS trauma. These auto reactive T cells, which are usually known to be destructive, could prevent CNS tissue from secondary degeneration. In the second part of my study I tried to identify the mechanisms involved in this phenomenon. I also used the organotypic slice culture system. Immediately after preparation causing the primary injury the slices were cultivated with T cells. Th2 cells were found to be more potent to prevent form secondary damage than Th1 cells. The non-CNS specific OVA Th1 and Th2 cells required their antigen to be fully protective. When over stimulated, MBP- and OVA-specific Th1 and Th2 cells proved to be protective to the same extend. Neuroprotection after primary injury depends on the T cell s state of activation and their antigen specificity. Among the cells examined I found Th2 cells were most effective in preventing CNS tissue from secondary injury.
2001-12-10
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/15340
urn:nbn:de:kobv:11-10016374
urn:nbn:de:kobv:11-10016368
http://dx.doi.org/10.18452/14688
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
application/octet-stream
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/244502023-10-31T04:00:17Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
SBMLWebApp: Web-Based Simulation, Steady-State Analysis, and Parameter Estimation of Systems Biology Models
Yamada, Takahiro
Ii, Kaito
König, Matthias
Feierabend, Martina
Dräger, Andreas
Funahashi, Akira
Budman, Hector
SBML
kinetic models
time-course simulation
steady-state simulation
parameter estimation
model calibration
software
web application
570 Biologie
ddc:570
In systems biology, biological phenomena are often modeled by Ordinary Differential Equations (ODEs) and distributed in the de facto standard file format SBML. The primary analyses performed with such models are dynamic simulation, steady-state analysis, and parameter estimation. These methodologies are mathematically formalized, and libraries for such analyses have been published. Several tools exist to create, simulate, or visualize models encoded in SBML. However, setting up and establishing analysis environments is a crucial hurdle for non-modelers. Therefore, easy access to perform fundamental analyses of ODE models is a significant challenge. We developed SBMLWebApp, a web-based service to execute SBML-based simulation, steady-state analysis, and parameter estimation directly in the browser without the need for any setup or prior knowledge to address this issue. SBMLWebApp visualizes the result and numerical table of each analysis and provides a download of the results. SBMLWebApp allows users to select and analyze SBML models directly from the BioModels Database. Taken together, SBMLWebApp provides barrier-free access to an SBML analysis environment for simulation, steady-state analysis, and parameter estimation for SBML models. SBMLWebApp is implemented in Java™ based on an Apache Tomcat® web server using COPASI, the Systems Biology Simulation Core Library (SBSCL), and LibSBMLSim as simulation engines. SBMLWebApp is licensed under MIT with source code freely available. At the end of this article, the Data Availability Statement gives the internet links to the two websites to find the source code and run the program online.
Peer Reviewed
2021-10-15
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/24450
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/24450-3
10.3390/pr9101830
http://dx.doi.org/10.18452/23792
2227-9717
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/159092020-03-07T04:38:51Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Regulation of 5-oxo-ETE synthesis in inflammatory cells
Erlemann, Karl-Rudolf
Kühn, Hartmut
Powell, William S.
Lockau, Wolfgang
5-oxo-ETE
Oxidativer Stress
Leukozyten
Epithelium
Endothelium
Leukotriene
5-Lipoxygenase
Entzündung
5-oxo-ETE
Oxidative Stress
Leukocytes
Epithelium
Endothelium
Leukotrienes
5-Lipoxygenase
Inflammation
570 Biologie
32 Biologie
XG 4304
XG 4339
XG 4300
ddc:570
5-Oxo-ETE ist ein chemotaktischer Faktor für Granulozyten, der von der NADP+-abhängigen Dehydrogenase 5h-dh aus dem 5-Lipoxygenaseprodukt 5-HETE gebildet wird. Ziel dieser dreiteiligen Studie war es, die der 5-oxo-ETE-Produktion zugrunde liegenden Regulationsmechanismen aufzuklären. I. Einfluß von myeloider Zelldifferenzierung auf die Expression von 5h-dh in HL-60 und U-937 Zellen. Undifferenzierte HL-60 und U-937 Zellen produzieren vergleichbare Mengen von 5-oxo-ETE wie Monozyten oder Granulozyten. Differenzierung von U-937 Zellen mit PMA verdreifacht die Enzymaktivtät von 5h-dh, während die Behandlung von HL-60 Zellen mit dh-VitD3 diese verdoppelte. Der Einfluß von PMA auf 5h-dh wurde darüber hinaus in Mikrosomen von U-937 Zellen untersucht. Die Behandlung PMA verdreifachte Vmax, liess aber KM unbeeinflußt. II. Regulation der 5-oxo-ETE-Produktion durch oxidativen Stress und Glukose. Da der GSH-Redoxzyklus die Produktion von NADP+ zur Folge hat, stimulierten die Hydroperoxide H2O2 und tBOOH die Synthese von 5-oxo-ETE in U-937 Zellen. Aufgrund seiner Verarbeitung durch den Pentosephosphat Zyklus, der NAD+ in NADPH umwandelt, inhibierte Glucose diesen Effekt von H2O2. Die Synthese von 5-oxo-ETE wurde durch H2O2 auch in humanem Monozyten, Lymphocyten und Thrombozyten, aber nicht in Neutrophilen angeregt. Im Gegensatz zu Monozyten zeigten sich Thrombozyten und Lymphozyten allerdings glukose-resistent. T-BOOH ehöhte auch die Produktion von 5-oxo-ETE nach Zugabe von Ionophore und Arachidonsäure zu mononukleären Blutzellen. III. 5h-dh-Expression in human Strukturzellen. Zunächst rasterten wir mehrere sekundäre Epithelzelllinien und fanden 5h-dh in allen Zellen. Drei Indizien lassen vermuten, daß die epithele 5h-dh der myeloiden entspricht: (i) die enzymatische Aktivtät liegt vor allem in der mikrosomalen Fraktion vor, (ii) bei dem Kofaktor handelt es sich um NADP+ und nicht um NAD+, und (iii) 5S-HETE ist das bevorzugte Substrat. Weitere Studien zeigten, daß auch primäre humane Aorta-Endothelzellen 5h-dh expremieren. Vergleichbar zu Entzündungszellen wird die Produktion von 5-oxo-ETE auch in Endothel- und in Epithelzellen durch oxidativen Stress angeregt.
5-Oxo-ETE is a highly potent granulocyte chemoattractant that is formed by the NADP+-dependent dehydrogenase 5h-dh by oxidation of the 5-lipoxygenase product 5-HETE. The objective of this study was to investigate underlying regulatory mechanisms of 5-oxo-ETE production in human cells. This matter was addressed from three directions. I. Expression of 5h-dh in HL-60 and U-937 cells and its activity changes during myeloid cell differentiation. Undifferentiated U-937 and HL-60 cells produce similar amounts of 5-oxo-ETE compared to monocytes or neutrophils. Differentiation of U-937 cells with PMA resulted in a 3-fold increase in 5-oxo-ETE production. Similarly, incubation of HL-60 cells with dh-VitD3 induced a 2-fold increase in 5-oxo-ETE production. The impact of PMA on 5h-dh was also investigated in the microsomal fraction of U-937 cells and compared to neutrophil microsomes. PMA treatment leads to a increase of Vmax but does not affect KM. II. Regulation of 5-oxo-ETE by oxidative stress and glucose levels. We found that H2O2 and t-butyl hydroperoxide strongly stimulate 5-oxo-ETE formation by U-937 cells through the GSH redox cycle by providing NADP+. Glucose inhibited the response to H2O2 through its metabolism by the pentose phosphate pathway, which converts NADP+ back to NADPH. 5-Oxo-ETE synthesis was also strongly stimulated by hydroperoxides in blood monocytes, lymphocytes, and platelets, but not neutrophils. Unlike monocytic cells, lymphocytes and platelets were resistant to the inhibitory effects of glucose. 5-Oxo-ETE synthesis following incubation of peripheral blood mononuclear cells with arachidonic acid and calcium ionophore was also strongly enhanced by t-BOOH. III. Expression of 5h-dh in human structural cells. We screened several secondary epithelial cell lines and detected 5h-dh in all cell lines. Epithelial 5h-dh and the inflammatory cell 5h-dh are identical: (i) the enzymatic activity is localized in microsomes, (ii) the cofactor is NADP+, and (iii) 5S-HETE is the preferred substrate. We also found that primary human aortic endothelial cells express 5h-dh. 5-oxo-ETE production by both endothelial and epithelial cells is regulated by oxidative stress in a manner similar to inflammatory cells.
2005-03-02
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/15909
urn:nbn:de:kobv:11-10042214
http://dx.doi.org/10.18452/15257
HU001345499
eng
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/173512020-03-07T04:45:36Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Organization and integration of large-scale datasets for designing a metabolic model and re-annotating the genome of mycoplasma pneumoniae
an application of the systems biology approach to a minimal bacterium
Wodke, Judith
Klipp, Edda
Serrano, Luis
Holzhütter, Hermann-Georg
Metabolismus
Constraint-basierte Modellierung
Datenbankentwicklung
Genomreannotation
Mycoplasma pneumoniae
Metabolism
Constraint-Based Modeling
Database Design
Genome Re-annotation
Mycoplasma pneumoniae
570 Biologie
32 Biologie
WF 5200
ddc:570
Mycoplasma pneumoniae, einer der kleinsten lebenden Organismen, ist ein erfolgversprechender Modellorganismus der Systembiologie um eine komplette lebende Zelle zu verstehen. Wichtig dahingehend ist die Konstruktion mathematischer Modelle, die zelluläre Prozesse beschreiben, indem sie beteiligte Komponenten vernetzen und zugrundeliegende Mechanismen entschlüsseln. Für Mycoplasma pneumoniae wurden genomweite Datensätze für Genomics, Transcriptomics, Proteomics und Metabolomics produziert. Allerdings fehlten ein effizientes Informationsaustauschsystem und mathematische Modelle zur Datenintegration. Zudem waren verschiedene Beobachtungen im metabolischen Verhalten ungeklärt. Diese Dissertation präsentiert einen kombinatorischen Ansatz zur Entwicklung eines metabolischen Modells für Mycoplasma pneumoniae. Zuerst haben wir eine Datenbank, MyMpn, entwickelt, um Zugang zu strukturierten, organisierten Daten zu schaffen. Danach haben wir ein genomweites, Constraint-basiertes metabolisches Modell mit Vorhersagekapazitäten konstruiert und parallel dazu das Metabolome experimentell charakterisiert. Wir haben die Biomasse einer Mycoplasma pneumoniae Zelle definiert, das Netzwerk korrigiert, gezeigt, dass ein Grossteil der produzierten Energie auf zelluläre Homeostase verwendet wird, und das Verhalten unter verschiedenen Wachstumsbedingungen analysiert. Schließlich haben wir manuell das Genom reannotiert. Die Datenbank, obwohl noch nicht öffentlich zugänglich, wird bereits intern für die Analyse experimenteller Daten und die Modellierung genutzt. Die Entdeckung von Kontrollprinzipien des Energiemetabolismus und der Anpassungsfähigkeiten bei Genausfall heben den Einfluss der reduktiven Genomevolution hervor und erleichtert die Entwicklung von Manipulationstechniken und dynamischen Modellen. Überdies haben wir gezeigt, dass die Genomorganisation in Mycoplasma pneumoniae komplexer ist als bisher für möglich gehalten, und 32 neue, noch nicht annotierte Gene entdeckt.
Mycoplasma pneumoniae, one of the smallest known self-replicating organisms, is a promising model organism in systems biology when aiming to assess understanding of an entire living cell. One key step towards this goal is the design of mathematical models that describe cellular processes by connecting the involved components to unravel underlying mechanisms. For Mycoplasma pneumoniae, a wealth of genome-wide datasets on genomics, transcriptomics, proteomics, and metabolism had been produced. However, a proper system facilitating information exchange and mathematical models to integrate the different datasets were lacking. Also, different in vivo observations of metabolic behavior remained unexplained. This thesis presents a combinatorial approach to design a metabolic model for Mycoplasma pneumoniae. First, we developed a database, MyMpn, in order to provide access to structured and organized data. Second, we built a predictive, genome-scale, constraint-based metabolic model and, in parallel, we explored the metabolome in vivo. We defined the biomass composition of a Mycoplasma pneumoniae cell, corrected the wiring diagram, showed that a large proportion of energy is dedicated to cellular homeostasis, and analyzed the metabolic behavior under different growth conditions. Finally, we manually re-annotated the genome of Mycoplasma pneumoniae. The database, despite not yet being released to the public, is internally already used for data analysis, and for mathematical modeling. Unraveling the principles governing energy metabolism and adaptive capabilities upon gene deletion highlight the impact of the reductive genome evolution and facilitates the development of engineering tools and dynamic models for metabolic sub-systems. Furthermore, we revealed that the degree of complexity in which the genome of Mycoplasma pneumoniae is organized far exceeds what has been considered possible so far and we identified 32 new, previously not annotated genes.
2013-03-19
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17351
urn:nbn:de:kobv:11-100207899
http://dx.doi.org/10.18452/16699
BV040906311
eng
Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen
http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/161442020-03-07T04:39:51Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Entwicklung einer Proteasomen-basierten Polyepitop-Plasmid-Vakzine am Beispiel des Tumor-assoziierten Antigens MUC1
Hoffmann, Gesa
Kloetzel, P.-M.
Steinhoff, U.
Uckert, W.
Proteasom
Polyepitop
Plasmid
Vakzine
MUC1
Proteasome
vaccine
polyepitope
plasmid
MUC1
570 Biologie
32 Biologie
XD 3304
XD 3300
ddc:570
Peptide aus intrazellulären Pathogenen sowie Tumorantigene aus mutierten oder überexprimierten Proteinen werden MHC I-restringiert auf der Oberfläche von Mammaliazellen präsentiert und dabei von cytotoxischen T-Lymphozyten erkannt. Die Peptidgenerierung erfolgt vorwiegend durch das Ubiquitin/26S Proteasomensystem, das eine zentrale Rolle bei der antitumoralen Immunantwort spielt. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Polyepitopvakzine in Form von Plasmid-DNA entwickelt und auf ihre Effizienz untersucht. Als Modellantigen diente MUC1, ein von verschiedenen Adenokarzinomen und hämatologischen Tumoren überexprimiertes Glykoprotein. Ein aus dem MUC1-Protein bekanntes HLA-A2.1-abhängiges Epitop wurde als Polyepitop in verschiedenen Variationen synthetisiert, einer 20S proteasomalen in vitro Degradation unterzogen und seine Verdauprodukte massenspektrometrisch analysiert. Als optimale Sequenz für die Prozessierung des Polyepitops in die gewünschten Einzelepitope erwies sich deren einfache Verknüpfung ohne intervenierende Sequenzen. Zur Untersuchung des Effekts einer Ubiquitinfusion auf die Stabilität des MUC1-Polyepitops wurden anschließend verschiedene Strategien der linearen Fusion von Ubiquitin an das Polyepitop innerhalb eines Plasmids getestet. Durch transiente Transfektion der Plasmide konnte die Stabilität ihrer Translationsprodukte mittels Immunoblotanalysen quantifiziert werden. Die Ergebnisse demonstrieren, daß das Polyepitop durch die N-terminale Fusion von Wildtyp-Ubiquitin am effizientesten degradiert wird, wobei eine Polyubiquitinierung nicht stattzufinden scheint. Die Auswertung der folgenden in vitro Cytotoxizitätsassays sowie der Immunisierungsstudien wurde durch die schwache Affinität des gewählten subdominanten MUC1-Epitops zum HLA-A2.1-Komplex beeinträchtigt. Die vorliegende Arbeit unterstreicht die Bedeutung einer umfassenden Analyse intra- und extrazellulärer Vorgänge bei der Entwicklung einer Plasmidvakzine unter Verwendung subdominanter Epitope.
Peptides from intracellular pathogens as well as tumor antigens from mutated or overexpressed proteins are presented in an MHC class I restricted manner on the surface of mammalian cells and are thereby recognized by cytotoxic T lymphocytes. Peptide generation is mainly carried out by the ubiquitin/26S proteasome system which plays a crucial role in the antitumor immune response. In the present study, a polyepitope vaccine was generated in the form of plasmid DNA and analyzed for its efficiency. As model antigen MUC1, a glycoprotein overexpressed in various adenocarcinomas and hematological tumors, was used. A known HLA-A2.1 restricted epitope from the MUC1 protein was synthesized as a polyepitope in different variations, subjected to a 20S proteasomal in vitro degradation, and its digestion products were analyzed by means of mass spectrometry. The optimal sequence for the processing of the polyepitope into the desired single epitopes was shown to be their simple conjunction without spacer sequences. Different strategies of linear fusion of ubiquitin to the polyepitope within a plasmid were subsequently tested to analyze the effect of ubiquitin fusion on the stability of the MUC1 polyepitope. After transient transfection of the plasmids, the stability of their translation products was quantified by means of immunoblot analyses. The results demonstrate that the polyepitope is degraded most efficiently through N-terminal fusion of wild type ubiquitin, while a polyubiquitination does not seem to occur. The evaluation of the subsequent in vitro cytotoxicity assays and immunization studies was impaired by the low affinity of the selected subdominant MUC1 epitope to the HLA-A2.1 complex. The present study emphasizes the importance of an extensive analysis of intra- and extracellular processes when generating a plasmid vaccine using subdominant epitopes.
2006-05-31
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/16144
urn:nbn:de:kobv:11-10065775
http://dx.doi.org/10.18452/15492
HU001765423
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/171952020-03-07T04:44:51Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Characterization of the (pro)renin receptor in vitro and in vivo
Maschke, Ulrike
Herrmann, Andreas
Müller, Dominik N.
Daumke, Oliver
(Pro)Renin Rezeptor
T-Zell Entwicklung
Wnt/β-catenin Signaltransduktionsweg
v-ATPase
(pro)renin receptor
T cell development
Wnt/β-catenin pathway
v-ATPase
570 Biologie
32 Biologie
WE 5200
ddc:570
Der (Pro)Renin Rezeptor (PRR) ist ein hoch konservierter Transmembranrezeptor, der ursprünglich beschrieben wurde Renin und Prorenin zu binden. Durch Bindung an Renin und Prorenin beeinflusst der PRR das Renin-Angiotensin-Systems und induziert eine MAP-Kinase-Signaltransduktion. Teile des PRR sind assoziiert mit der vakuolären H+-ATPase (vATPase), welche wichtig für die Azidifizierung zellulärer Organellen ist. Kürzlich wurde eine neue Funktion des PRR für den WNT/β-catenin Signalweg beschrieben. Hier dient der PRR als Verbindungsglied zwischen den WNT Rezeptoren und der vATPase. Die Mechanismen der Funktionen des PRR sind noch nicht verstanden, aber es wird angenommen, dass der PRR in die Regulation verschiedenster zellulärer Mechanismen involviert ist. Es gibt bis jetzt keine biochemische und strukturelle Charakterisierung des PRR. In der vorliegenden Arbeit wurden strukturelle Studien mit verschiedenen Konstrukten des extrazellulären Teils des PRR durchgeführt. Alle PRR Konstrukte (hsPRR (170-303), hsPRR (101-257) und hsPRR (166-257)) zeigten eine alpha-helikale Faltung und konnten nicht an Renin oder Prorenin binden. Der hsPRR (101-257) liegt in einem Konzentrations- und pH-abhängigen Monomer-/Oligomerequilibrium vor, während der hsPRR (166-257) als Monomer/Dimerequilibrium vorkommt. Diese Daten bilden die Grundlage für weitere strukturelle und funktionelle Untersuchungen. Konditionelle KO Mäuse sind eine exzellente Methode, um die physiologische Rolle des PRR in vivo zu untersuchen. Eines der wichtigsten Proteine des Wnt/β-catenin Signaltransduktionsweges, β-catenin, ist fundamental für die T-Zell Entwicklung. Aus diesem Grund wurde untersucht, ob die Deletion des PRR in T-Zellen ebenfalls zu einem Verlust von T-Zellen und zu einer Entwicklungsstörung führt. Die Ergebnisse zeigen, dass der PRR wichtig für eine vollständige T-Zellentwicklung ist und unterstützen die Hypothese, dass der PRR eine Rolle für Wnt/β-catenin Singaltransduktion in T-Zellen spielt.
The (pro)renin receptor (PRR) is an evolutionary conserved transmembrane receptor that was first discovered to bind renin and prorenin. Upon binding, PRR was shown to influence the activity of the renin-angiotensin-system (RAS) and to induce MAP kinase signalling. It was previously shown that a truncated, transmembrane part of PRR was associated to vacuolar H+-ATPase (vATPase), a proton pump which is important for acidification. Recently, a new function of PRR in the WNT/β-catenin signalling pathway was described. Here, the PRR was shown to be an adaptor between WNT receptors and the vATPase. The precise mechanisms by which PRR functions, are still elucidative but the PRR is supposed to regulate various cellular processes. Currently, no biochemical characterization or structural analysis is available for PRR. In order to gain understanding of the function of the PRR, structural studies were performed with several truncated proteins of the extracellular part of the PRR. All PRR proteins (hsPRR170-303, hsPRR 101-257 or hsPRR 166-257) showed an overall alpha helical folding and did not bind renin or prorenin. The oligomeric assembly of the proteins was investigated. The hsPRR (101-257) was shown to be in a concentration and pH dependent monomer/oligomer equilibrium, whereas hsPRR (166-257) is only present in a monomer/dimer equililibrium. These data are the basics for further structural and functional studies. Additionally, conditional KO animals are an excellent tool to investigate the physiological role of the PRR in vivo. As the major mediator of the Wnt/β-catenin signaling pathway, β-catenin, is crucial for T cell maturation, a conditionel deletion of PRR in T cells was analyzed. PRR deletion resulted in a loss of mature T cells. Moreover, a defect in T cell maturation in the thymus was determined. Our data showed that PRR is critical for proper T cell development and support the hypothesis that PRR contributes to Wnt/β-catenin signaling in T cells.
2012-07-09
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17195
urn:nbn:de:kobv:11-100203248
http://dx.doi.org/10.18452/16543
BV040305999
eng
Public Domain Dedication
http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät II
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/167542020-03-07T04:42:45Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Charakterisierung und funktionelle Bedeutung der BTLA-HVEM-Interaktion für die Immunantwort
Gurka, Stephanie
Radbruch, Andreas
Kroczek, Richard A.
Or-Guil, Michal
monoklonale Antikörper
Inhibition
Kostimulation
BTLA
HVEM
Expressionsanalyse
Modulation
inhibition
costimulation
BTLA
HVEM
monoclonal antibodies
expression analysis
modulation
570 Biologie
32 Biologie
WF 9910
ddc:570
Interaktionen zwischen Zellen sowie deren Aktivierung werden im Immunsystem durch verschiedene Zelloberflächenmoleküle reguliert. Inhalt dieser Arbeit war die Untersuchung des kürzlich identifizierten Rezeptor-Ligand-Paares BTLA und HVEM. Zunächst wurden diverse BTLA-spezifische monoklonale Antikörper generiert, mit deren Hilfe erstmals die Lokalisation BTLA-tragender Zellen im Gewebe gezeigt werden konnte. Bei umfassenden Expressionsanalysen fiel auf, dass BTLA auf nahezu allen Leukozytenpopulationen der lymphatischen Organe konstitutiv vorhanden ist, und mit seinem Liganden HVEM koexprimiert wird. Beide Moleküle werden auf verschiedenen Zellpopulationen differenziell exprimiert und aktivierungsabhängig reguliert. Funktionelle Analysen in vitro als auch in vivo ergaben, dass die BTLA-HVEM-Interaktion durch Suppression der T-Zellaktivierung und –proliferation wesentlich zur negativen Regulation der Immunantort beiträgt. Die negative Wirkung von BTLA zeigte sich sowohl bei der Initiation als auch bei bereits fortgeschrittener Aktivierung, unabhängig von der Beteiligung positiver kostimulatorischer Signalwege. Durch Stimulation von T Zellen mit unterschiedlicher BTLA-Oberflächenexpression (verschiedene Subpopulationen oder aus transgenen Mäusen) konnte die strikte Korrelation der negativen Funktion mit der BTLA-Menge auf den Zellen gezeigt werden. Es stellte sich heraus, dass BTLA essentiell für die HVEM-vermittelte Suppression ist und eine wesentliche Beteiligung weiterer HVEM-Interaktionspartner (z.B. CD160) nicht vorliegt. Die Beobachtung von veränderten Lymphozytenpopulationen in BTLA-transgenen Mäusen im Ruhezustand weist zudem auf einen zentralen Beitrag des negativen BTLA-Signals zur Aufrechterhaltung der Homöostase hin. Die ubiquitäre Expression von HVEM und BTLA in Kombination mit der gegenseitigen Modulation beider Interaktionspartner ermöglicht eine flexible Reaktion des Immunsystems auf äußere Einflüsse unter anderem über die negative Regulation durch BTLA
Activation of immune cells is regulated by various cell surface molecules during cell-cell interactions. The aim of this work was the characterization of the recently identified receptor-ligand-pair BTLA and HVEM. Initially, several BTLA-specific monoclonal antibodies were generated. With these antibodies, the localization of BTLA expressing cells in the tissues has been determined for the first time. Further detailed flow cytometric analysis revealed a strong constitutive expression of BTLA on nearly all leukocytes in lymphoid organs. Interestingly, all BTLA-expressing cells co-expressed its ligand HVEM. However, both molecules were differentially expressed on different cell populations in the steady state, but were also regulated in an activation-dependent way. Functional analyses in vitro and in vivo (in an antigen-specific adoptive transfer system) revealed a substantial contribution of the BTLA-HVEM interaction for negative regulation of immune responses by suppressing T cell activation and proliferation. Inhibitory signals of BTLA affect the initial and ongoing activation, irrespective of simultaneous positive signals from other co¬stimulatory pathways. Using wildtype and BTLA-transgenic primary T cells, a strictly linear relationship between the inhibitory function of BTLA and its cell surface levels was observed. The data clearly demonstrate that BTLA expression determined the strength of HVEM-mediated suppression, but also that BTLA is essential for this negative co-stimulation, whereas other HVEM-interaction partners were apparently not involved. Finally, the observed changes in lymphoid cell populations of the BTLA-transgenic mice even in the resting state indicate a prominent role for negative BTLA signals to maintain homeostasis. The ubiquitous expression of HVEM and BTLA together with the reciprocal modulation of both interaction partners supports flexible reaction and regulation of the immune system particularly via the inhibitory function of BTLA.
2010-04-12
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/16754
urn:nbn:de:kobv:11-100110549
http://dx.doi.org/10.18452/16102
BV036455067
ger
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/181292020-03-07T04:49:14Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Multiple routes of phosphatidylethanolamine biogenesis ensure membrane integrity of Toxoplasma gondii
Hartmann, Anne
Lucius, Richard
Matuschewski, Kai
Günther-Pomorski, Thomas
Toxoplasma gondii
Lipidbiosynthese
Phosphatidylethanolamin
Phosphatidylserin Decarboxylase
Toxoplasma gondii
lipidbiosynthesis
phosphatidylethanolamine
phosphatidylserine decarboxylase
570 Biologie
32 Biologie
ddc:570
Toxoplasma gondii ist ein weit verbreiteter, obligat-intrazellulärer, einzelliger Parasit, der die lebensbedrohliche Krankheit Toxoplasmose in Menschen und Tieren hervorrufen kann. Der schnell replizierende Parasit benötigt erhebliche Mengen an Phospholipiden zur Biogenese intra- und extrazellulärer Membranen. Phosphatidylethanolamin (PtdEtn) ist ein wichtiges und ubiquitäres Phospholipid in Pro- und Eukaryoten und das zweithäufigste Lipid in T. gondii. Dieses kann de novo über den CDP-Ethanolamin Stoffwechselweg oder durch Decarboxylierung von Phosphatidylserin synthetisiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Expression von zwei distinkten Phosphatidylserin Decarboxylasen (PSDs) in T. gondii nachgewiesen werden: TgPSD1pv ist partiell löslich und wird über Dichte Granula in die Parasitophore Vakuole sekretiert, während sich TgPSD1mt im Mitochondrium von Tachyzoiten befindet. TgPSD1mt ist in der Lage einen Ethanolamin-auxotrophen S. cerevisiae Stamm zu komplementieren. Ein Knock-down von TgPSD1mt in T. gondii verursacht eine verlangsamte Parasitenreplikation, welche zu einem verminderten in vitro Wachstum führt. Der PtdEtn-Gehalt in der Mutante bleibt unverändert, was auf eine stringente Homöostase des zellulären PtdEtn Reservoirs durch alternative Lipidbiogenesewege hindeutet. Tatsächlich verfügt T. gondii zusätzlich über einen aktiven CDP-Ethanolamin Stoffwechselweg im Endoplasmatischen Retikulum, welcher den Verlust von TgPSD1mt partiell kompensieren kann. Das zweite, sekretierte TgPSD1pv-Enzym hingegen scheint für das Parasitenwachstum in vitro entbehrlich zu sein. Infektionsversuche mit radioaktiv markierten Wirtszellen zeigten zudem eine Aufnahme von PtdEtn oder PtdEtn-Derivaten in intrazellulär replizierenden Tachyzoiten. Diese Ergebnisse demonstrieren eine außergewöhnliche Kompartmentalisierung und Plastizität der PtdEtn-Synthese in T. gondii.
Toxoplasma gondii is a remarkably successful and widespread obligate intracellular protozoan parasite, which can cause the potentially life threatening disease Toxoplasmosis in humans and animals. The fast proliferating parasite requires a significant amount of phospholipids for biogenesis of organelles and enclosing vacuolar membranes. Phosphatidylethanolamine (PtdEtn) is one of the most ubiquitous phospholipids and the second most abundant lipid in T. gondii. It can be produced de novo by the CDP-ethanolamine pathway or by decarboxylation of phosphatidylserine. This work revealed the expression of two distinct PtdSer decarboxylase (PSD) enzymes in T. gondii: One of which is Coccidia-specific and partially soluble and secreted into the parasitophorous vacuole via dense granules (TgPSD1pv), and a second enzyme that localizes in the mitochondrion (TgPSD1mt) of tachyzoites. The mitochondrial PSD can complement a S. cerevisiae mutant auxotrophic for ethanolamine. A conditional knockdown of the TgPSD1mt gene impairs the parasite growth in vitro. Surprisingly, the mutant displayed an unaltered total PtdEtn content, which suggests a stringent homeostasis of the cellular PtdEtn pool by alternative routes of lipid biogenesis. Consistently, the parasite encodes an active CDP-ethanolamine pathway in the endoplasmic reticulum. Metabolic labeling of the TgPSD1mt mutant displayed an increased utilization of ethanolamine into PtdEtn, indicating an upregulation of the de novo CDP-ethanolamine pathway. Likewise, exogenous ethanolamine partially restored the growth phenotype of the mutant. In contrast, the TgPSD1pv enzyme is dispensable for the parasite growth. Host cell pre-labeling with radioactive ethanolamine indicated a potential uptake of host-derived PtdEtn or PtdEtn-derivates by intracellular parasites. Taken together, these results demonstrate an exceptional compartmentalization and plasticity of the PtdEtn synthesis in T. gondii.
2016-04-20
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/18129
urn:nbn:de:kobv:11-100237760
http://dx.doi.org/10.18452/17477
BV043521144
eng
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Lebenswissenschaftliche Fakultät
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/192462023-10-31T04:00:20Zcom_18452_25col_18452_26textPublicationprimusopen_accessddc:300status-type:acceptedVersionddc:570doc-type:review
Review of “The Material Gene: Gender, Race, and Heredity after the Human Genome Project”
Niewöhner, Jörg
300 Sozialwissenschaften
576 Genetik und Evolution
ddc:300
ddc:576
published first as (erstmalig folgendermaßen erschienen):
Jörg Niewöhner: Review of “The material gene: gender, race, and heredity after the Human Genome Project”, by Kelly E. Happe, 2013. In: New Genetics and Society 32.4 (2013), pages 459–461. DOI: 10.1080/14636778.2013.852466.
Review of the book “The material gene: gender, race, and heredity after the Human Genome Project” (by Kelly E. Happe, 2013).
2013
review
doc-type:review
acceptedVersion
1463-6778
http://edoc.hu-berlin.de/18452/19246
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/19246-9
http://dx.doi.org/10.18452/18550
10.1080/14636778.2013.852466
eng
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/266302023-10-31T04:00:20Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Patterns of livestock loss associated with a recolonizing wolf population in Germany
Kiffner, Christian
Uthes, Sandra
Ostermann-Miyashita, Emu-Felicitas
Harms, Verena
König, Hannes J.
Canis lupus
human-wildlife coexistence
human-wildlife conflict
human-wildlife interactions
pastoralism
570 Biologie
ddc:570
Predation on livestock presents a daunting challenge for human–carnivore coexistence in agricultural landscapes. In Germany, the recolonization of wolves is ongoing and its consequences are insufficiently understood. Knowledge about which livestock species are susceptible to wolf predation, which farm types are predisposed to attacks by wolves, and when predation on livestock occurs is valuable for mitigating stakeholder conflicts. To this end, we analyzed 14 years of monitoring data and assessed the livestock prey spectrum, identified correlates between predation on livestock, farm type and livestock category, and described temporal patterns of livestock loss caused by a recolonizing wolf population in the state of Brandenburg (Germany). Among a total of 1387 recorded cases, 42% were unequivocally attributed to wolves (SCALP criteria C1 and C2) and 12% of cases were not caused by wolves. The number of head of livestock killed during a single wolf attack was mediated by farm type and livestock species; losses per event were greater in full-time farms vs. other farm types and greater in sheep, farmed deer and other livestock species, compared to cattle. While sheep were the most commonly killed livestock species, the increase in wolf territories over the investigation period was associated with a widening of the domestic prey species spectrum. Count regression models provided evidence for the increasing frequency of predation events over the 14-year period, along with an exponential increase in wolf territories. Predation on livestock occurred throughout the year, yet seasonality of events was evident and differed across livestock categories. Predation on sheep peaked in the fall, coinciding with the post-weaning period of wolf offspring. Predation on cattle peaked in the spring, coinciding with the cattle calving period. These results call for renewed investment in the implementation of prevention methods for all susceptible domestic species, particularly during times of elevated predation risk.
Peer Reviewed
2022-12-12
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/26630
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/26630-4
10.3389/fcosc.2022.989368
http://dx.doi.org/10.18452/25933
2673-611X
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/166412021-08-27T08:09:17Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570oai:edoc.hu-berlin.de:18452/152722020-03-07T04:36:05Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Die Bedeutung partieller 21-Hydroxylase- und 3beta-Hydroxysteroiddehydrogenasedefizienzen für die Ätiopathogenese von Fertilitätsstörungen
Ghanaati, Zahra
Dörner, Günter
Witkowski, Regine
Börner, Thomas
heterozygous mutations
partial 21-hydroxylase deficiency
partial 3ß-hydroxysteroid dehydrogenase deficiency
Polycystic Ovary Syndrome (PCOS)
heterozygous mutations
partial 21-hydroxylase deficiency
partial 3ß-hydroxysteroid dehydrogenase deficiency
Polycystic Ovary Syndrome (PCOS)
570 Biologie
32 Biologie
XG 8500
YC 4400
ddc:570
Ziel der Untersuchungen war, zur Klärung der Ursachen einer während der letzten Jahrzehnte erhöhten Frequenz sowohl von PCOS als auch von IO beizutragen. Es war zu ermitteln, ob hormonelle Verschiebungen bei den Patienten nachweisbar und diese durch genetische und epigenetische Faktoren erklärbar sind. Ausgehend von dem Postulat, daß verminderte 21-OH- und 3beta-HSD-Aktivitäten als prädisponierende Faktoren von PCOS und IO angesehen werden, waren hormonanalytische Untersuchungen zur Ermittlung partieller 21-OH- bzw. 3beta-HSD-Defizienzen durchgeführt worden. Den eigenen Erfahrungen und Darstellungen der internationalen Literatur entsprechend befaßt sich ein Teil der Methodik mit der Entwicklung einer neuen, der üblichen 17alfa-OHP-Messung überlegenen Methode zur Ermittlung von 21-OH-Defizienzen durch 21-DOF-Bestimmung nach ACTH-Test im Blutplasma. Wir erhielten bei vier von 21 PCOS-Patientinnen und drei von acht Patienten mit IO erhöhte 21-DOF-, 21-DOF/F- bzw. 17alfa-OHP-Werte nach ACTH-Test, die auf partielle 21-OH-Defizienzen hinweisen. Zusätzlich wurden bei 12 PCOS-Patientinnen erhöhte basale DHEAS- oder DHEAS/F-Werte gefunden, die als Hinweise auf partielle 3beta-HSD-Defizienzen oder 17,20-Lyase-Hyperaktivität gedeutet wurden. In der Stichprobe der IO waren DHEAS oder DHEAS/F-Werte bei vier Patienten erhöht. Da bei vier der 12 Patientinnen mit PCOS und zwei von vier Patienten mit IO genetisch und endokrinologisch gleichzeitig eine partielle 21-OH-Defizienz nachgewiesen wurde, kann bei diesen Patienten eine partielle 3beta-HSD-Defizienz weitgehend ausgeschlossen werden. Es wurden molekulargenetische Untersuchungen für die 14 häufigsten Mutationen in CYP21 bei Cohorten mit AGS, PCOS und IO durchgeführt. Die Untersuchung der AGS-Patienten sollte dazu dienen, ein effizientes und schnelles System der Mutationssuche für diagnostische Zwecke zu etablieren. Es wurden die häufigsten, phänotypisch wirksamen Mutationen in CYP21 bei der Mehrzahl dieser Patientengruppe im homozygoten bzw. compound heterozygoten Zustand gefunden und eine deutliche Genotyp-Phänotyp-Korrelation festgestellt. Auch bei Patientinnen mit PCOS sowie bei IO, bei denen partielle 21-OH-Defizienzen nachweisbar waren, wurden Mutationen in CYP21 gefunden. Die hierbei heterozygot vorliegenden Mutationen waren dieselben, die homozygot oder compound heterozygot bei schweren Formen des AGS gefunden wurden. Es ergab sich eine Korrelation molekulargenetischer und hormonanalytischer Befunde bei AGS, PCOS sowie IO. Allerdings konnten bei der Mehrzahl der Fälle mit PCOS und mit IO weder Mutationen noch hormonelle Auffälligkeiten hinsichtlich partieller 21-OH-Defizienzen gefunden werden. Die jedoch bei vielen Patientinnen gefundenen erhöhten DHEAS- und DHEAS/F-Werte stimmen mit Untersuchungen überein, die parallel starke Zunahmen der Häufigkeit der Hemmung des Enzyms 3ß-HSD bzw. der Aktivierung der 17,20-Lyase bei PCOS-Patientinnen und der Prävalenz des PCOS selbst bei nach 1955 geborenen Frauen und von Spermatogenesestörungen bei nach 1960 geborenen Männern fanden. Die Ursache hierfür wird in der Beeinflussung der adrenalen und gonadalen Steroidhormonsynthese vor allem durch das Umweltteratogen DDT und seine Metaboliten gesehen. Weiterhin wurde der Umweltfaktor Streß diskutiert. Für die Ätiopathogenese der untersuchten Fertilitätsstörungen werden materno-fetale Mechanismen postuliert, worauf unsere sowohl molekulargenetischen als auch hormonanalytischen Befunde hinweisen. Insgesamt bestätigen die Ergebnisse unserer Arbeit die These, daß Leben auf der Interaktion von Genen und Umweltfaktoren beruht und daß Hormone dabei als Mediatoren wirken. In gen- oder umweltbedingten unphysiologischen Konzentrationen können sie während kritischer Entwicklungsphasen des neuroendokrinen Systems als Teratogene wirken und zu lebenslangen Reproduktionsstörungen führen.
This paper describes a mutational and hormonal screening in a cohort of 21 patients ultrasonically diagnosed with PCO. Our data show single heterozygous base pair CYP21 mutations in 4 patients. The four women with PCOS and CYP21 mutations also displayed clear signs of partial 21-hydroxylase deficiency through a significant rise in 21DOF or 17alfa-OHP plasma levels after ACTH stimulation. Azziz et al. have reported several heterozygous mutations in hyperandrogenic women with LO-CAH. Other studies report several heterozygous point mutations in hyperandrogenic woman who, however, were not examined for polycystic ovaries.The correlation between the hormone profiles and genetic screening results found with our patients underscores the latter s usefulness with PCOS patients. In contrast to the hormone profile, genetic screening is not influenced by external factors. The frequency of heterozygous CYP21 mutations is higher (19%) than in the normal population (5-8%), suggesting a link with PCOS in some cases. The ratio of LH/FSH was significantly raised in 43% of the cases. Most importantly, basal plasma DHEA-S levels and DHEA-S/F ratios were clearly increased, higher than the means +2SD in controls. This suggests a partial 3beta-hydroxysteroid dehydrogenase deficiency or 17,20 lyase hyperactivity. Other authors, however, were not able to find mutations in the corresponding genes. This could be explained by the fact that the DDT metabolite o,p DDD is a strong inhibitor of 3beta-HSD, and that DDT and its metabolites may be able to activate the 17,20 lyase, a cytochrome P450 enzyme. Furthermore, DDT has some oestrogen activity, and its perinatal administration can produce a PCOS-like syndrome in rats. Very significantly, there has not only been an approximately fourfold increased prevalence of PCO in women borne since 1955 in eastern Germany, following a massive prenatal exposure to DDT, but also a notable shift in the hormone profiles of those affected. A predominance of 3beta-HSD deficiencies and 17,20 lyase hyperactivity (70%) vs. 21-hydroxylase deficiency (23%) has emerged, in contrast with 21-hydroxylase deficiencies in 70% vs. 3beta-HSD deficiencies or 17,20 lyase hyperactivity in 14% for those born earlier than 1955. Similar results were obtained in this study for women with PCOS born since 1955, suggesting that the prenatal exposure of high amounts of DDT and its metabolites indeed appear to be responsible - at least in part - for the major increase in PCO and PCOS.
2001-03-12
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/15272
urn:nbn:de:kobv:11-10015147
urn:nbn:de:kobv:11-10015134
urn:nbn:de:kobv:11-10015150
http://dx.doi.org/10.18452/14620
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
application/octet-stream
application/octet-stream
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/182072020-03-07T04:49:37Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
An essential role of IRF4 in translating TCR a nity-mediated activation and CD8+ e ector T cell fate decisions
Hartung, Anett
Matuschewski, Kai
Thiel, Andreas
Volk, Hans-Dieter
Hamann, Alf
Listerien
CD8+ T Zellen
Interferon regulatory factor 4
CD8+ T Zell-Effektorantwort und Function
T Zell-Rezeptor
TZR-Signalstärke
T cell receptor
CD8+ T cells
Interferon regulatory factor 4
CD8+ T cell effector response and function
TCR signaling strength
Listeria
570 Biologie
32 Biologie
WF 9895
ddc:570
CD8+ T Zellen unterstützen die Beseitigung von Pathogenen und sind somit entscheidend bei der Bekämpfung von Infektionen. Neben der Antigendosis und dem inflammatorischen Zytokinemilieu hat auch die Stimulation durch den TZR einen entscheidenden Einfluss auf die CD8+ T Zellantwort. Das transkriptionelle Programm, die finale Größe und Dauer der klonalen Expansion und der Start der Kontraktionsphase werden durch die TZR-Signalstärke bestimmt. Schwache TZR-Stimulation führt zu einer verminderten Expansion und vermittelt eine frühzeitige Kontraktionsphase, die eine Entwicklung von Gedächtniszellen auf den Kosten der Effektorzellen favorisiert. IRF4 wird nach TZR-Ligand-Interaktion in CD8+ T-Zellen hoch reguliert. Seine Expressionskinetik ist stark von der TZR-Signalstärke der Aktivierung abhängig, übersetzt diese und sorgt für die Umsetzung in ein entsprechendes transkriptionelles und differentielles Programm. In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass die IRF4-Defizienz in CD8+ T-Zellen zu einem verfrühten Abbruch der Expansion und zu einem vorzeitigen Beginn der Kontraktion führt, die durch den FAS-vermittelten Tod-induzierenden Signalweg initiiert wird. Außerdem präsentieren IRF4-defiziente CD8+ T-Zellen vermehrt Phosphatidylserine an ihrer Oberfläche und Komplementdeposition, beides begünstigt die Erkennung und Aufnahme durch Phagozyten. Diese Ergebnisse weisen zudem stark darauf hin, dass durch die fehlende Expression von IRF4 in CD8+ T Zellen, ein schwaches TZR-Signal übermittelt wird, unabhängig von der tatsächlichen Stärke und Dauer des aktivierenden Signals, dass zu einer Verkürzung der Expansionsphase führt und eine verfrühte Kontraktionsphase der Effektorzellen auslöst. Diese Arbeit erweitert schon bekanntes Wissen um IRF4 als Schlüsselregulator für die Differenzierung und Funktionalität der ag-spezifischen CD8+ T-Zellen, da es den Beginn der Kontraktionsphase diktiert mittels Aktivierung von verschiedenen Apoptose- und Phagocytose Signalwegen.
CD8+ T cells promote pathogen clearance and play a crucial role in controlling infections. Besides antigen dose and inflammatory cytokine milieu, the TCR stimulation contributes to the programming of the CD8+ T cell response. A distinct developmental program, the final magnitude and duration of clonal expansion, as well as the timing of the onset of T cell contraction, are determined by the TCR signaling strength. Weak TCR stimulation results in a diminished magnitude of expansion and accelerates the onset of contraction, as it favors the development of memory cells at the expense of effector cells. IRF4 is a transcription factor, that is upregulated in CD8+ T cells following TCR stimulation. Furthermore, its expression kinetic is highly dependent on the TCR signaling strength, which initiated activation. Therefore, it translates the strength of the activating signal and transmits it into a proper transcriptional and developmental program. This study provides unique evidence that the absence of IRF4 expression in CD8+ T cells leads to a hasted termination of clonal expansion and a premature contraction, initiated by the FAS-mediated cell death pathway. Moreover, IRF4-deficient CD8+ T cells exposed phosphatidylserine on their cell surface and showed complement deposition, both facilitating their recognition and uptake by phagocytes. The findings of this study additionally strongly indicate that IRF4 deficiency mimics weak TCR engagement and in turn transmits every TCR signal, independent of its actually affinity and duration, into a developmental program, that give rise to an early memory formation and results in a premature onset of effector CD8+ T cell contraction. This data extend previous knowledge of IRF4 being essential for the differentiation and functionality of ag-specific effector CD8+ T cells, as it furthermore dictates the onset of CD8+ T cell contraction via the activation of several death and phagocytosis inducing pathways.
2016-07-07
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/18207
urn:nbn:de:kobv:11-100239172
http://dx.doi.org/10.18452/17555
BV043687213
eng
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Lebenswissenschaftliche Fakultät
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/142472023-10-31T04:00:21Zcom_18452_25col_18452_26ddc:370ddc:333.7ddc:910textPublicationprimusopen_accessddc:914.3ddc:570ddc:330doc-type:book
Moor-Pädagogik imBiosphärenreservat Schorfheide-Chorin
Leitfaden
Nusko, Nadine
Foos, Eva
Aenis, Thomas
Zeitz, Jutta
Bildung für eine nachhaltige Entwicklung
Biosphärenreservat Schorfheide-Chorin
Moorschutz
570 Biologie
370 Bildung und Erziehung
914.3 Landeskunde Deutschlands
333.7 Natürliche Ressourcen, Energie, Umwelt
ddc:570
ddc:370
ddc:914
ddc:333
Der Leitfaden beschreibt mehrere Bildungsprogramme – den Moorpfad, einen Projekttag, eine dazugehörige Regenvariante und Projektwochen – an zwei Standorten: dem Diebelseemoor bzw. der Europäischen Jugenderholungs- und Begegnungsstätte (EJB Werbellinsee GmbH) und dem NABU-Informationszentrum Blumberger Mühle. Er richtet sich an all diejenigen UmweltbildnerInnen, LehrerInnen und JugendleiterInnen, die Kinder und Jugendliche im Sinne einer Bildung für nachhaltige Entwicklung für die Moorthematik begeistern wollen. Die Programme basieren auf dem Grundkonzept des Materialbandes „27 Bildungsmodule zum Thema Moor“.
Peer Reviewed
2008-01-01
book
doc-type:book
http://edoc.hu-berlin.de/18452/14247
urn:nbn:de:kobv:11-100221852
http://dx.doi.org/10.18452/13595
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Lebenswissenschaftliche Fakultät
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/165502020-03-07T04:41:43Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Informationsgewinnung mittels Bindungsanalysen von Serumantikörpern an Peptidbibliotheken
ein Ansatz zur serologischen Antikörper-Diagnostik, der ohne bekannte Antigene auskommt
Bruni, Nicole
Or-Gil, Michal
Herzel, Hanspeter
Hochreiter, Sepp
Diagnose
Peptidarray
Antikörper-Reaktivitäts-Profile
Datenanalyse
diagnosis
peptide array
antibody reactivity profiling
data analysis
570 Biologie
32 Biologie
WF 9820
ddc:570
Ein charakteristisches Merkmal des humoralen Immunsystems ist die Produktion vieler verschiedener Antikörper. Geläufige diagnostische Tests für den Nachweis von Krankheit-spezifischen Serumantikörpern nutzen Antigene zum Nachweis der Krankheit via Antikörperbindung. Derartige diagnostische Tests setzen jedoch die Kenntnis von Krankheit-spezifischen Antigenen voraus. Die vorliegende Arbeit berücksichtigt die unterschiedlichen Bindungsreaktivitäten ganzer Antikörperrepertoires verschiedener Gruppen von Individuen. Dazu werden die Serumantikörperbindungen gegenüber Zufallsbibliotheken gemessen. Die Moleküle dieser beliebigen Bibliotheken müssen keine Verwandtschaft zu den Antigenen der Krankheit haben. Mit modernen Herstellungsverfahren von Peptidarrays auf Glasträgern können mit einmal synthetisierten Peptiden hunderte von Träger-Replikas produziert werden. Die Suche nach hochaffinen Bindern zur Diagnose von Krankheiten mit unbekannten Antigenen oder mit Kreuzreaktivitäten zwischen gesunden und kranken Individuen könnte überflüssig werden. Gestützt auf die beschriebenen Voraussetzungen zeigt die vorliegende Arbeit, dass die Messung von Serumantikörper-Bindungen gegenüber Peptidbibliotheken mit zufälligen Sequenzen die Unterscheidung zwischen Gruppen von gesunden und kranken Individuen für unterschiedliche Krankheiten ermöglicht. Eine unerwartet kleine Anzahl von Peptiden ist ausreichend für eine zuverlässige Vorhersage der untersuchten Gruppen. Der unvoreingenommene Ansatz ermöglicht eine ebenso gute Unterscheidung von gesund und krank, wie sie auch mit voreingenommenen Bibliotheken gezeigt worden sind. Wir vermuten, dass der vorliegende Ansatz ein wichtiger Schritt in Richtung zuverlässiger Diagnose darstellt, insbesondere für Krankheiten mit noch unbekannten Antigenen. Ausserdem bietet die hohe Spezifizität der Detektone und deren kleinen Mitgliederzahl eine Grundlage für die gleichzeitige Diagnose von verschiedenen Krankheiten auf einem einzigen Peptid-Mikroarray.
A characteristic trait of the humoral immune system is the production of lots of different antibodies. Commonly used diagnostic tests for the detection of disease-specific serum-antibodies successfully exploit these antibody reactivities against disease eliciting antigens. Such diagnostic tests do however need the knowledge of disease specific antigen as a prerequisite. The presented work looks at the binding reactivities of whole antibody repertoires of different groups of individuals. Therefore the binding of serum-antibodies are measured against arbitrary probe molecule libraries. The arbitrary molecules of such libraries do not need to be related to the antigens of the disease to be diagnosed. Modern synthesis and printing processes of peptides on glass chips arrays allow the production of hundreds or peptide-chip replicas with small amounts of uniquely synthesized peptides. The search for high-affinity binders for the diagnosis of diseases with no known antigens might become redundant. Based on the described premises the presented work demonstrates the differentiation of different diseases by means of antibody serum reactivity differences towards arbitrary peptide libraries between healthy and diseased individuals. The number of peptides necessary for reliable prediction of the investigated groups of individuals are unanticipated small. The unbiased approach of the library design works as well as it possibly could with intended libraries, like whole-proteome arrays, used in recent other works. We presume our approach to be an important step forward towards reliable diagnosis, in particular for diseases caused by yet unknown antigens. Furthermore, the high specificity of the detectons and their smallness in size might provide a basis for simultaneous diagnosis of various diseases on a single peptide microarray.
2009-02-23
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/16550
urn:nbn:de:kobv:11-10097224
http://dx.doi.org/10.18452/15898
HU004125994
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/165522020-03-07T04:41:44Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Huntington's disease
transcriptional dysregulation and computational models for cell death caused by protein aggregation
Bernard, Branka
Herzel, Hanspeter
Hoefer, Thomas
Krsnik-Rasol, Marijana
Huntington''sche Krankheit
Proteinaggregation
Veränderungen der Transkription
mathematisches Modell
mathematical model
Huntington''s disease
protein aggregation
transcriptional dysregulation
570 Biologie
32 Biologie
YG 5500
ddc:570
Die Huntington''sche Krankheit (Huntington''s disease, HD) ist eine tödliche neurodegenerative Erkrankung mit einem extensiven Verlust von Neuronen im Striatum. Die Ursache für HD ist eine genetische Mutation, bei der eine CAG-Wiederholungssequenz verlängert wird. Im resultierenden Protein, das Huntingtin (htt) genannt wurde, diese Mutation führt zur Missfaltung und Aggregation von htt. Ich habe untersucht ob die Bildung von htt-Aggregaten die Transkription von Genen dass sie von HD-assoziierten Transkriptionsfaktoren kontrolliert werden, verändert. Zur Untersuchung der Transkription wurden die zu untersuchenden Gene auf cDNA-Mikroarrays aufgebracht und mit RNA, welche aus den Zellen nach der Induktion der Expression des mutierten htt gewonnen wurde, hybridisiert. Es wurden keine systematischen Veränderungen innerhalb der durch spezifische Transkriptionsfaktoren regulierten Gengruppen gefunden. Ich habe auch mehrere mathematische Modelle erstellt, welche die htt-Aggregation und den Zelltod beschreiben. Die Ergebnisse zeigten, dass eine transiente Dynamik im System und die nicht-monotone Reaktion auf Parameteränderungen zu den nicht-intuitiven Ergebnissen bei Behandlungsansätzen, welche die htt-Aggregation beeinflussen, führen könnten. Für den Fall, dass Aggregate die toxische Form von htt sind, zeigten die numerischen Simulationen dass das Einsetzen der Aggregation, welches durch ein Überschießen der Aggregatkonzentration gekennzeichnet ist, am ehesten zum Zelltod führt. Dieses Phänomen wurde "one-shot"-Modell genannt. Es gibt, auch bei HD-Patienten mit gleicher Länge der CAG-Wiederholungssequenz, eine große Varianz des Alters bei Krankheitsausbruch (age of onset, AO). Ich habe ein stochastisches Modell für den neuronalen Zelltod im Striatum entwickelt. Das Modell zeigte, dass ein signifikanter Anteil der nicht erklärbaren Varianz des AO der intrinsischen Dynamik der Neurodegeneration zugeschrieben werden kann.
Huntington''s disease (HD) is a fatal neurodegenerative disorder characterized by a progressive neuronal loss in the striatum of HD patients. HD is caused by a CAG repeat expansion which translates into a polyglutamine stretch at the N-terminus of the huntingtin protein (htt). The polyQ stretch induces misfolding, cleavage and aggregation of htt. To test the hypothesis that the sequestration of transcription factors into the htt aggregates causes transcriptional changes observed in HD models, I compiled lists of genes controlled by the transcription factors associated with HD. These genes were spotted on cDNA microarrays that were later hybridized with RNA extracted from cells expressing a mutant htt fragment. In this study, no systematic changes related to a specific transcription factors were observed. Formation and the accumulation of htt aggregates causes neurotoxicity in different HD model systems. To investigate the consequences of therapeutic strategies targeting aggregation, I derived several mathematical models describing htt aggregation and cell death. The results showed that transient dynamics and the non-monotonic response of cell survival to a change of parameter might lead to the non-intuitive outcome of a treatment that targets htt aggregation. Also, the numerical simulations show that if aggregates are toxic, the onset of aggregation, marked by the overshoot in the concentration of aggregates, is the event most likely to kill the cell. This phenomenon was termed a one-shot model. The principal cause of the variability of the age at onset (AO) is the length of the CAG repeat. Still, there is a great variance in the AO even for the same CAG repeat length. To study the variability of the AO, I developed a stochastic model for clustered neuronal death in the HD striatum. The model showed that a significant part of the unexplained variance can be attributed to the intrinsic stochastic dynamics of neurodegeneration.
2009-01-21
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/16552
urn:nbn:de:kobv:11-10097240
http://dx.doi.org/10.18452/15900
HU004126175
eng
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/166022020-03-07T04:41:59Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Induction and regulation of antiviral defence mechanisms through intracytoplasmic sensors
Lee, Min-Hi
Herrmann, Andreas
Hippenstiel, Stefan
Schönrich, Günther
Hantavirus
angeborene Immunantwort
PRR
PAMP
Hantavirus
innate immunity
PRR
PAMP
570 Biologie
32 Biologie
WF 4500
ddc:570
Das Wechselspiel zwischen Viren und ihren Wirtszellen beginnt meist an pattern recognition-Rezeptoren (PRRs), die für die Erkennung unterschiedlichster Pathogene anhand bestimmter Strukturen, sogenannten pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), zuständig sind. Nach Detektion lösen die PRRs über verschiedene Signalkaskaden eine antivirale Antwort aus, die zur Expression antiviraler Gene führt. RIG-I und MDA5 sind zytoplasmatisch lokalisierte PRRs und erkennen RNA-Strukturen, die insbesondere während der viralen Replikation und Transkription verfügbar sind. Hantaviren sind humanpathogene RNA-Viren mit einem einzelsträngigen, segmentierten Genom. Die Konsequenzen hantaviraler Infektionen auf molekularer Ebene wurden bereits detailliert untersucht, aber die Mechanismen, die zur Induktion der Immunantwort führen, wie auch mögliche Immunevasionsstrategien, die wahrscheinlich in Zusammenhang mit der Pathogenität des jeweiligen Hantavirusstamms variieren, konnten bisher nicht identifiziert werden. Da Hantaviren im Cytoplasma ihrer Wirtszellen replizieren, stellen RIG-I und MDA5 potentielle Detektoren dar. In dieser Doktorarbeit wird die Bedeutung von RIG-I und MDA5 für die Erkennung von Hantavirus-Infektionen untersucht. Wachstumskinetiken zeigten, daß RIG-I die Replikation von pathogenen wie auch apathogenen Hantaviren beeinträchtigt. Außerdem konnte die RNA hantaviraler Nukleocapsid- (N-) ORFs als eine virale Komponente identifiziert werden, die Typ I Interferon über RIG-I induziert. Das Ausmaß der Interferon-Aktivierung korrelierte hierbei tendenziell mit dem Virulenzgrad der Virusstämme und war für die nicht-pathogenen Hantaviren nicht nachweisbar. Unterschiede in der Aktivierungsstärke können anhand vorläufiger Daten wahrscheinlich auf noch nicht identifizierte Motive zurückgeführt werden, die am 3’-Ende der N ORFs liegen. Im Gegensatz dazu wurde keine Interferon-Aktivierung durch hantavirale Komponenten über MDA5 festgestellt.
Host-virus interaction is usually initated by pattern recognition receptors (PRRs) which are responsible for the recognition of various pathogens based on so-called pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). Upon detection, PRRs trigger an antiviral immune response through different signalling cascades that lead to the expression of antiviral genes including interferon genes. RIG-I and MDA5 are cytoplasmically localised PRRs and recognise RNA patterns that are particularly available during viral replication and transcription. Hantaviruses are RNA viruses with single-stranded segmented genomes. The consequences of hantaviral infections have been analysed in detail, but the mechanisms that lead to the induction of the innate immune response as well as immune evasion strategies depending on the pathogenicity of the respective hantavirus strains have not been identified yet. Since hantaviruses replicate in the cytoplasm of their host cells, RIG-I and MDA5 represent potential PRRs for hantaviral detection. This thesis investigates the impact of RIG-I and MDA5 on recognition of hantaviral infections. Growth kinetics show that RIG-I impairs the replication of pathogenic as well as non-pathogenic hantaviruses. Furthermore, the RNA of hantaviral nucleocapsid protein (N) ORF could be identified as a viral component responsible for the induction of RIG-I signalling. It is shown that the degree of interferon promotor activation correlates with the virulence of the hantavirus strain from which the N ORF was derived. Based on preliminary data, differences in activation strength may be attributed to not yet identified motifs at the 3’ end of the ORF. In contrast, no interferon activation through MDA5 could be observed.
2009-06-25
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/16602
urn:nbn:de:kobv:11-100100004
http://dx.doi.org/10.18452/15950
HU004559440
eng
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/288152024-01-31T02:00:18Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Selection on an extreme-yet-conserved larval life-history strategy in a tapeworm
Benesh, Daniel
adaptive decoupling hypothesis
canalization
experimental evolution
G matrix
genetic asymmetry
virulence tradeoff
570 Biologie
ddc:570
Evolutionary stasis characterizes many phenotypes, even ones that seem suboptimal. Among tapeworms, Schistocephalus solidus and its relatives have some of the shortest developmental times in their first intermediate hosts, yet their development still seems excessively long considering they can grow faster, larger, and safer in the next hosts in their complex life cycles. I conducted 4 generations of selection on the developmental rate of S. solidus in its copepod first host, pushing a conserved-but-counterintuitive phenotype toward the limit of known tapeworm life-history strategies. Faster parasite development evolved and enabled earlier infectivity to the stickleback next host, but low heritability for infectivity moderated fitness gains. Fitness losses were more pronounced for slow-developing parasite families, irrespective of selection line, because directional selection released linked genetic variation for reduced infectivity to copepods, developmental stability, and fecundity. This deleterious variation is normally suppressed, implying development is canalized and thus under stabilizing selection. Nevertheless, faster development was not costly; fast-developing genotypes did not decrease copepod survival, even under host starvation, nor did they underperform in the next hosts, suggesting parasite stages in successive hosts are genetically decoupled. I speculate that, on longer time scales, the ultimate cost of abbreviated development is reduced size-dependent infectivity.
Peer Reviewed
2023-02-22
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/28815
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/28815-4
http://dx.doi.org/10.18452/28164
1558-5646
10.1093/evolut/qpad034
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/242252023-10-31T04:00:22Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
The filter‐house of the larvacean Oikopleura dioica. A complex extracellular architecture: From fiber production to rudimentary state to inflated house
Razghandi, Khashayar
Janßen, Nils
Le, Mai-Lee Van
Stach, Thomas
appendicularia
cellulose
extracellular matrix
filter
tunicata
570 Biologie
ddc:570
While cellulose is the most abundant macromolecule in the biosphere, most animals are unable to produce cellulose with the exception of tunicates. Some tunicates have evolved the ability to secrete a complex house containing cellulosic fibers, yet little is known about the early stages of the house building process. Here, we investigate the rudimentary house of Oikopleura dioica for the first time using complementary light and electron microscopic techniques. In addition, we digitally modeled the arrangement of chambers, nets, and filters of the functional, expanded house in three dimensions based on life-video-imaging. Combining 3D-reconstructions based on serial histological semithin-sections, confocal laser scanning microscopy, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy (SEM), and focused ion beam (FIB)-SEM, we were able to elucidate the arrangement of structural components, including cellulosic fibers, of the rudimentary house with a focus on the food concentration filter. We developed a model for the arrangement of folded structures in the house rudiment and show it is a precisely preformed structure with identifiable components intricately correlated with specific cells. Moreover, we demonstrate that structural details of the apical surfaces of Nasse cells provide the exact locations and shapes to produce the fibers of the house and interact among each other, with Giant Fol cells, and with the fibers to arrange them in the precise positions necessary for expansion of the house rudiment into the functional state. The presented data and hypotheses advance our knowledge about the interrelation of structure and function on different biological levels and prompt investigations into this astonishing biological object.
Deutsche Forschungsgemeinschaft
http://dx.doi.org/10.13039/501100001659
Peer Reviewed
2021-06-04
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/24225
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/24225-4
10.1002/jmor.21382
http://dx.doi.org/10.18452/23569
1097-4687
eng
(CC BY-NC-ND 4.0) Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/270162023-10-31T04:00:23Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Fish communities in gravel pit lakes: The impact of fisheries management and littoral structures
Matern, Sven
Arlinghaus, Robert
Mehner, Thomas
Geist, Jürgen
Fischbesiedlung
Biodiversität
Gemeinschaftszusammensetzung
Naturschutz
Fischbesatz
neue Ökosysteme
Angeln
Fischverteilung
Lebensraumaufwertung
litorales Totholz
fish colonization
biodiversity
community composition
conservation
fish stocking
novel ecosystems
recreational fishing
fish distribution
habitat enhancement
littoral deadwood
570 Biologie
ddc:570
Im ersten Teil meiner Arbeit habe ich den Einfluss von Seeentstehung und fischereilicher Bewirtschaftung auf Artenreichtum und Zusammensetzung der Fischgemeinschaften in kleinen Seen untersucht. Dafür habe ich fischereilich ungenutzte Naturseen als Referenz herangezogen und deren Fischgemeinschaft mit der von unbewirtschafteten Baggerseen, sowie fischereilich genutzten Baggerseen und Naturseen verglichen. Im zweiten Teil meiner Arbeit habe ich die Mechanismen der Totholzrekrutierung in Baggerseen untersucht und die Wichtigkeit von Totholz und anderen Litoralstrukturen im Vergleich zu den klassischen Seenvariablen Nährstoffgehalt und Seemorphologie auf die Fischabundanz im Litoral analysiert. Des Weiteren habe ich die Habitat-spezifischen Effekte auf die artspezifische, litorale Fischabundanz und die Effekte von zusätzlich eingebrachten Totholzbündeln auf die Abundanz typischer Fischarten in Baggerseen analysiert.
Ich habe herausgefunden, dass fischereiliche Bewirtschaftung die Anzahl der Fischarten in Bagger- und Naturseen erhöht ohne die Zusammensetzung der Fischgemeinschaft im Vergleich zu fischereilich ungenutzten Naturseen signifikant zu verändern. Im Gegensatz dazu unterscheidet sich die Fischgemeinschaft in fischereilich ungenutzten Baggerseen durch das Fehlen von typischen Seefischarten und eine hohe Variabilität in der Zusammensetzung zwischen den Gewässern. Ich konnte zeigen, dass die litorale Totholzmenge in Baggerseen durch die Baumdichte am Ufer in Kombination mit der Windrichtung, durch fischereiliche Bewirtschaftung in Interaktion mit der Uferneigung und das Alter der Gewässer getrieben wird und entsprechend in jungen Baggerseen niedriger ist als in alten Naturseen. Ich fand heraus, dass Litoralstrukturen, wie Totholz, wertvolle Lebensräume darstellen, wichtige Deskriptoren der art-spezifischen, litoralen Fischabundanz sind und die Fischabundanz grundsätzlich mit der Strukturmenge ansteigt.
In the first part of my thesis, I studied the effects of lake genesis and fisheries management on fish species richness and community composition in small lakes. I used fish communities in unmanaged natural lakes as reference and compared them to unmanaged gravel pit lakes as well as managed gravel pit and natural lakes. In the second part, I investigated the recruitment of littoral deadwood in gravel pit lakes and analysed the importance of deadwood and other littoral structures on littoral fish abundance in gravel pit lakes compared to the lake environmental variables such as nutrient level and lake morphology. I further analysed habitat-specific effects on species-specific littoral fish abundance and focussed explicitly on the effects of deadwood bundles implemented in the littoral zone.
I found fisheries management to increase the number of fish species in gravel pit and natural lakes, but not leading to different fish community compositions compared to unmanaged natural lakes. By contrast, unmanaged gravel pit lakes were characterized by a lack of typical lake fish species and a high variation in fish community composition among lakes (β-diversity). I detected littoral deadwood densities in gravel pit lakes to be mainly driven by lake age, riparian tree density in interaction with wind direction and littoral slope in angler-managed lakes, with lowest deadwood densities in shallow areas of angler-managed lakes. Furthermore, deadwood densities were lower in young gravel pit lakes compared to old natural lakes. I detected littoral structures, such as littoral deadwood, as appropriate habitats and important descriptors of the species-specific, littoral fish abundance in gravel pit lakes with generally positive effects of structure extension on fish abundance. Littoral habitat characteristics were mostly of similar, or even higher, importance for fish abundance compared to lake environmental factors.
2023-03-28
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/27016
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/27016-9
http://dx.doi.org/10.18452/26182
eng
10.1111/jfb.13989
10.1111/fwb.14001
10.1007/s10750-021-04563-4
10.1007/s10750-023-05152-3
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/160252020-03-07T04:39:23Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Immunogenicity of hantavirus Dobrava nucleocapsid protein derivatives in mice
Geldmacher, Astrid
Krüger, Detlev H.
Pumpens, Paul
Lucius, Richard
Impfstoff
Hantaviren
Virus-ähnliche Partikel
Dobrava Virus
rekombinantes Nukleokapsidprotein
Antikörperantwort
Präexistierende Immunantwort
Hantavirus
Dobrava virus
antibodies
virus-like particle
recombinant nucleocapsid protein
preexisting immunity
vaccine
570 Biologie
32 Biologie
XD 7303
XD 7314
XD 7950
ddc:570
Das in Europa vorkommende Dobravavirus (DOBV) gehört zu den Hantaviren und wird durch die Gelbhalsmaus Apodemus flavicollis übertragen und kann im Menschen zu einem "Hämorrhagischen Fieber mit renalem Syndrom" (HFRS) führen. Das Nukleokapsidprotein (N) von Hantaviren ist stark immunogen in Menschen und eine Impfung mit rekombinanten N Derivativen wie chimaere Hepatitis B Virus (HBV) Corepartikel oder das komplette N schützt in Nagetiermodellen vor einer Hantavirusinfektion. In der vorliegenden Arbeit wurde die Immunogenität von zwei auf dem DOBV N basierende Protein Derivativen in Mäusen getestet. Es wurden in E. coli exprimierte chimaere HBV Corepartikel verwendet, die einen Teil des DOBV N trugen (HBcdDOB120), sowie in Hefen eprimiertes komplettes DOBV rN. Anschließend wurden BALB/c und C57BL/6 Mäuse mit den jeweiligen Proteinen immunisiert. Sowohl BALB/c, als auch C57BL/6 Mäuse entwickelten eine starke, langanhaltende N-spezifische Antikörperantwort, die eine starke Kreuzreaktivität gegenüber der rN anderer Hantaviren aufwiesen, nach Impfung mit HBcdDOB120 oder DOBV rN-Protein. Es wurden Antikörper aller IgG Subklassen, sowie N-spezifische IFN-( und IL-4 sekretierende Lymphozyten induziert, was auf eine gemischte Th1/Th2 Antwort schließen lies. Die Frequenz der durch die Immunisierungen induzierte N-spezifischen Lymphozyten war allerdings gering. Auch in Mäusen, die hohe HBc-spezifische Antikörpertiter aufwiesen konnte eine starke N-spezifische Antikörperantwort mittels Impfung mit HBcdDOB120 induziert werden. HBcdDOB120 und DOBV rN stellen vielversprechende Vakzinekandidaten dar, die auf ihre Protektivität hin getestet werden sollten. Da HBcdDOB120 sowie DOBV rN eine starke Antikörperantwort und nur eine schwache T-Zellantwort induzieren sollte zusätzlich die Rolle von N-spezifischen Antikörpern im Schutz gegen die Virusinfektion weiter charakterisiert werden.
In Europe, the hantavirus Dobrava (DOBV) is carried by the yellow-necked mouse Apodemus flavicollis and causes "haemorrhagic fever with renal syndrome" in humans. The nucleocapsid protein (N) is very immunogenic in infections of humans and rodents. Immunisation with N protein derivatives, like chimeric hepatitis B virus core (HBc) particles and entire recombinant N could protect rodents from a hantavirus infection. In this study, the immunogenicity of the two following derivatives based on the DOBV N protein was tested in mice. Chimeric HBV core particles, consisting of truncated HBc (HBcd) particles carrying part of the DOBV N (HBcdDOB120) were expressed in E. coli and the entire DOBV rN in yeast. Hence BALB/c and C57BL/6 mice were immunised subcoutanously with both antigens. Mice of both strains elicited strong and longlived N-specific antibody responses after HBcdDOB120 as well as after DOBV rN immunisation. Both derivatives induced antibodies that were highly cross-reactive to the rN of the hantaviruses Puumala, Hantaan, Andes and Sin Nombre. HBcdDOB120 and DOBV rN induced N-specific antibodies of all IgG subclasses, suggesting a mixed Th1/Th2 immune response. In the same line, IFN-( and IL-4 was secreted by N-specific lymphocytes from mice immunised with HBcdDOB120 or DOBV rN after in vitro restimulation which also indicated a mixed Th1/Th2 response. However, the frequency of N-specific lymphocytes was low. In mice that exhibited a high HBc-specific antibody titer HBcdDOB120 also induced a strong N-specific immune response. HBcdDOB120 and DOBV rN represent promising vaccine candidates that should be tested for their protective potential in a DOBV challenge model as soon as one gets available. Additionally, as protection might be partially based on N-specific antibodies, their role in protecting against a hantavirus infection should be characterised further.
2005-12-14
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/16025
urn:nbn:de:kobv:11-10055216
urn:nbn:de:kobv:11-10067621
urn:nbn:de:kobv:11-10067637
http://dx.doi.org/10.18452/15373
HU001508475
eng
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
application/octet-stream
application/octet-stream
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/154232020-03-07T04:36:36Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Glutamattransport und exzitatorische synaptische Transmission im medialen entorhinalen Cortex
Iserhot, Claudia
Herz, A.
Hennig, M.
Heinemann, U.
entorhinaler Kortex
Glutamattransporter
negative Rückkopplung
mGluR
enthorinal cortex
glutamate transporter
negative feedback
mGluR
570 Biologie
32 Biologie
WW 4120
ddc:570
Glutamat ist der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter im Zentralnervensystem der Säugetiere. Die präzise Kontrolle des extrazellulären Glutamatspiegels ist für eine normale synaptische Transmission wichtig und erforderlich, um die Neurone vor Exzitotoxizität zu schützen. Im Gehirn sorgen vor allem verschiedene hochaffine Na+-abhängige Glutamattransporter für diese Kontrolle. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb untersucht, welchen Einfluß die Inhibition der Glutamattransporter auf die exzitatorische synaptische Transmission in Schicht III, einer Region in der bei Alzheimer-Demenz, Schizophrenie und Epilepsie häufig Zellschädigungen und Zellverluste beobachtet werden, und Schicht V des medialen entorhinalen Kortex (mEC) hat. Extrazelluläre Messungen in den Schichten III und V der Ratte zeigten, daß die verwendeten Transport-Inhibitoren signifikant die negativen Feldpotentialkomponenten beider Schichten reduzierten. Schichtspezifische Unterschiede konnten dabei nicht festgestellt werden, was auf eine ähnliche Glutamatregulation in beiden Schichten schließen läßt. Für die anschließenden intrazellulären und patch-clamp Messungen wurden aus diesem Grund nur noch Neurone der Schicht III untersucht. Beide Transport-Inhibitoren (L-trans-2,4-PDC und DL-TBOA) reduzierten die Amplituden der pharmakologisch isolierbaren EPSPs/EPSCs ohne die Kinetik zu beeinflussen. Diese reduzierende Wirkung konnte durch trans-(±)-ACPD, einen Agonisten der Gruppe I und II metabotropen Glutamatrezeptoren (mGluRs), nachgeahmt werden. Die Vorinkubation der Hirnschnitte mit dem unspezifischen Gruppe I und II mGluR-Antagonisten MCPG verhinderte die durch trans-(±)-ACPD hervorgerufene Amplitudenreduktion und auch den reduzierenden Effekt der beiden Transport-Inhibitoren. In nachfolgenden Experimenten mit dem spezifischen Gruppe II mGluR-Antagonisten EGLU konnte dieser zwar die durch L-trans-2,4-PDC hervorgerufene Wirkung verhindern, nicht aber den durch DL-TBOA vermittelten Effekt, was auf eine Aktivierung von Gruppe I mGluRs hinweist. Zusätzlich führte die Applikation von DL-TBOA zu einer signifikanten Veränderung des Doppelpuls-Index, was auf einen präsynaptischen Wirkmechanismus hinweist. Die Applikation von L-trans-2,4-PDC hingegen hatte keinen Effekt auf den Doppelpuls-Index. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit sprechen dafür, daß beide Transport-Inhibitoren die erregende synaptische Transmission über eine Aktivierung präsynaptischer metabotroper Glutamatrezeptoren der Gruppen I und II hemmen. Dabei konnte festgestellt werden, daß diese Hemmung unter Applikation von DL-TBOA die präsynaptische Transmitterausschüttung über einen negativen Rückkopplungsmechanismus durch Aktivierung von Gruppe I mGluRs vermindert, während L-trans-2,4-PDC seine Wirkung vor allem über eine Aktivierung der Gruppe II vermittelt. Dabei kann davon ausgegangen werden, daß L-trans-2,4-PDC in der benutzten Konzentration die mGluRs der Gruppe II direkt aktivieren kann und der Effekt nicht nur präsynaptisch vermittelt wird.
Glutamate is the primary excitatory neurotransmitter in the mammalian central nervous system. The precise control of extracellular glutamate is crucial for the maintenance of normal synaptic transmission and the prevention of excitotoxicity. High-affinity glutamate transporters ensure termination of glutamatergic neurotransmission and keep the synaptic glutamate concentration below excitotoxic levels. In layer III, a region that is especially prone to cell damage in Alzheimer's disease, schizophrenia and epilepsy, and layer V of the medial entorhinal cortex (mEC) effects of blocking glutamate uptake on excitatory synaptic transmission were studied. Extracellular recordings in rat brain slices revealed that application of glutamate uptake inhibitors significantly reduced stimulus-induced negative field potentials in both, layer III and V of the mEC. This effect showed no significant differences in both layers suggesting a similar glutamate regulation in layer III and V. Therefore, only layer III neurons of the mEC were used for the subsequent intracellular and patch-clamp recordings. Two competitive glutamate transporter antagonists, DL-TBOA and L-trans-2,4-PDC, reduced the amplitude of pharmacologically isolated EPSPs/EPSCs without changing the time course of the events. This effect was mimicked by trans-(±)-ACPD, an agonist of group I and II metabotropic glutamate receptors (mGluRs). The competitive group I and II mGluR antagonist MCPG blocked the depression of the EPSC amplitude induced by trans-(±)-ACPD and also masked the effect of either DL-TBOA or L-trans-2,4-PDC. Furthermore, EGLU, which selectively antagonizes group II mGluRs, masked the effect of L-trans-2,4-PDC but not that of DL-TBOA, indicating an involvement of group I mGluRs in the latter case. Finally, DL-TBOA significantly enhanced the paired-pulse index, suggesting a presynaptic mechanism for the depression of EPSP/EPSC amplitude, whereas application of L-trans-2,4-PDC had no significant effect on the paired-pulse behaviour. The present study shows that both transport inhibitors depress pharmacologically isolated EPSPs/EPSCs in layer III neurons of the mEC in combined entorhinal-hippocampal slices. This effect seems to be mediated via activation of different groups of mGluRs. The results suggest that DL-TBOA causes a negative feedback on glutamate release via indirect activation of presynaptic group I mGluRs, possibly due to an accumulation of glutamate, whereas application of L-trans-2,4-PDC most likely leads to an activation of presynaptic group II mGluRs reducing Ca2+-independent release. The latter might be due to a direct action of L-trans-2,4-PDC at these receptors. The present data suggest that blockade of glutamate transport in the mEC does not lead to an excessive accumulation of glutamate because of a counteractive autoinhibiting mechanism.
2001-05-02
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/15423
urn:nbn:de:kobv:11-10017692
http://dx.doi.org/10.18452/14771
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/156102020-03-07T04:37:27Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Veränderungen in der Genexpression fremdstoffmetabolisierender Enzyme und Bedeutung genetischer Polymorphismen unter besonderer Berücksichtigung von HIV-Virustatika
Gashaw, Isabella
Borchert, H.-H.
Brockmöller, J.
Cytochrom P450
MDR1
HIV
CYP1A1
CYP1B1
CYP3A4
P-Glykoprotein
Antiretrovirale Therapie
HEPG2
COLO-320
HELA
Alprazolam
Protease Inhibitoren
Nukleosidische Reverse Transkriptase Inhibitoren
Nicht- Nukleosidische Reverse Transkriptase Inhibitoren
RT-PCR
cytochrome P450
MDR1
HIV
CYP1A1
CYP1B1
CYP3A4
P-Glycoprotein
antiretroviral therapy
HEPG2
COLO-320
HELA
alprazolam
protease inhibitors
nucleoside reverse transcriptase inhibitors
non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors
RT-PCR
570 Biologie
32 Biologie
VS 8750
WG 4050
XD 8000
ddc:570
Die Therapie der HIV Infektion besteht aus Kombination mehrerer antiretroviraler Substanzen und birgt ein erhöhtes Risiko an Arzneimittelwechselwirkungen. Das bekannte Problem der Virusresistenz kann zudem durch Enzyminduktion begünstigt werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit lag in Untersuchungen zu Einflüssen der Virustatika auf die Expression von Cytochrom P450 Enzymen: 1A1, 1B1, 3A4 sowie der P-Glykoproteins (MDR1) an immortalisierten Zellsystemen. Die Protease Inhibitoren Indinavir, Nelfinavir, Ritonavir und Saquinavir induzierten die Regulation der mRNA Expression über den Aryl-Kohlenwasserstoff-Rezeptor (AhR) und den Pregnan-X-Rezeptor (PXR) dosisabhängig und signifikant. Die Nukleosidischen Reverse Transkriptase Inhibitoren Zalcitabin, Zidovudin und Lamivudin sowie der Nicht-Nukleosidische Inhibitor Nevirapin zeigten induktive Eigenschaften nur für die AhR Zielgene CYP1A1 und CYP1B1. Amprenavir und Efavirenz aktivierten die PXR-Regulation. Die möglichen Auswirkungen der Induktion der untersuchten Gene wurden ausführlich diskutiert. Die molekularen Grundlagen der interindividuell variierenden Aktivität von CYP3A wurden in einer Probandenstudie untersucht. Es wurden die mRNA Expression in den Leukozyten, die Aktivität des Enzyms und einige bekannte Polymorphismen unter Einwirkung von Rifampicin untersucht und diskutiert.
The therapy of HIV infection requires a combination of several antiretroviral substances accompanying risk factors for drug-drug interactions. Moreover, virus resistance can be promoted by enzyme induction caused by antiretroviral drugs. The aim of the study was to investigate the influences of antiretroviral substances on the expression of cytochrome P450 enzymes: 1A1, 1B1, 3A4 and p-glycoprotein (MDR1) using immortalized cell systems. The protease inhibitors indinavir, nelfinavir, ritonavir and saquinavir induced significantly the regulation of mRNA expression through the aryl hydrocarbon receptor (AhR) and the pregnane-x-receptor (PXR) in a concentration-dependent manner. The nucleoside reverse transcriptase inhibitors zalcitabine, zidovudine and lamivudine and the non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor nevirapine showed inductive properties only for the AhR target genes CYP1A1 and CYP1B1.Amprenavir and efavirenz activated the PXR target genes. Potentially effects of the described induction are discussed. In a second part of the work, the molecular mechanisms of the individual varying activity of the CYP3A enzyme were investigated applying an in vivo study. CYP3A4 mRNA expression and rifampicin mediated induction in leucocytes were correlated with systemic enzyme activity under induction and known polymorphisms.
2003-10-20
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/15610
urn:nbn:de:kobv:11-10020320
urn:nbn:de:kobv:11-10037981
urn:nbn:de:kobv:11-10037994
http://dx.doi.org/10.18452/14958
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
application/octet-stream
application/octet-stream
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/199482020-03-07T04:57:53Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Large-scale circuit reconstruction in medial entorhinal cortex
Schmidt-Helmstaedter, Helene
Brecht, Michael
Großhirnrinde
Elektronenmikroskopie
Gitterzellen
Konnektomik
Medialer Entorhinaler Kortex
cerebral cortex
electron microscopy
grid cells
connectomics
medial entorhinal cortex
570 Biologie
WT 2500
WW 2518
ddc:570
Es ist noch weitgehend ungeklärt, mittels welcher Mechanismen die elektrische Aktivität von Nervenzellpopulationen des Gehirns Verhalten ermöglicht. Die Orientierung im Raum ist eine Fähigkeit des Gehirns, für die im Säugetier der mediale entorhinale Teil der Großhirnrinde als entscheidende Struktur identifiziert wurde. Hier wurden Nervenzellen gefunden, die die Umgebung des Individuums in einer gitterartigen Anordnung repräsentieren. Die neuronalen Schaltkreise, welche diese geordnete Nervenzellaktivität im medialen entorhinalen Kortex (MEK) ermöglichen, sind noch wenig verstanden.
Die vorliegende Dissertation hat eine Klärung der zellulären Architektur und der neuronalen Schaltkreise in der zweiten Schicht des MEK der Ratte zum Ziel. Zunächst werden die Beiträge zur Entdeckung der hexagonal angeordneten zellulären Anhäufungen in Schicht 2 des MEK sowie zur Beschreibung der Dichotomie der Haupt-Nervenzelltypen dargestellt. Im zweiten Teil wird erstmalig eine konnektomische Analyse des MEK beschrieben. Die detaillierte Untersuchung der Architektur einzelner exzitatorischer Axone ergab das überraschende Ergebnis der präzisen Sortierung von Synapsen entlang axonaler Pfade. Die neuronalen Schaltkreise, in denen diese Neurone eingebettet sind, zeigten eine starke zeitliche Bevorzugung der hemmenden Neurone.
Die hier erhobenen Daten tragen zu einem detaillierteren Verständnis der neuronalen Schaltkreise im MEK bei. Sie enthalten die erste Beschreibung überraschend präziser axonaler synaptischer Ordnung im zerebralen Kortex der Säugetiere. Diese Schaltkreisarchitektur lässt einen Effekt auf die Weiterleitung synchroner elektrischer Populationsaktivität im MEK vermuten. In zukünftigen Studien muss insbesondere geklärt werden, ob es sich bei den hier berichteten Ergebnissen um eine Besonderheit des MEK oder ein generelles Verschaltungsprinzip der Hirnrinde des Säugetiers handelt.
The mechanisms by which the electrical activity of ensembles of neurons in the brain give rise to an individual’s behavior are still largely unknown. Navigation in space is one important capacity of the brain, for which the medial entorhinal cortex (MEC) is a pivotal structure in mammals. At the cellular level, neurons that represent the surrounding space in a grid-like fashion have been identified in MEC. These so-called grid cells are located predominantly in layer 2 (L2) of MEC. The detailed neuronal circuits underlying this unique activity pattern are still poorly understood.
This thesis comprises studies contributing to a mechanistic description of the synaptic architecture in rat MEC L2. First, this thesis describes the discovery of hexagonally arranged cell clusters and anatomical data on the dichotomy of the two principle cell types in L2 of the MEC. Then, the first connectomic study of the MEC is reported. An analysis of the axonal architecture of excitatory neurons revealed synaptic positional sorting along axons, integrated into precise microcircuits. These microcircuits were found to involve interneurons with a surprising degree of axonal specialization for effective and fast inhibition.
Together, these results contribute to a detailed understanding of the circuitry in MEC. They provide the first description of highly precise synaptic arrangements along axons in the cerebral cortex of mammals. The functional implications of these anatomical features were explored using numerical simulations, suggesting effects on the propagation of synchronous activity in L2 of the MEC. These findings motivate future investigations to clarify the contribution of precise synaptic architecture to computations underlying spatial navigation. Further studies are required to understand whether the reported synaptic specializations are specific for the MEC or represent a general wiring principle in the mammalian cortex.
2018-05-28
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/19948
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/19948-6
http://dx.doi.org/10.18452/19197
eng
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/268682023-03-11T02:00:38Zcom_18452_23567com_18452_23536com_18452_23532com_18452_45com_18452_5col_18452_26768doc-type:articletextPublicationprimusopen_accessstatus-type:acceptedVersionddc:570
Classical conditioning of acorn barnacles (Semibalanus balanoides): Chemosensory responsiveness and aversive learning
Klassische Konditionierung von Seepocken (Semibalanus balanoides): Chemosensorische Reizbarkeit und Vermeidungslernen
Rohner, Anja
Fernández d. V. Alquicira, Tania
Stach, Thomas
Lüter, Carsten
Learning
Invertebrate
Barnacle
Pavlov
Conditioning
Sessile
570 Biologie
ddc:570
First evidence demonstrating associative learning in the sessile invertebrate barnacle Semibalanus balanoides.
In this study we investigated the ability to associate chemosensory cues with a stressful event in the common acorn barnacle (Semibalanus balanoides).
The ecological benefit of associative learning relies on accurate assessment of predictive cues. There are no reports available on experience-dependent behavioral changes in adult barnacles’ autonomic responses. We demonstrated that repetitive aversive conditioning elicited a significant increase in the retraction rate of the cirrus and closure of the operculum after presentation of a cue. These results indicate that adult acorn barnacles are able to anticipate an aversive event through associative learning.
Peer Reviewed
2023-03
article
doc-type:article
acceptedVersion
2748-5234
http://edoc.hu-berlin.de/18452/26868
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/26868-0
http://dx.doi.org/10.18452/26172
3063369-2
und
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/272692023-05-23T01:00:48Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
The International Phenological Garden network (1959 to 2021): its 131 gardens, cloned study species, data archiving, and future
Renner, Susanne
Chmielewski, Frank-M.
Plant phenology
Europe
Long-term data
Climate change
Monitoring
570 Biologie
ddc:570
Collaborative networks that involve the compilation of observations from diverse sources can provide important data, but are difficult to maintain over long periods. The International Phenological Garden (IPG) network, begun in 1959 and still functioning 60 years later, has been no exception. Here we document its history, its monitored 23 species (initially all propagated by cloning), and the locations and years of data contribution of its 131 gardens, of which 63 from 19 countries contributed data in 2021. The decision to use clones, rather than multiple, locally adapted individuals, was based on the idea that this would “control” for genetic effects, and it affects the applicability of the data and duration of the network. We also describe the overlap among the IPG network, the Pan-European Phenology network (PEP725), and the phenological data offered by the German Weather Service. Sustainable data storage and accessibility, as well as the continued monitoring of all 23 species/clones, are under discussion at the moment, as is the fate of other phenological networks, despite a politically mandatory plant-based climate-change monitoring.
Ludwig-Maximilians-Universität München (1024)
Peer Reviewed
2021-09-07
article
doc-type:article
publishedVersion
0020-7128
http://edoc.hu-berlin.de/18452/27269
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/27269-9
10.1007/s00484-021-02185-y
http://dx.doi.org/10.18452/26572
1432-1254
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/175092020-03-07T04:46:20Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Reifungsbedingte Membranveränderungen an Eberspermien und deren Bedeutung für die Kältesensitivität der Spermien
Jakop, Ulrike Sandra
Günther-Pomorski, Thomas
Herrmann, Andreas
Schiller, Jürgen
Säugerspermien
Eber
Zellmembran
DRM
Nebenhodenreifung
Kälteresistenz
31P-NMR
MALDI-TOF MS
DRM
mammalian spermatozoa
boar
cell membrane
epididymal maturation
cold resistance
31P-NMR
MALDI-TOF MS
570 Biologie
32 Biologie
WE 5160
ddc:570
Wie in anderen Zellen sind auch bei Säugerspermien spezifische Lipide und Proteine der Zellmembran aufgrund ihrer heterogenen lateralen Verteilung in speziellen Domänen angereichert, die in unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Dimensionen existieren und der Zelle funktionale Variabilität ermöglichen. Aufgrund der fehlenden aktiven Proteinbiosynthese bietet dies den Spermien eine Möglichkeit, auf unterschiedliche Anforderungen zu reagieren. In der vorliegenden Arbeit wurden daher sogenannte detergenzresistente Membrandomänen (DRMs) aus Eberspermien unterschiedlicher Reifestadien präpariert und untersucht. Dabei stieg bereits in den Dichtegradienten mit zunehmender Reife die Dichte, bei der die opaleszenten Banden auftraten. Eine Analyse dieser mittels 31P-NMR zeigte mit zunehmender Reife eine Anreicherung an Glycerophosphatidylethanolamin und Phosphatidylinositol bei den Glycerophospholipiden, der Gehalt an Sphingomyelin hingegen nahm während der Nebenhodenreifung und auch nach der Ejakulation ab. Diese Veränderungen könnten auf eine Destabilisierung von Membrandomänen hindeuten, um eine Zusammenlagerung zu größeren Domänenclustern zu erleichtern, möglicherweise in Vorbereitung auf Kapazitation und Akrosomenreaktion. Zunächst werden die destabilisierten Membrandomänen jedoch durch die Anlagerung von Seminalplasmaproteinen geschützt, was vermutlich für das verringerte Lipid- zu Proteinverhältnis der DRMs bei Ejakulatspermien sorgt. Aufgrund der generellen Kälteempfindlichkeit von Eberspermien findet ihre Lagerung üblicherweise bei 16°C statt. Dies ist aus mikrobiologischer Sicht nachteilig gegenüber einer kälteren Lagerungstemperatur. Eine Untersuchung der Spermien von 64 Ebern zeigte jedoch bei 10% der Ejakulate eine individuum-spezifische Resistenz gegenüber der Lagerung bei 4°C. Die DRMs der kälteresistenten Spermien hatten einen erhöhten Anteil an langkettigen, mehrfach ungesättigten Fettsäuren, wie 31P-NMR und MALDI-TOF MS Analysen zeigten.
The lateral distribution of lipids and proteins in the plasma membrane is heterogeneous. Therefore specific lipids and proteins in membranes of mammalian spermatozoa are enriched in special domains of varying size and different time scales enabling the cell’s membrane functional variability. Being transcriptional inactive this is especially relevant for spermatozoa in responding to multiple challenges on their way to fertilization. Therefore so called detergent resistant membrane domains (DRMs) from boar spermatozoa of different developmental stages were investigated. Already in the sucrose density gradients differences were visible, so the opalescent bands of more maturated sperm had a higher density. An analysis of these bands by 31P-NMR showed an enrichment of glycerophosphatidylethanolamine and phosphatidylinositol during maturation and a decrease of sphingomyelin during maturation in the epididymis and even after ejaculation. This suggests destabilization of DRMs and hence of putative membrane domains. This could enable clustering to bigger membrane domain platforms in preparation for capacitation and acrosome reaction. First, however, seminal fluid proteins cover the spermatozoa protecting the membrane with the destabilized membrane domains. This could have led to the detected decrease of the lipid to protein ratio in DRMs of ejaculated sperm. Boar spermatozoa are sensitive to storage at cold temperatures and are therefore usually stored at 16°C, which is especially disadvantageous with regard to growing of bacteria. A screening of sperm from 64 boars showed a ratio of 10% individuals with cold resistant sperm which could be stored at 4°C without quality loss. The DRMs of cold resistant sperm had a higher proportion of longchained, polyunsaturated fatty acids, as shown by analysis with 31P-NMR und MALDI-TOF MS.
2013-11-26
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17509
urn:nbn:de:kobv:11-100213515
http://dx.doi.org/10.18452/16857
BV041452460
ger
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/218702023-10-31T04:00:24Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Mapping genes governing flower architecture and pollen development in a double mutant population of carrot
Nothnagel, Thomas
Budahn, Holger
Barański, Rafał
Grzebelus, Dariusz
Kiełkowska, Agnieszka
Straka, Petra
Metge, Kai
Linke, Bettina
Daucus carota
linkage map
MADS-box genes
male gametogenesis
alternative oxidase
chalcone synthase
570 Biologie
ddc:570
A linkage map of carrot (Daucus carota L.) was developed in order to study reproductive traits. The F2 mapping population derived from an initial cross between a yellow leaf (yel) chlorophyll mutant and a compressed lamina (cola) mutant with unique flower defects of the sporophytic parts of male and female organs. The genetic map has a total length of 781 cM and included 285 loci. The length of the nine linkage groups (LGs) ranged between 65 and 145 cM. All LGs have been anchored to the reference map. The objective of this study was the generation of a well-saturated linkage map of D. carota. Mapping of the cola-locus associated with flower development and fertility was successfully demonstrated. Two MADS-box genes (DcMADS3, DcMADS5) with prominent roles in flowering and reproduction as well as three additional genes (DcAOX2a, DcAOX2b, DcCHS2) with further importance for male reproduction were assigned to different loci that did not co-segregate with the cola-locus.
Peer Reviewed
2014-10-08
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/21870
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/21870-1
10.3389/fpls.2014.00504
http://dx.doi.org/10.18452/21121
1664-462X
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
image/tiff
image/tiff
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/269482023-10-31T04:00:24Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Elucidating the effect of tomato leaf surface microstructure on Botrytis cinerea using synthetic systems
Rombach, Helen
Alon, Haguy
Shapiro, Orr
Elad, Yigal
Kleiman, Maya
biomimetics
gray mold
microstructure
surface
thigmo-response
tomato
570 Biologie
ddc:570
For some pathogenic fungi, sensing surface topography is part of their infection strategy. Their directional growth and transformation to a new developmental stage is influenced by contact with topographic features, which is referred to as thigmo-response, the exact functionality of which is not fully understood. Research on thigmo-responses is often performed on biomimetically patterned surfaces (BPS). Polydimethylsiloxane (PDMS) is especially suitable for fabrication of BPS. Here, we used synthetic BPS surfaces, mimicking tomato leaf surface, made from PDMS with the pathogenic fungus Botrytis cinerea to study the influence of structural features of the leaf surface on the fungus behavior. As a control, a PDMS surface without microstructure was fabricated to maintain the same chemical properties. Pre-penetration processes of B. cinerea, including the distribution of conidia on the surface, germination, and germ tube growth were observed on both leaf-patterned and flat PDMS. Microstructure affected the location of immediate attachment of conidia. Additionally, the microstructure of the plant host stimulated the development of germ tube in B. cinerea, at a higher rate than that observed on flat surface, suggesting that microstructure plays a role in fungus attachment and development.
Peer Reviewed
2022-10-27
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/26948
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/26948-9
10.3389/fpls.2022.1023502
http://dx.doi.org/10.18452/26274
1664-462X
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/264632023-10-31T04:00:24Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Deriving a mathematical framework for data-driven analyses of immune cell dynamics
Burt, Philipp
Herzel, Hans-Peter
Klipp, Edda
Thurley, Kevin
quantitative Modellierung
Zell-Zell Kommunikation
T Zell Differenzierung
Kinetische Genexpression
Data-driven modeling
Cell-cell communication
Cell fate-decision
T cell differentiation
Kinetic transcriptome analysis
570 Biologie
ddc:570
Zelluläre Entscheidungen, wie z. B. die Differenzierung von T-Helferzellen (Th-Zellen) in spezialisierte Effektorlinien, haben großen Einfluss auf die Spezifität von Immunreaktionen. Solche Reaktionen sind das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels einzelner Zellen, die über kleine Signalmoleküle, so genannte Zytokine, kommunizieren. Die hohe Anzahl der Komponenten, sowie deren komplizierte und oft nichtlineare Interaktionen erschweren dabei die Vorhersage, wie bestimmte zelluläre Reaktionen erzeugt werden. Aus diesem Grund sind die globalen Auswirkungen der gezielten Beeinflussung einzelner Zellen oder spezifischer Signalwege nur unzureichend verstanden. So wirken beispielsweise etablierte Behandlungen von Autoimmunkrankheiten oft nur bei einem Teil der Patienten. Durch Einzelzellmethoden wie Live-Cell-Imaging, Massenzytometrie und Einzelzellsequenzierung, können Immunzellen heutzutage quantitativ auf mehreren Ebenen charakterisiert werden. Diese Ansammlung quantitativer Daten erlaubt die Formulierung datengetriebener Modelle zur Vorhersage von zellulären Entscheidungen, allerdings fehlen in vielen Fällen Methoden, um die verschiedenen Daten auf geeignete Weise zu integrieren und zu annotieren. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit quantitativen Modellformulierungen für die Entscheidungsfindung von Zellen im Immunsystem mit dem Schwerpunkt auf Lymphozytenproliferation, -differenzierung und -tod.
Cellular decisions, such as the differentiation of T helper (Th) cells into specialized effector lineages, largely impact the direction of immune responses. Such population-level responses are the result of a complex interplay of individual cells which communicate via small signaling molecules called cytokines. The system's complexity, stemming not only from the number of components but also from their intricate and oftentimes non-linear interactions, makes it difficult to develop intuition for how cellular responses are actually generated. Not surprisingly, the global effects of targeting individual cells or specific signaling pathways through perturbations are poorly understood. For instance, common treatments of autoimmune diseases often work for some patients, but not for others. Recently developed methods such as live-cell imaging, mass cytometry and single-cell sequencing now enable quantitative characterization of individual immune cells. This accumulating wealth of quantitative data has laid the basis to derive predictive, data-driven models of immune cell behavior, but in many cases, methods to integrate and annotate the data in a way suitable for model formulation are missing. In this thesis, quantitative workflows and methods are introduced that allow to formulate data-driven models of immune cell decision-making with a particular focus on lymphocyte proliferation, differentiation and death.
2023-01-06
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/26463
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/26463-8
http://dx.doi.org/10.18452/25619
eng
10.3390/cells11091547
10.1101/2022.05.13.491791
(CC BY-NC-ND 4.0) Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/290862024-03-28T02:00:12Zcom_18452_26762com_18452_23536com_18452_23532com_18452_45com_18452_5col_18452_26764doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Biodiversity survey of marine Gastropoda of Helgoland
von Drenkmann, Helen
Keramopoulou, Myrto
Gastropoda
Helgoland
intertidal
Tiefe Rinne
species composition
biodiversity
570 Biologie
ddc:570
Marine Gastropoda and their distribution around the island of Helgoland (North Sea) were studied at two different locations; the intertidal zone of the northeastern rocky shore and the so-called Tiefe Rinne, a depression situated on the edge of the island with an average depth of 50 m. 31 species of gastropods were identified and the findings were compared to previous data from the same locations. The most common species in the intertidal are Littorina littorea, Littorina obtusata, Littorina saxatilis, Steromphala cineraria, and Lacuna pallidula. In the intertidal, species composition and dynamics compared to previous studies remain largely unchanged. In the area of the Tiefe Rinne, the most common species are Crepidula fornicata, Rissoa parva, Candiella plebeia, and Atalodoris inconspicua, none of which were found in this habitat in a previous study.
Peer Reviewed
2024-03-27
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/29086
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/29086-6
http://dx.doi.org/10.18452/28416
2748-5234
2748-5234
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/174742020-03-07T04:46:11Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
When and where to lay your eggs?
How decision problems arise and are solved by phytophagous insects
Köhncke, Arnulf
Hammerstein, Peter
Leimar, Olof
Ellers, Jacintha
Entscheidungsfindung
Evolution
Insekten
Phytophagie
Eiablage
Oviposition
evolution
decision making
insects
phytophagous insects
oviposition
570 Biologie
32 Biologie
WT 3221
ddc:570
Bei der Eiablage müssen sich Pflanzen fressende Insekten wiederholt entscheiden, Eier auf Wirtspflanzen niedriger Qualität zu legen oder auf bessere Pflanzen zu warten. Diese Entscheidungen sind Fitness relevant, weil Larven sich je nach Wirt unterschiedlich entwickeln und weil Weibchen in diesem inter-temporären Optimierungsproblem sowohl zu wählerisch als auch nicht wählerisch genug sein und so nicht alle Eier bzw. Eier in zu geringer Qualität legen können. Meine Arbeit nutzt vier Ansätze um zu untersuchen, wie diese Entscheidungsprobleme entstehen und wie Weibchen diese strategisch lösen. Erstens benutze ich analytische Optimierungsmodelle um zu zeigen, dass ein evolutionärer Trade-Off zwischen Vermehrung und Überleben variierender evolutionär stabiler Ei- und Zeit-Limitierung führen kann, dass aber keiner dieser zwei Faktoren ignoriert werden darf. Zweitens stelle ich klar, dass in der Vergangenheit vorgeschlagene schematische Zeit- und Ei-Kosten der Eiablage sich nicht mit den wirklichen Selektionskräften auf die Ei-Anzahl decken und daher kein gutes Werkzeug zur Analyse von Eiablage-Strategien darstellen. Drittens zeige ich mit Optimierungs- und populationsgenetischen Modellen, dass räumliche Heterogenität in der Wirtsverfügbarkeit keine notwendige Bedingung für die Evolution von Generalismus ist, weil emergente Quellen-Senken Dynamiken die Anpassung der Insekten an marginale Habitate verhindern, wenn Migrationsraten nicht hoch sind. Viertens zeige ich an Agenten basierte Simulationen zum Beispiel des Aurorafalters, Anthocharis cardamines, dass der phänologische Spezialismus der Larven dieser Art den Eiablage-Generalismus der Weibchen zur Folge hat. Insgesamt zeigen diese vier Ergebnisse, wie nützlich theoretische Ansätze zur Untersuchung spezifischer Szenarios der strategischen Eiablage sein können und machen deutlich, dass die Evolution von Generalismus leichter aus zeitlicher denn aus räumlicher Heterogenität folgt.
Ovipositing phytophagous insects repeatedly face the decision problem of laying eggs on lower-quality host plants or waiting out for higher-quality ones. These choices carry fitness costs and benefits because larvae develop differentially on different hosts and because, in this inter-temporal optimization task, females may be too choosy and die before laying all eggs (i.e. become time-limited) or not be choosy enough and run out of eggs before their death (i.e. become egg-limited). This thesis employs four approaches to examine how oviposition decision problems arise and how they are strategically solved by female insects. First, I use analytical optimization models to show that a life-history trade-off between survival and reproduction can lead to varying evolutionarily stable levels of egg and time limitation, but that neither egg nor time limitation can be ignored in evolutionary analyses of oviposition. Second, I highlight that such schematic time and egg costs of oviposition as advocated in the past do not match the actual forces of natural selection on egg number as partitioned between egg and time limitation and therefore represent a less useful practice to analyze oviposition strategies. Third, I use optimality and population genetic models to show that spatial heterogeneity in host availability is not a sufficient condition for the evolution of generalism because emergent source-sink dynamics preclude adaptation of insects to marginal habitats unless migration rates are high. Fourth, I employ individual-based simulations built around the case study of the orange tip butterfly, Anthocharis cardamines, to show that this species’ larvae’s phenological specialism may drive the adult females’ oviposition generalism. All these findings show the usefulness of theoretical approaches to examine specific questions of strategic oviposition. Moreover, they demonstrate that evolution of generalism more likely results from resource unpredictability in time than in space.
2013-09-26
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17474
urn:nbn:de:kobv:11-100212621
http://dx.doi.org/10.18452/16822
BV041296925
eng
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/169772020-03-07T04:43:49Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
The human G protein-coupled receptor GPR30
interaction partners and expression analysis in endothelial cells
Zazzu, Valeria
Noppinger, Patricia Ruiz
Kloetzel, Peter-Michael
Theuring, Franz
PATJ
GPR30
fluid shear stress
endothelzellen
endothelial cells
PATJ
GPR30
fluid shear stress
570 Biologie
32 Biologie
WE 5240
ddc:570
Im 1997 wurden der Orphan GPR30 aus HUVECs kloniert, die FSS ausgesetzt waren. In dieser Studie konnte gezeigt werden dass die Expression von GPR30 durch die FSS-Behandlung im Vergleich zu unbehandelten HUVEC-Zellen deutlich induziert wurde. Daraufhin wurde in einer Studie von Isensse et al. die zelluläre und gewebsspezifische Expression von GPR30 in GPR30-LacZ Reportergen-Mäusen untersucht. Es konnte eine Expression von GPR30 vorwiegend in den Endothelzellen der kleinen Arterien verschiedenster Gewebetypen nachgewiesen werden. GPR30 war postuliert dass E2 direkt binden kann und dadurch rasche nicht-genomische Signale vermittelt. Im Gegensatz dazu haben verschiedene andere Veröffentlichungen gezeigt dass E2 nicht spezifisch an GPR30 bindet. Trotz der Kontroverse ob es sich bei GPR30 um einen Östrogenrezeptor oder nicht ist bislang nichts über seine Interaktion zu anderen Proteinen und deren Wechselwirkung bekannt. Deswegen war ein Ziel dieser Arbeit, Interaktionspartner von menschlichen GPR30 zu identifizieren und folglich ein humanes vaskuläres in vitro Modell zu etabliren, um die potentiellen Interaktionen von GPR30 sowie die downstream-Effekte der Wechselwirkung zwischen GPR30 und den neuen Interaktionspartner des vaskulären Modells auf Transkriptebene zu evaluieren. Ein Screening einer humanen kardiovaskulären cDNA-Bibliothek mit Hilfe des Y2H-Systems führte zur Identifizierung mehrerer Interaktionspartner für GPR30 darunter PATJ und FUNDC2. Durch anschließende CoIP konnte die Interaktion von GPR30 mit PATJ validiert werden. Des Weiteren konnte in dieser Arbeit die Wirkung von FSS auf die Expression von GPR30 in HUVECs bestätigt und ebenfalls in weiteren anderen Endothelzellen gezeigt werden. Abschließend wurde die Rolle von GPR30 und PATJ bei der Reaktion auf FSS auf transkriptioneller Ebene in HMEC-1-Zellen genomweit untersucht. Interessanterweise war eine Gruppe von Genen aufgrund von FSS in Zellen die GPR30 überexprimierten dereguliert als alleine durch FSS.
In 1997, the orphan G protein-coupled receptor 30, GPR30, was cloned using HUVECs exposed to FSS. It was shown that the level of GPR30 expression was up-regulated in response to FSS. Subsequently, in a study performed in the laboratory where the work for this thesis was carried out, the cellular and tissue distribution of GPR30 were investigated in GPR30-LacZ reporter mice and the expression was found predominantly in the endothelial cells of small arteries in several tissue types. GPR30, was also claimed to bind 17-β-estradiol (E2) directly and to mediate rapid non-genomic signalling. In contrast, various reports have indicated that E2 fails to bind GPR30 in a specific manner. Despite the controversy on whether GPR30 is an estrogen receptor or not, nothing is known at present about its relation and interaction with other proteins. Therefore, the aim of the work described in this thesis was to identify human GPR30 protein interaction partners and to establish a human vascular in vitro model in order to evaluate the potential role of GPR30 and the downstream effects of the interaction between GPR30 and new interaction partners in a vascular model at transcript level. The screening of a human heart cDNA library using the yeast two-hybrid assay led to the identification of several interaction partners for GPR30, among them PATJ and FUNDC2. These interactions were verified by CoIP experiments and the interaction of GPR30 with PATJ could be confirmed. The effect of FSS on the expression of GPR30 was confirmed in HUVECs and was detected in other endothelial cell types. In HUAECs, HAoECs and HMEC-1 cells GPR30 was also found up-regulated upon FSS, suggesting that GPR30 may indeed play a key role in vascular physiology. Finally, the role of GPR30 and PATJ in the FSS response was investigated at the genome-wide transcript level in HMEC-1 cells. Interestingly, a different panel of genes was deregulated owing to FSS in cells over-expressing GPR30 compared to FSS alone.
2011-05-31
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/16977
urn:nbn:de:kobv:11-100187598
http://dx.doi.org/10.18452/16325
BV037467019
eng
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/260112023-12-18T08:16:39Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:540ddc:570
Role of NF-κB in autophagy-controlled inflammatory responses and in intestinal epithelial cell fate decisions
Brischetto, Cristina
Scheidereit, Claus
Sommer, Thomas
Naumann, Michael
NF-kB
Autophagie
Entzündung
Dünndarm
small intestine
NF-kB
autophagy
inflammation
540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
570 Biologie
WF 9910
ddc:540
ddc:570
Es wird vermutet, dass das Zusammenspiel von NF-κB-Signalen und Autophagie die Entzündung in verschiedenen zellulären Kontexten und als Reaktion auf unterschiedliche Stimuli reguliert. Der molekulare Mechanismus, durch den diese beiden Signalwege bei der Regulierung der Entzündungsreaktion zusammenwirken, ist jedoch noch nicht bekannt. Mithilfe biochemischer Analysen und bildgebender Verfahren haben wir zum ersten Mal die Interaktion zwischen dem autophagischen Marker LC3 und der NF-κB/p65-Untereinheit als Reaktion auf verschiedene Stressbedingungen charakterisiert. Wir konnten zeigen, dass die Anhäufung von LC3 im Zellkern nach der NF-κB-Aktivierung mit p65 interagiert, was durch die Ubiquitinierung des p65-Proteins gefördert und durch den Cargo-Rezeptor p62 erkannt wird. Zusammengenommen weisen diese Daten auf eine neue Rolle von p62 beim Transport von im Kern ubiquitiniertem p65 zu Autophagosomen hin, wo es abgebaut wird, um die entzündungsbedingte NF-κB-Hyperaktivierung zu kontrollieren. Diese Erkenntnisse sind wichtig für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien gegen Krankheiten, die mit einer gestörten Autophagie und einer konstitutiven NF-κB-Aktivität einhergehen. Die NF-κB-Signalübertragung spielt nicht nur eine entscheidende Rolle bei Entzündungen und der Tumorbildung, sondern ist auch für Entwicklungsprozesse wichtig. Durch die Etablierung von 3D-Organoid-Kulturen aus dem Dünndarm und unter Verwendung verschiedener Mauslinien weisen wir im zweiten Teil der Arbeit nach, dass NF-κB eine wichtige Funktion bei der Zelldifferenzierung und der Erhaltung von Stammzellen in vivo und ex-vivo spielt. Wir konnten zeigen, dass die Proliferation und das Absterben von Darmepithelzellen (IEC) bei Mäusen mit ubiquitärer Unterdrückung der NF-κB-Aktivität unverändert sind, während die Zahl der Becherzellen auf Kosten der Paneth-Zellen zunimmt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unsere Ergebnisse eine neue IEC-immanente Rolle von NF-κB bei Entscheidungen über das Zellschicksal und die Differenzierung aufzeigen, die über die Regulierung der Wnt-Signale und der Sox9-Expression stromabwärts von NF-κB erfolgt. Die hier beschriebenen Erkenntnisse verbessern unser Verständnis der NF-κB-Funktionen in der Stammzellbiologie, die, wenn sie dereguliert sind, auch Auswirkungen auf die Entzündung des Darms und die Tumorentstehung haben.
The interplay between NF-κB signaling and autophagy has been suggested to regulate inflammation in different cellular contexts and in response to different stimuli. However, the molecular mechanism by which these two pathways interact to regulate the inflammatory response remains elusive. By using biochemical analysis and imaging techniques, we characterized for the first time the interaction of autophagic marker LC3 and NF-κB/p65 subunit in response to different stress conditions. We demonstrated that the accumulation of LC3 within the nucleus interacts with p65 following NF-κB activation, which is promoted by ubiquitination of p65 protein and recognized by the cargo receptor p62. Together, these data identify a novel role for p62 in trafficking nuclear-ubiquitinated p65 to autophagosomes for degradation to control inflammation-driven NF-κB hyperactivation. These findings are important for developing novel therapeutic strategies against diseases involving defective autophagy and constitutive NF-κB activity. In addition to its critical role in inflammation and tumor formation, NF-κB signaling is essential in developmental processes. Establishing 3D organoid culture from the small intestine and using different mouse lines, we prove in the second part of the thesis that NF-kB plays an important function in cell differentiation and stem cell maintenance in vivo and in ex-vivo. We demonstrated that while intestinal epithelial cell (IEC) proliferation and death are unaltered in mice with ubiquitous suppression of NF-κB activity, goblet cell numbers increase at the expense of Paneth cells. In summary, our results revealed a novel IEC-intrinsic role of NF-κB in cell fate decisions and differentiation which occur via regulation of Wnt signaling and Sox9 expression downstream of NF-κB. The findings described here improve our understanding of NF-κB functions in stem cell biology which, when deregulated, also have an impact on intestinal inflammation and tumorigenesis.
2022-09-16
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/26011
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/26011-4
http://dx.doi.org/10.18452/25030
eng
(CC BY-NC 4.0) Attribution-NonCommercial 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/100802020-03-07T04:17:32Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articletextPublicationprimusopen_accessddc:050ddc:570ddc:630ddc:580ddc:500
Einfluss der Wasserversorgung auf biomorphologische und pflanzenphysiologische Merkmale von Tomatenjungpflanzen in Holzfasersubstrat
Gruda, Nazim
Schnitzler, Wilfried H.
stress
Torfersatz
alternative substrate
free proline
soilless culture
growing media
growing medium
tomatoes
transplants
vegetable
570 Biologie
630 Landwirtschaft und verwandte Bereiche
500 Naturwissenschaften und Mathematik
580 Pflanzen (Botanik)
050 Allgemeine fortlaufende Sammelwerke
ddc:570
ddc:630
ddc:500
ddc:580
ddc:050
Recently the use of the mixture with wood fiber substrates for cultivation of vegetable transplants has received increasing attention. Several experiments were conducted to investigate the effect of water supply on bio-morphological and plant-physiological parameters of tomato transplants cultivated in pure wood fiber substrates in order to optimize cultivation. Optimal growth of transplants in these substrates requires high moisture levels. Comparing time-dependent with water-tension-dependent irrigation (φ = -30 hPa) showed that almost identical bio-morphological plant characteristics were achieved. In an ebb/flood system, irrigation pulses are recommended at φ = -30 hPa for better leaf morphological parameters and optimal root development of tomato transplants in a coarse substrate. Measurements of free proline in plants grown under these irrigation levels support these results. Critical water tension for irrigation pulses and content of free proline in tomato transplants were closely correlated (r(2)=0.95).
Peer Reviewed
2000-06-29
article
doc-type:article
0949-5460
http://edoc.hu-berlin.de/18452/10080
urn:nbn:de:kobv:11-10097287
http://dx.doi.org/10.18452/9428
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/267782023-10-31T04:00:25Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Inferring haplotype-specific chromatin conformation using Genome Architecture Mapping
Markowski, Julia
Pombo, Ana
Junker, Jan Philipp
Rahmann, Sven
Haplotyp
Bioinformatik
3D Genom
Chromatinfaltung
Algorithmenentwicklung
GAM
Genomvarianten
Allel
Haplotype reconstruction
Bioinformatics
3D Genome
Chromatin conformation
algorithm development
GAM
genomic variants
allele
570 Biologie
ddc:570
Die räumliche Organisation des Chromatins im Zellkern ist für die Regulierung der Genexpression von großer Bedeutung. Genomische Varianten können die räumliche Organisation jedoch stören und Fehlbildungen und Krankheiten verursachen. In diploiden Genomen sind die meisten genomischen Varianten heterozygot und beeinflussen hauptsächlich das homologe Chromosom, auf dem sie sich befinden. Daher ist eine allelspezifische Analyse wichtig, erweist sich aber mit aktuellen Methoden zur Erfassung der Chromatinkonformation als äußerst schwierig. Erstens ist der Haplotyp, der die Verteilung unterschiedlicher Allele über die homologen Chromosomen beschreibt, oft unbekannt. Zweitens ist, insbesondere in Genomen mit geringer Variantendichte, wie dem menschlichen Genom, eine eindeutige Zuordnung der sequenzierten Genomabschnitte (Reads) zu ihrem Ursprungschromosom häufig nicht möglich, was die Erstellung haplotypspezifischer Chromatinkontaktmatrizen von guter Qualität verhindert.
Genome Architecture Mapping (GAM) ist eine vielversprechende neue Methode mit dem Potential zur haplotypspezifischen Analyse der Chromatinkonformation. In dieser Dissertation zeige ich zunächst, dass GAM-Daten wertvolle Haplotypinformationen enthalten. Dann stelle ich GAMIBHEAR vor, einen graphenbasierten Ansatz, der die von GAM-Daten abgeleiteten Phaseninformationen nutzt, um genaue und vollständige Haplotypen zu rekonstruieren. Schließlich stelle ich Co-Phasing vor, eine neue Read-Phasing-Strategie, die erstmalig die eindeutige Zuordnung von variantenfreien Reads zu ihrem homologen Ursprungschromosom ermöglicht und somit auch die Erstellung detaillierter haplotypspezifischer Chromatinkontaktmatrizen in Maus und Mensch.
Im Gegensatz zu früheren Erkenntnissen belegen meine Ergebnisse große Unterschiede in der räumlichen Organisation homologer Chromosomenkopien und ermöglichen erstmals einen sehr detaillierten Einblick in die haplotypspezifische Chromatinkonformation des menschlichen Genoms.
The spatial organization of chromatin in the nucleus plays an essential role in precise gene expression. Genomic variants can disrupt this spatial organization, potentially causing malformations and diseases. In diploid genomes, most genomic variants are heterozygous and mainly influence the homologous chromosome they reside on. Studying the effects of these variants in an allele-specific manner is crucial but has proven challenging using current state-of-the-art techniques. First, the haplotype describing the distribution of variant alleles over the homologous chromosomes is often unknown. Second, especially in genomes with a low variant density, such as the human genome, most sequencing reads map to genomic regions that are identical between homologous chromosomes, making it difficult to determine their origin. Thus, the read-phasing efficiency is insufficient to generate haplotype-specific chromatin contact matrices of good quality.
Genome Architecture Mapping (GAM) is a promising new method for haplotype-specific analysis of chromatin conformation. In this thesis, I first demonstrate the ability of GAM data to provide valuable haplotype information. Then, I introduce GAMIBHEAR, a graph-based approach that leverages the GAM-derived phase information to infer accurate and complete haplotypes. Finally, building on GAMIBHEAR, I present Co-Phasing, a novel read-phasing strategy that allows for the unique assignment of variant-free reads to their homologous chromosome of origin and thus enables the creation of detailed haplotype-specific chromatin contact matrices in mouse and human.
In contrast to previous findings, my results show significant differences in the spatial organization of homologous chromosomes and provide the first detailed view of haplotype-specific chromatin conformation in the human genome.
2023-02-23
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/26778
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/26778-0
http://dx.doi.org/10.18452/25999
eng
10.1093/bioinformatics/btab238
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/202372023-10-31T04:00:25Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Systematic Analysis of Posterior HOXA/HOXD Function in Mesenchymal Cells
Jerković, Ivana
Mundlos, Stefan
Ringrose, Leonie
Seemann, Petra
HOX
Homeobox
Transkriptionsfaktoren
DNA-Bindung
Genregulation
Entwicklung
Development
ChIP-seq
HOX
Homeobox
Transcription factors
DNA-binding
Gene regulation
ChIP-seq
570 Biologie
WX 6503
WE 2600
ddc:570
HOX-Gene sind essentielle Transkriptionsfaktoren (TFs), die den Körperplan, die Struktur und die Organbildung während der Entwicklung bestimmen. Diese komplexen Prozesse werden präzise von in verschachtelter Weise exprimierten HOX-Genen reguliert. In vitro Experimente zeigten
jedoch, dass die HOX-DNA-Bindungsdomäne stark konserviert ist und oft ähnliche DNA-Sequenzen bindet. Die niedrige biochemische Bindungsspezifität und die hochspezifischen Funktionen stehen oft im Widerspruch und bilden das Schlussthema des so genannten Hox-Paradoxons. Das Paradox besteht aufgrund der folgenden Hindernisse: hohe Proteinhomologie, unspezifischen Antikörper sowie die verschachtelte HOX-Expressionsmuster. Das Ziel dieser Arbeit war, diese Probleme zu
überwinden, die HOX-DNA-Bindung in kontrollierten und physiologischen Umstände zu untersuchen und die Bindung von neun Gliedmaßen-spezifischen posterioren HOXA und -D-TFs zu vergleichen. Zu diesem Zweck wurden neun Hühner-HOX-Gene (HOXA- und HOXD9-13) mit dem FLAG markiert und mittels Viren in Gliedmaßen-mesenchymalen Zellen exprimiert. Somit wurde der Vergleich unter identischen und kontrollierten Bedingungen ermöglicht. Im Einklang mit in vivo Funktionsdaten zeigten die HOX-Bindungsprofile, dass zwei direkte Paraloge (z. B. HOXA10 und D10) häufiger dieselben Regionen binden als zwei Nicht-Paraloge (z. B. HOXA9 und A13). Außerdem, die hier beschriebene HOX-DNA-Bindung unterscheidet sich von in vitro Bindung, was darauf hinweist, dass Kofaktoren für deren biologische Funktion wichtig sind. Zusätzlich ergab sich aus dem Bindungsvergleich, dass es zuvor unbekannte Unterschiede zwischen Bindungsweise von HOX-TFs gibt, die zumindest teilweise auf der Häufigkeit von direkter Bindung und Ko-Bindung mit anderen TFs beruhen. Schließlich wurde mit der Kombination von Genetik, Genomik und Biochemie einen neuen HOX-Kofaktor entdeckt, CTCF, der auf ein mögliches Wechselspiel zwischen der HOX-Zielregulation und der Chromatinarchitektur hindeutet.
HOX genes are essential developmental transcription factors (TFs) that pattern the animal body plan, their structures and organs. To precisely control these very diverse processes HOX genes are expressed in a nested fashion and regulate their targets in a context specific way. However, in vitro experiments indicated that HOX DNA binding domain (Homeodomain) is remarkably rigid and often binds very similar DNA sequences. This discrepancy between high functional specificity and low in vitro biochemical specificity is at the core of a problem termed Hox paradox. This paradox persists due to several biological and technical obstacles; namely high HOX protein homology and lack of sufficiently specific antibodies as well as nested HOX expression pattern. The aim of this study was to address these problems, study HOX-DNA binding in a controlled, Hox-native environment and to compare HOX-DNA binding of nine posterior vertebrate HOXA and HOXD TFs. To do this, nine chicken HOX genes (HOXA9-13 and HOXD9-13) were FLAG-tagged and virally expressed in chicken mesenchymal limb-derived cells enabling comparison of their binding in an identical setup and controlled conditions. HOX binding profiles uncovered two direct paralogues (i.e. HOXA10 and D10) bind more often same regions than two non-paralogues (i.e. HOXA9 and A13) reminiscent of in vivo functional data. Moreover, the here described in vivo HOX-DNA binding differs from in vitro binding, indicating the importance of cofactors and biological context for HOX binding and functional outcome. Additionally, binding comparison uncovered previously unknown differences between binding modes of HOX-TFs that at least partially rely on the abundance of direct binding and co-binding with other TFs. Finally, with combination of genetics, genomics and biochemistry a novel HOX cofactor, CCCTC binding factor (CTCF), was discovered suggesting potential interplay between HOX target regulation and chromatin architecture.
2018-10-11
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/20237
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/20237-9
http://dx.doi.org/10.18452/19467
eng
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1006567.s012
(CC BY 3.0 DE) Namensnennung 3.0 Deutschland
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/141202020-03-07T04:31:26Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:reporttextPublicationprimusopen_accessddc:570ddc:590ddc:500ddc:620
Optimierung und Adaption nach Vorbildern der Natur
Weller, Wolfgang
Strategien biologischer Systeme
Optimierungs- und Adaptionsverfahren
Suchstrategien
Wissensbasierte Strategien
Evolutionsstrategien
Genetische Algorithmen
570 Biologie
620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
500 Naturwissenschaften und Mathematik
590 Tiere (Zoologie)
ddc:570
ddc:620
ddc:500
ddc:590
Bei der Entwicklung neuartiger Lösungen für anstehende Probleme lässt sich der Mensch zunehmend häufiger von der Natur inspirieren. Im vorliegenden Beitrag geht es speziell um Verhaltensweisen biologischer Wesen, welche diese benutzen, um optimale Lebensbedingungen zu erlangen und aufrecht zu erhalten sowie sich Änderungen der Umgebung anzupassen. Die hier betrachteten Verfahren betreffen zielorientierte und erfahrungsbasierte sowie auch evolutionsstrategische und genetische Optimierungs- und Adaptionsstrategien. Es wird gezeigt, auf welche Weise diese Strategien formal erfasst und daraus unkonventionelle und durchaus effektive Optimierungsverfahren entwickelt werden können. Neben Angaben zu bisherigen technischen Nutzungen werden auch Hinweise zu möglichen Einsatzfeldern in natürlichen Systemen gegeben.
Peer Reviewed
2011-01-28
report
doc-type:report
http://edoc.hu-berlin.de/18452/14120
urn:nbn:de:kobv:11-100180594
http://dx.doi.org/10.18452/13468
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/157322020-03-07T04:38:00Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Identification and characterization of the ion channel TRPM8 in prostate cancer
Kaiser, Simone
Dürst, Matthias
Börner, Thomas
Kemmner, Wolfgang
TRPM8
Prostata
Krebs
Chip
Ionenkanal
TRPM8
prostate
cancer
microarray
ion channel
570 Biologie
32 Biologie
XH 8004
XH 8015
ddc:570
Das Prostatakarzinom ist die häufigste Krebserkrankung des Mannes. Bei den zu Tode führenden Tumoren wird es im Jahre 2003 nach dem Bronchialkarzinom an 2. Stelle stehen. Diese Inzidenz zeigt, dass dringend neue diagnostische Marker und therapeutische Zielgene zur Behandlung von Prostatakrebs benötigt werden. Ziel dieser Dissertation war es, mit Hilfe der DNA-Chiptechnologie neue tumorrelevante Gene für eine Small-Molecule- und Antikörper-Basierte Therapie des Prostatakarzinoms zu identifizieren. Auf einen proprietären Tumor-Chip der Firma metaGen Pharmaceuticals GmbH wurde mikrodissektiertes Normal- und korrespondierendes Tumorgewebe von 52 Prostatatumorpatienten hybridisiert. Mit Hilfe bioinformatischer Analysen der Chipergebnisse konnte das Gen TRPM8 identifiziert werden, das in Prostatatumoren in mehr als 56% der Patienten überexprimiert ist. Northern-Blot, Dot-Blot und Chipexperimente zeigten, dass TRPM8 ungewöhnlich gewebespezifisch exprimiert wird. In mehr als 400 getesteten Tumorpatienten und in 23 Normalgeweben wurde TRPM8 ausschließlich in der Prostata und neuroendokrinen Tumoren nachgewiesen. TRPM8 gehört zur Familie der Transient Receptor Potential Channel Proteins. Es konnte hier erstmals in Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer-Experimenten (FRET) gezeigt werden, dass TRPM8 Multi-Homomere bildet. Dies wurde bisher nur für Kanäle anderer TRP-Subfamilien (TRPV und TRPC) gezeigt. Weiterhin konnten erstmals mehrere Spleißvarianten von TRPM8 identifiziert werden. Quantitative RT-PCR Experimente zeigten, dass diese noch stärker in Prostatatumoren überexprimiert sind als TRPM8 selbst. Des Weiteren wurde ein neues Gen auf dem DNA-Gegenstrang von TRPM8 entdeckt, das mit Exon 11 von TRPM8 100% komplementär ist und an der Regulation von TRPM8 beteiligt sein könnte. Der Promotor von TRPM8 wurde durch eine in silico Analyse identifiziert und in vitro bestätigt. Obwohl eine starke androgenabhängige Expression von TRPM8 in LNCaP Zellen gezeigt werden konnte, wurden keine Bindungsstellen für androgenabhänginge Elemente gefunden. Allerdings ließen sich drei Bindungsstellen des androgenregulierten Homeoboxgens NKX3.1 identifizieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass TRPM8 und seine Isoformen aufgrund ihrer Gewebspezifität ausgezeichnete Angriffspunkte für eine zielgerichtete Prostatakrebstherapie sind.
Prostate cancer is the most commonly diagnosed malignancy in men in the Western World. In 2003 malignancies of the prostate will be the second most common fatal cancer in men after lung cancer as estimated by the American Cancer Society. Despite the tremendous efforts made in the past to improve the treatment of prostate cancer patients, there is still an urgent need for new markers and therapeutic targets for medication. The aim of this thesis was the identification of new genes relevant in prostate cancer, which could be used in a small-molecule or antibody based therapy of prostate cancers. Microdissected matched prostate cancer and normal tissues of 52 prostate cancer patients were hybridized to a proprietary high density Cancer-Chip based on Affymetrix GeneChip technology. Using a bioinformatic analysis, it was possible to identify TRPM8, which was highly overexpressed in 56% of prostate cancer patients. Northern blot, dot blot and gene chip experiments revealed that TRPM8 expression is extremely tissue specific. Of 400 patients and 23 tissues tested, TRPM8 expression could only be detected in the prostate and neuroendocrine tumors. Functionally, the protein belongs to the transient receptor potential channel family of non-voltage gated proteins. It could be shown for the fist time that TRPM8 subunits form homomers using FRET technology. Molecular characterization of TRPM8 transcription revealed multiple splice forms of TRPM8. Further, it was possible to identify a new mRNA present on the opposite strand of TRPM8, which was 100% complementary to exon 11 of TRPM8, thus it could possibly function as a regulatory RNA of TRP channel. All of these isoforms were found to be even higher overexpressed in prostate tumors than TRPM8 itself. The promoter region of TRPM8 was identified using in silico methods and confirmed in promoter reporter assays. Although a high androgen dependent transcriptional activation of TRPM8 could be found by RT-PCR in LNCaP cells, no androgen responsive elements was identifiable within the promoter region. On the other hand three binding sites for the androgen dependent homeobox gene NKX3.1 and several other homeobox genes were discovered. The results of the thesis show that TRPM8 and its isoforms are, due to their tissue specificity, ideal targets for the development of new therapeutic drugs for the treatment of prostate cancer.
2004-09-13
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/15732
urn:nbn:de:kobv:11-10033266
urn:nbn:de:kobv:11-10039470
urn:nbn:de:kobv:11-10039487
http://dx.doi.org/10.18452/15080
HU001113920
eng
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
application/octet-stream
application/octet-stream
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/207522020-03-07T05:02:52Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570ddc:500
Systems level generation of mammalian circadian rhythms and its connection to liver metabolism
Pett, Jan Patrick
Herzel, Hanspeter
Blüthgen, Nils
Gonze, Didier
Circadiane Uhr
Mathematisches Modell
Globale Optimierung
Lebermetabolismus
circadian clock
mathematical model
global optimization
liver metabolism
570 Biologie
500 Naturwissenschaften und Mathematik
WD 8100
WD 9200
ddc:570
ddc:500
Circadiane Uhren sind endogene Oszillatoren, die 24-Stunden Rhythmen erzeugen. Sie erlauben Organismen deren Physiologie und Verhalten an tägliche Änderungen der Umwelt anzupassen. In Säugetieren basieren solche Uhren auf transkriptional-translationalen Rückkopplungsschleifen, aber es ist noch nicht ganz verstanden, welche Schleifen zur Erzeugung von Rhythmen beitragen. Eine der physiologischen Schlüsselfunktionen von cirkadianen Uhren scheint die zeitliche Anordnung von metabolischen Prozessen zu sein. Im ersten Projekt haben wir eine Methode eingeführt, um systematisch Regulationen in einem datengetriebenen mathematischen Modell der Kernuhr zu testen. Überraschenderweise haben wir ein Rückkopplungsmotif entdeckt, das vorher noch nicht im Zusammenhang mit der circadianen Uhr in Säugetieren in Betracht gezogen wurde. Dieser Repressilator ist mit Gen-knockout Studien und weiteren Perturbationsexperimenten konsistent. Im zweiten Projekt haben wir das Modell wiederholt auf gewebespezifische Datensätze gefitted und essentielle Rückkopplungen in allen Modellversionen identifiziert. Interessanterweise fanden wir dabei für alle gewebespezifischen Datensätze Synergien von Rückkopplungen, die zusammen Rhythmen erzeugen. Desweiteren haben wir festgestellt, dass die Synergien sich abhängig vom Gewebe unterscheiden. Im dritten Projekt haben wir die circadianen Aspekte des Metabolismus untersucht. Wir haben circadiane Komponenten in verschiedenen omics Studien identifiziert, integriert und auf ein metabolisches Netzwerk gemapped. Unsere Analyse hat bestätigt, dass viele Stoffwechselwege vermutlich circadianen Rhythmen folgen. Interessanterweise haben wir festgestellt, dass die durchschnittlichen Phasen von rhythmischen Komponenten sich zwischen verschiedenen Stoffwechselwegen unterscheiden. Solche Unterschiede könnten eine zeitliche Anpassung metabolischer Funktionen an Zeiten darstellen zu denen sie gebraucht werden.
Circadian clocks are endogenous oscillators that generate 24-hour rhythms. They allow many organisms to synchronize their physiology and behaviour with daily changes of the environment. In mammals such clocks are based on transcriptional-translational feedback loops, however, it is not fully understood which feedback loops contribute to rhythm generation. Within an organism different clocks are distinguished by their localization in different organs. One of the key physiological functions of circadian clocks in various organs seems to be the temporal alignment of metabolic processes. In the first project we introduced and applied a method to systematically test regulations in a data-driven mathematical model of the core clock. Surprisingly, we discovered a feedback loop that has previously not been considered in the context of the mammalian circadian clock. This repressilator is consistent with knockout studies and further perturbation experiments. It could constitute an explanation for different phases observed between Cryptochromes, which are part of the core clock. In the second project we repeatedly fitted the same mathematical model to tissue-specific data sets and identified essential feedback loops in all model versions. Interestingly, for all tissue-specific data sets we found synergies of loops generating rhythms together. Further, we found that the synergies differ depending on the tissue. In the third project we examined the circadian aspects of metabolism. We identified rhythmic data in different omics studies, integrated and mapped them to a metabolic network. Our analysis confirmed that many metabolic pathways may follow circadian rhythms. Interestingly, we also found that the average peak times of rhythmic components between various pathways differ. Such differences might reflect a temporal alignment of metabolic functions to the time when they are required.
2019-05-16
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/20752
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/20752-0
http://dx.doi.org/10.18452/19960
eng
10.1371/journal.pcbi.1005266
10.26508/lsa.201800078
(CC BY 3.0 DE) Namensnennung 3.0 Deutschland
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/239432023-03-10T11:02:00Zcom_18452_23565com_18452_23536com_18452_23532com_18452_45com_18452_5col_18452_23571doc-type:articletextPublicationprimusopen_accessstatus-type:acceptedVersionddc:570
Differences of the phyto- and zooplakton population in water samples taken from two different depths in the Gullmarsfjord
Vollertsen, Anke
Zeugner, Laura
Gullmarfjord
Zooplankton
Phytoplankton
Skagerrak
Kattegat
East Sea
Salinity
Neritic Layer
Documentation
Halokline
Terebratulina retusa
first-time consumers
environmental pollution
Gullmarfjord
Phytoplankton
Zooplankton
Skagerrak
Kattegat
Ostsee
Salzgehalt
neritische Schicht
Dokumentation
Halokline
Terebratulina retusa
Erstkonsumenten
Umweltverschmutzung
570 Biologie
ddc:570
This field study examines the differences in phyto- and zooplankton in different depths in the water body of the Gullmarfjord. The Fjord is located at the west coast of Sweden and is fed by the waters of the Skagerrak, the Kattegat and the Baltic Sea. These waters create three layers of defined and different salinity (Vergara- Soto et al., 2010). This work focuses on the different types of plankton in the neritic layer and the first layer beneath the discontinuity layer and endeavours to count the amount of species and individuals in a sample volume of 10 l each. Many different species could be found, identified and photographed. It emerged that the amount of plankton in the surface water was considerably higher than beneath the halocline, but not of huge difference concerning the species found. The only species that could be found exclusively in the deep layer were larvae of Terebratulina retusa. Due to the common plankton blooms in autumn it was neither surprising to find high amounts of phytoplankton, such as Asterionellopsis glacialis or Chaetocerus deci- piens and Coscinodiscus sp. nor to find accordingly high amounts of first consumers, such as copepods and other crustaceans. An unexpectedly high amount of plastic fibres was found in the deep layer, which was presumably led into the fjord from the Baltic Sea and could pose a threat to invertebrates.
Diese Feldstudie untersucht die Unterschiede von Phyto- und Zooplankton in verschiedenen Tiefen im Wasserkörper des Gullmarfjords. Der Fjord liegt an der Westküste Schwedens und wird von den Gewässern des Skagerrak, des Kattegat und der Ostsee gespeist. Dieses Wasser erzeugt drei Schichten mit definiertem und unterschiedlichem Salzgehalt (Vergara-Soto et al., 2010). Diese Arbeit konzentriert sich auf die verschiedenen Planktonarten in der neritischen Schicht und der ersten Schicht unter der Diskontinuitätsschicht und versucht, die Anzahl der Arten und Individuen in einem Probenvolumen von jeweils 10 l zu zählen. Viele verschiedene Arten konnten gefunden, identifiziert und fotografiert werden. Es stellte sich heraus, dass die Planktonmenge im Oberflächenwasser deutlich höher war als unter der Halokline, aber hinsichtlich der gefundenen Arten nicht sehr unterschiedlich. Die einzigen Arten, die ausschließlich in der tiefen Schicht gefunden werden konnten, waren Larven von Terebratulina retusa. Aufgrund der häufigen Planktonblüte im Herbst war es auch nicht überraschend, hohe Mengen an Phytoplankton wie Asterionellopsis glacialis oder Chaetocerus decipiens und Coscinodiscus sp. noch entsprechend hohe Mengen an Erstkonsumenten wie Copepoden und anderen Krebstieren zu finden. In der Tiefenschicht wurden unerwartet viele Plastikfasern gefunden, die vermutlich von der Ostsee in den Fjord geleitet wurden und eine Gefahr für Wirbellose darstellen könnten.
Peer Reviewed
2021-10-01
article
doc-type:article
acceptedVersion
2748-5234
http://edoc.hu-berlin.de/18452/23943
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/23943-2
http://dx.doi.org/10.18452/23138
3063369-2
ger
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/205932020-03-07T05:01:16Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570ddc:500
Homeostatic and functional implications of interneuron plasticity
Mackwood, Owen John
Sprekeler, Henning
Kempter, Richard
O'Leary, Timothy
Inhibitorische Interneurone
Feuerraten-Homöostase
Plastizität von Interneuronen
synaptische Plastizität
inhibitory interneurons
firing rate homeostasis
interneuron plasticity
synaptic plasticity
570 Biologie
500 Naturwissenschaften und Mathematik
WW 2201
ddc:570
ddc:500
Die Erhaltung der Gehirnfunktion trotz Veränderungen im Organismus und dessen Umwelt erfordert homöostatische Mechanismen. Inhibitorische Interneurone spielen eine Schlüsselrolle bei Berechnungen und Homöostase im Gehirn. Es ist jedoch unklar, welcher Mechanismus diese Eigenschaften erzeugen kann. Diese Arbeit hat das Ziel, die homöostatischen Fähigkeiten solcher Interneurone zu bestimmen und die daraus resultierenden funktionellen Konsequenzen mit analytischen und numerischen Techniken zu ergründen.
Die zentrale Hypothese dieser Arbeit ist, dass Interneurone ihre Feuerraten modulieren, um langfristig die Aktivität exzitatorischer Neurone bei einem homöostatischen Sollwert zu halten. Wir beginnen mit einem normativen Ansatz und leiten eine Plastizitätsregel her, welche die Aktivität von Interneuronen regelt, um netzwerkweite Abweichungen vom Sollwert zu minimieren. Um die biologische Plausibilität zu erhöhen, liefern wir zwei Approximationen, bei denen jede Interneurone auf die exzitatorische Population reagiert, die sie inhibiert und zeigen, dass alle drei Varianten vergleichbare aber unterschiedliche homöostatische Fähigkeiten haben. Wir kontrastieren den normativen Ansatz mit Regeln, welche die Aktivität einer Interneurone verändern, wenn die Neuronen, die sie treiben, vom Sollwert abweichen. Diese Regeln erzeugen Konkurrenz zwischen Neuronen und führen daher zu zerstreuter Netzwerkaktivität.
Im zweiten Teil dieser Arbeit untersuchen wir, wie eine der approximierten Regeln die funktionellen Eigenschaften des sensorischen Kortex beeinflusst. Wir zeigen, dass sie mehrere experimentell Beobachtungen erklären kann, inklusive des Ko-Tunings von exzitatorischen und inhibitorischen Strömen und der Entwicklung von Zellverbänden.
Zusammenfassend liefert diese Arbeit neue Erkenntnisse darüber, wie die Regulierung der Interneuron-Aktivität für neuronale Netzwerke homöostatisch sein kann, und zeigt mögliche Auswirkungen auf die Entwicklung und Erhaltung der Gehirnfunktion auf.
Preserving brain function despite ongoing changes inside the organism, and out in the world, necessitates homeostatic mechanisms. Inhibitory interneurons play a key role in both computation and homeostasis within the brain. However, it remains unclear if there is a mechanism that can account for both of these properties. This thesis therefore aims to determine the homeostatic capabilities of such interneurons and elucidate the resulting computational consequences, using analytical and numerical techniques.
The central hypothesis of this thesis is that some interneurons slowly modulate their firing rates to maintain the long-term activity of excitatory neurons at a homeostatic set-point. Thus we begin with a normative approach, deriving a plasticity rule that regulates the activity of interneurons to minimise network-wide deviations from that set-point. In the interest of biological plausibility we also provide two approximations, both of which make each interneuron responsive to the excitatory population it inhibits, and show that all three variants exhibit comparable though distinct homeostatic capabilities. We contrast this normative approach by characterising the homeostatic properties of rules which instead alter the activity of an interneuron when the neurons that drive it deviate from the set-point. Those rules induce a competition between neurons, causing network activity to become sparse.
In the second part of this thesis, we investigate how one of the approximate rules affects computational properties of sensory cortex. We show that it can account for several experimentally reported results, including co-tuning of excitatory and inhibitory currents, and the development of excitatory-inhibitory cell assemblies.
In summation, this thesis provides new insight into how regulating interneuron activity can be homeostatic for neuronal networks, and reveals potential implications for development and preservation of brain function.
2019-03-14
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/20593
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/20593-0
http://dx.doi.org/10.18452/19796
eng
(CC BY-NC 3.0 DE) Namensnennung - Nicht kommerziell 3.0 Deutschland
http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/176102020-03-07T04:46:50Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Human natural regulatory T cells subsets
functional characterization and T cell receptor repertoire analysis
Lei, Hong
Volk, Hans-Dieter
Lucius, Richard
Reinke, Petra
Regulatorische T-Zellen
Die zentralen Gedächtnis-Zellen
Funktionalität
T-Zell-Rezeptor Repertoires
Regulatory T cells subsets
Central-memory cells
Functionality
T-cell- receptor repertoire
570 Biologie
32 Biologie
WF 9895
ddc:570
Regulatorische T-Zellen (Treg) eröffnen neue immuntherapeutische Wege zur Kontrolle unerwünschter Immunreaktionen, jedoch wirft die Heterogenität dieser Zellen die Frage auf, welche Treg-Population für die klinische Anwendung. Darauf basierend werden in dieser Arbeit drei Fragestellungen bearbeitet: i) Bestimmung der Häufigkeit von Tregs und deren Subpopulationen in verschiedenen Altersgruppen bei Empfängern einer Organtransplantation (Tx) und einer gesunden Kontrollgruppe; ii) Vergleich der Suppressorkapazität verschiedener Treg-Populationen und in vitro-Expansion der Zellen unter Erhaltung ihrer Funktionalität; iii) Klärung der Differenzierungsmerkmale von Tregs und deren Verknüpfung mit konventionellen T-Zellen (Tconv) mittels Analyse des T-Zell-Rezeptor- (TCR) Repertoires. Sowohl bei gesunden Probanden als auch bei Tx-Empfänger konnte eine altersabhängige Verschiebung von naiven (TregN) hin zu dominant zentralen Gedächtnis-Zellen (TregCM) beobachtet werden, Treg von Tx-Empfängern hatten mehr Effektor-Memory-Zellen (EM) und sie waren mehr aktiviert. In Bezug auf die Kontrolle der frühen Tconv zeigen TregCM eine erhöhte Suppressorkapazität im Vergleich zu TregN. Außerdem sind im Gegensatz zu TregN nur TregCM dazu in der Lage, Apoptose bei Responderzellen zu induzieren. Der Grund hierfür könnte in der stärkeren Expression von CTLA-4 auf TregM liegen. Die Expansionskultur führte zur phänotypischen Veränderung der TregN, deren Umwandlung in TregCM mit einer verbesserten Suppressoraktivität verbunden ist. Die Daten legen nahe, dass das Expandieren mit gesamt Treg für die Adoptive-Treg-Therapie optimal sind, da sie der größte Anteil von ihnen die hochpotenten TregCM sind. TCR-Studien mittels Next Generation Sequencing zeigen weiter, dass TregM aus TregN entstehen, anstatt aus Tconv, in einem Antigen-gesteuerten Prozess. Diese Daten belegen erstmalig neue Erkenntnisse hinsichtlich der Unterschiede der TCR-Repertoires von TregM und Tconv beim Menschen.
Regulatory T cells (Treg) offer new immunotherapeutic options to control undesired immune reactions, but the heterogeinetiy of Treg raises the question which Treg population should be used for clinical translation Thus, this project involves three main parts: i) investigating Treg frequency and subsets distribution with age in healthy donors and transplant (Tx) patients; ii) comparing the suppressive capacity of Treg subsets and expanding them in vitro without losing functionality; iii) clarifyjing the differiation relationship of Treg subsets and their relation to conventional T cells (Tconv) by T cell receptor (TCR) repertoire analysis. From both healthy donors and Tx patients, an age-dependent shift from naïve Treg (TregN) to the dominant central-memory Treg (TregCM) was observed,; However,Treg in Tx patients contained more effector-memory EM cells, , and they were pre-activated due to the exposure to allo antigens,. Regarding control of early Tconv activation, TregCM showed enhanced suppressive capacity compared to TregN; furthermore, only TregCM could induce apoptosis of responder cells while TregN could not, which may result from thehigherexpression of cytotoxic T-lymphocyte antigen 4 (CTLA-4) on TregM. Following in vitro expansion of the Treg subsets, however, TregN converted mainly into TregCM phenotype with enhanced suppression activity. The poor proliferation capacity of TregEM might indicate EM as the terminal differential stage. These data suggest that expansion with total Treg is optimal for adoptive Treg therapy as the majority of them are the highly potent TregCM. Lastly, TCR repertoire study by next generation sequencing (NGS) indicate that TregM derived from TregN rather than Tconv in an antigen-driven process. The highest similarity of the TCR repertoires was observed between TregCM and TregEM. These data reveal new insights for the first time into the distinct TCR repertoires of Treg subsets and Tconv in human by NGS technology.
2014-05-15
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17610
urn:nbn:de:kobv:11-100217240
http://dx.doi.org/10.18452/16958
BV041854697
eng
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/200302023-10-31T04:00:26Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
An in vivo study into the metabolic reprogramming of hepatocellular carcinoma
Vvedenskaya, Olga
Landthaler, Markus
Sers, christine
Cramer, Thorsten
hepatozelluläres Karzinom
Proteomik
Metabolomik
zentraler Kohlenstoffmetabolismus
Mutation
Massenspektrometer
hepatocellular carcinoma
proteomics
metabolomics
central carbon metabolism
mutation
mass spectrometry
570 Biologie
XH 7418
XH 7413
XH 7412
ddc:570
Die vorliegende Arbeit untersucht die Rolle des Metabolismus in der Entstehung und Progression des Hepatozellulären Karzinoms (HZK). Der Schwerpunkt der Studie liegt auf Veränderungen zentraler Stoffwechselwege, unter anderem der Glykolyse, der Gluconeogenese, des Citratzyklus und anderer Prozesse des Zellstoffwechsels. Umfassende Multiomikanalysen, wie etwa Proteomik, Metabolomik und gezielte Genomsequenzierung wurden angewandt, um in vivo die Mechanismen der HZK Entstehung zu verstehen. Es wurden zwei Systeme untersucht: das ASV-B Mausmodell und klinische Patientenproben. Die Kohorte bestehend aus Biopsien und Resektaten von 95 Patienten umfasste 47 Fälle von HZK und 48 Fälle ohne HZK.
Das Proteom des Mausmodells und der Patientenkohorte zeigen eine deutliche Herabregulierung wesentlicher Energie bereitstellender Kreisläufe im HZK: Glykogenstoffwechsel, de novo Synthese von Glukose, Glutaminaufnahme in den Citratzyklus, des weiteren sind 60% der Enzyme des Citratzyklus, und des Transports von Pyruvat in Mitochondrien im HZK herabreguliert. In dieser Arbeit wurde ein Isoformenwechsel auf mehreren Ebenen des zentralen Kohlenstoffmetabolismus gezeigt. Sowohl das Mausmodell, als auch die Gewebeproben von HZK-Patienten weisen Isoformenwechsel der Phosphoglyzeratmutasen und der Pyruvatkinasen auf. Die Hauptmerkmale finden sich sowohl in Modellmäusen, als auch in Patienten, und stellen so einen universalen metabolomischen Fingerabdruck des HZK dar. Darüber hinaus demonstriert diese Studie, dass die Proteomanalyse von bioptischen Material ein aussagekräftiges und ausreichendes molekular-diagnostisches Instrument für die Krebsforschung ist: die Proteomanalyse von Lebermaterial erlaubt die Unterscheidung von Tumorgewebe und tumorfreien Proben und die Dokumentation des Krankheitsverlaufs.
The present work evaluates the role of metabolism in development and progression of hepatocellular carcinoma (HCC). This study focuses on changes of central metabolic pathways, including glycolysis, gluconeogenesis, tricarboxylic acid (TCA) cycle and other processes involved in cellular metabolism and known to be dysregulated during cancer formation. Comprehensive multiomics analyses, such as proteomics, metabolomics and targeted genome sequencing, were applied in order to better understand HCC developmental mechanisms in vivo. Two main systems were studied: the ASV-B mouse model and clinical samples from human patients. The human cohort was composed of biopsy and surgery material from 95 patients: 47 HCC and 48 non-HCC.
Proteomic data from both mice and humans show a clear downregulation of the main energy-producing pathways in HCC. Glycogen metabolism, de novo glucose synthesis, glutamine uptake to the TCA cycle, approximately 60% of enzymes of TCA cycle, and transport of pyruvate to mitochondria are downregulated in HCC. An isoform switch at various levels of central carbon metabolism was demonstrated in this work. Both mice and humans with HCC reveal isoform switches at the level of phosphoglycerate mutases and pyruvate kinases. The key features are found in both mouse and human, showing a universal metabolic HCC fingerprint. This study also demonstrates that proteomic analysis of the bioptate material is a strong and sufficient molecular diagnostic tool for research in cancer: the proteomic analysis of liver material allows the distinction of tumor samples from non-tumor samples and also to track the level of disease progression.
Targeted genome sequencing revealed that no clear distinction between cancer and precancerous conditions could be made exclusively from the mutation analysis. Human metabolomic data remains inconclusive, possibly due to the different sources of tissue samples.
2018-07-05
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/20030
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/20030-7
http://dx.doi.org/10.18452/19268
eng
(CC BY-NC 3.0 DE) Namensnennung - Nicht kommerziell 3.0 Deutschland
http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/180862020-03-07T04:49:02Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Zelluläre Wirkung, Wirkmechanismen und Nachweisverfahren von Schilddrüsenhormonen und ihren Metaboliten
Lehmphul, Ina
Kloas, Werner
Köhrle, Josef
Mittag, Jens
Immunoassay
Mitochondrium
Schilddrüsenhormon
Schilddrüsenhormon-Metabolit
3
5-Diiod-L-Thyronin
3-Iodothyronamin
3
3‘
5-Triiod-L-Thyronin
Energiestoffwechsel
Hepatozyt
beta-Zelle
Glukosestoffwechsel"
hepatocyte
immunoassay
thyroid hormone
thyroid hormone metabolite
3
5-diiodo-thyronine
3-iodothyronamine
3''
5-triiodo-L-thyronine
mitochondrium
energymetabolism
beta-cell
glucosemetabolism
570 Biologie
32 Biologie
WD 5802
ddc:570
Schilddrüsenhormone (TH) regulieren Metabolismus und Energiestoffwechsel. Der TH‐Metabolit (THM) 3,5‐T2 (3,5‐Diiod‐L‐Thyronin) aktiviert Fett‐Oxidation und mitochondriale Atmung. Der THM 3‐Iodothyronamin (3‐T1AM) beeinflusst zusätzlich glukoregulatorische Prozesse. THM können zur Reduktion von Körperfett beitragen. Um 3,5‐T2 im humanen Serum nachzuweisen sollte ein Immunoassay aufgebaut, validiert und angewendet werden. In intakten hepatozellulären (HepG2) sowie pankreatischen ß‐Zellen (MIN6) sollte untersucht werden ob THM durch Modulation der mitochondrialen Aktivität die zelluläre Substratverstoffwechslung (3,5‐T2) und Insulinsekretion (3‐T1AM) regulieren können. Der Immunoassay ist sensitiv, spezifisch und misst zuverlässig 3,5‐T2 im humanen Serum. Hyper‐ und Hypothyreose zeigen vergleichbare 3,5‐T2 Konzentrationen, jedoch akkumuliert 3,5‐T2 bei sekundären Erkrankungen der Schilddrüse und athyreoten Patienten unter Thyroxin‐Supplementation. In HepG2‐Zellen konnte die Aktivierung der mitochondrialen Atmung durch 3,3‘,5‐Triiod‐L‐Thyronin (T3), jedoch nicht durch 3,5‐T2 stimuliert werden. Die Expression von TH‐transporters (THT) war gering verglichen mit Maus‐Hepatozyten. MIN6 exprimiert THT vergleichbar mit Langerhansschen Inselzellen der Maus. 3‐T1AM wird in die Zelle aufgenommen, zu 3‐Iodothyroessigsäure (TA1) metabolisiert, und wieder exportiert. Nach 3‐T1AM Gabe ist die mitochondriale ATP‐Produktion sowie die Glukose‐stimulierte Insulinsekretion (GSIS) vermindert. 3,5‐T2 zirkuliert in euthyreoten Individuen, ist nicht an der zentralen Regulation der TH‐Achse beteiligt, wird extrathyroidal gebildet und niedrige T3‐Werte können durch erhöhtes 3,5‐T2 erklärt werden. HepG2 erwies sich als ungeeignetes Zellmodell, da wenige THT vorhanden sind, 3,5‐T2 die Plasmamembran wahrscheinlich nicht passieren kann und damit die Aktivierung der Mitochondrien aus bleibt. In MIN6 wurde gezeigt, dass die GSIS nicht ausschließlich an der Plasmamembran durch 3‐T1AM reguliert wird.
Thyroid hormones (TH) regulate metabolism and energy metabolism. The TH‐metabolite (THM) 3,5‐T2 (3,5‐diiodo‐L‐thyronine) activates fat oxidation and mitochondrial respiration. The THM 3‐T1AM (3‐iodothyronamine) influences in addition glucoregulatory processes. THM may support reduction in body fat mass. It was the idea to establish, validate and apply an immunoassay to determine 3,5‐T2 in human serum. Using intact hepatocellular (HepG2) as well as pancreatic ß‐cells (MIN6) it should be tested if THM can modulate mitochondrial activity, resulting in increased cellular substrate usage (3,5‐T2) as well as decreased insulin secreation (3‐T1AM). The established immunoassay is sensitive, specific and detects precisely 3,5‐T2 in human serum. Hyper‐ and hypothyroidism shows similar 3,5‐T2 concentrations, although 3,5‐T2 accumulates in secondary thyroidal illness as well as in athyreotic patients under thyroxine‐supplementation. Using HepG2 cells, mitochondrial respiration was stimulated by 3,3‘,5‐triiodo‐L‐thyronine (T3), but 3,5‐T2 had no effect. Expression of TH‐transporters (THT) was low compared to murine hepatocytes. In contrast, MIN6 express THT comparable to murine Langerhans islets. 3‐T1AM is taken up by the cell, metabolized to 3‐iodothyroacetic acid (TA1) and following export. After 3‐T1AM application mitochondrial ATP‐production as well as glucose‐stimulated insulin secretion (GSIS) was reduced. 3,5‐T2 circulates in euthyroid individuals, is not involved in central regulation of TH‐axis, is produced extrathyroidally and low T3 values can be explained by increased 3,5‐T2. HepG2 was shown to be an inappropriate cellmodel, because THT are merely expressed, suggesting that 3,5‐T2 is not able to pass the plasma membrane, thereby preventing mitochondrial activation. In addition, it was shown in MIN6 cells, that GSIS is not exclusively regulated at the plasma membrane level via 3‐T1AM.
2015-11-17
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/18086
urn:nbn:de:kobv:11-100236849
http://dx.doi.org/10.18452/17434
BV043409229
ger
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Lebenswissenschaftliche Fakultät
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/244072023-10-31T04:00:27Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Evaluation of Epigenetic Biomarkers in Primary and Iatrogenic Immune Deficiencies
Schulze, Janika
Radbruch, Andreas
Babel, Nina
Matuschewski, Kai
Immundefizienz
Epigenetik
Immunzellquantifizierung
Stammzelltransplantation
Neugeborenenscreening
Immune deficiency
epigenetic
immune cell quantification
stem cell transplantation
newborn screening
570 Biologie
XD 2904
XD 3604
ddc:570
Ein neuartiger Ansatz für die Immunphänotypisierung wird vorgestellt. Die Durchflusszytometrie (FACS) ist die übliche Methode für die Charaketrisierung des Immunsystems. Jedoch ist die Verfügbarkeit von frischem Vollblut, sowie ein schnelle Probenlogistik Vorraussetzung für die Analyse. Als potentialle Alternative werden epigentische qPCR Assays vorgestellt.
Für die Quantifizierung von B- und NK-Zellen wurden epigenetische qPCR Systeme etabliert. Anhand eines erweiterten epigenetischen Markerpanels wurde die klinische Anwendung in drei Kohorten getestet: a) 41 Patienten mit primären Immundefizienzen (PID); b) 19 Neugeborene mit und ohne PID und c) 28 Patienten nach einer Stammzelltransplantation (SZT).
In Kohorte a) und c) konnte die Äquivalenz der Ergebnisse mit FACS bestätigt werden. Diskrepanzen bei der regulatorischen T-Zell Quantifizierung in einzelnen PID Patienten wurde festgestellt, welche durch Mutationen verursacht wurden, die die Integrität der analysierten Proteine beeinflussen. Zudem konnte die Anwendung der epigentischen Quantifizierung in Trockenblutkarten von Neugeborenen gezeigt werden. Dies würde die Anwendung auch im Neugeborenen-Screening für die Erkennung von PIDs ermöglichen.
Für die Anwendung in der SZT konnte gezeigt werden, dass das epigenetische System eine frühe Analyse der Immunrekonstitution ermöglicht, welche eine prädiktive Aussage über das Überleben der Patienten erlaubt. Patienten, welche eine Immunantwort der Lymphozyten gegen eine Virusinfektion bereits am Tag 26 nach Transplantation aufwiesen, hatten eine signifikant höhere Überlebenschance als Patienten ohne Immunantwort.
Zusammengefassend zeigen die Daten, dass die epigenetische Systeme für klinische Anwendungen eine zuverlässige Methode darstellt. Die Aussagekraft der Daten ist aufgrund der Studiengröße noch limitiert, und komplizierte klinische Szenarien erschweren die Evaluierung. Deshalb sind weitere Studien erforderlich, um das gezeigte Potenzial zu validieren.
A novel approach for immunophenotyping for clinical applications is presented here. Flow cytometry is currently a common method to characterize the immune system but requiring fresh whole blood and good sample logistics which is not always available. To overcome this limitations, epigenetic qPCR assays are introduced as potential alternative.
New epigenetic qPCR systems to quantiy B and NK cells have been established. Using an extended epigenetic marker panel, clinical applications were tested in three patient cohorts: a) 41 patients with different primary immunodeficiencies (PID); b) 19 newborns with and without PID and c) 28 patients after stem cell transplantation (SCT).
In cohort a) and c) the equivalence of the epigenetic quantification with flow cytometry was confirmed. However, discrepancies between both methods for regulatory T-cell quantification were found in individual PID patients caused by disease-associated mutations affecting the integrity of the respective protein. Furthermore, the epigenetic quantification using dried blood spots from newborns was demonstrated. This would allow the implementation of epigenetic immunophenotyping in neonatal screening for the detection of congenital immunodeficiencies.
For the application in SCT, it was shown that the epigenetic system allows an early analysis of immune reconstitution, which may allow a prediction of the patients' overall survival. Patients who showed an immune response of lymphocytes against viral infections at day 26 after transplantation had a significantly higher survival rate.
In summary, the available data show that epigenetic immunophenotyping is a reliable analytical method for various clinical applications. The significance of the data is still limited due to the size of the study and complicated clinical scenarios make the evaluation of individual measurements difficult. Therefore, further extensive investigations are needed to clinically validate the demonstrated potential.
2021-12-03
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/24407
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/24407-5
http://dx.doi.org/10.18452/23643
eng
(CC BY-NC-ND 4.0) Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/171082020-03-07T04:44:27Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
DNA methylation of the POMC gene
ontogenetic, phylogenetic, and functional aspects
Mischke, Mona
Brockmann, Gudrun
Krude, Heiko
Kloas, Werner
Adipositas
Epigenetik
Proopiomelanocortin (POMC)
DNA Methylierung
Alu-Elemente
alternativer Promoter
Pan troglodytes
Gorilla gorilla
Pongo pygmaeus
Papio hamadryas
Macaca mulatta
Callithrix jacchus
Galago senegalensis
Eulemur macaco
obesity
Callithrix jacchus
epigenetics
pre-proopiomelanocortin (POMC)
DNA methylation
Alu elements
alternative promoter
Pan troglodytes
Gorilla gorilla
Pongo pygmaeus
Papio hamadryas
Macaca mulatta
Galago senegalensis
Eulemur macaco
570 Biologie
32 Biologie
YC 8100
ddc:570
Adipositas ist eine polymorphe chronische Erkrankung mit epidemischer Prävalenz. Im katabolen Leptin-Melanocortin-Signalweg ist das Proopiomelanocortin Gen (POMC) ein zentrales Element, das bei Dysfunktion massive Adipositas bewirken kann. Auch eine kürzlich identifizierte intragenische Methylierungsvariante des POMC wurde mit Adipositas assoziiert und deutet somit auf eine mögliche epigenetische Modulation des Gewichtsphänotyps hin. Zur Aufklärung der Relevanz, Stabilität und Entwicklung dieser epigenetischen Modifikation wurden die Funktionalität, Ontogenese und Phylogenese der POMC DNA-Methylierung untersucht. In vitro Analysen zeigten DNA-Methylierungsabhängige Promoteraktivität beider CpG-Inseln (CGIs) des POMC. Diese hier erstmals beschriebene Transkriptionsaktivität der intragenischen CGI weist auf einen alternativen Promoter des POMC hin. Hinsichtlich der Ontogenese konnten in Mensch und Maus postnatal stabile DNA-Methylierungsmuster mit interindividueller Konservierung für beide CGIs des POMC identifiziert werden. Zusätzlich erwiesen sich Gewebeunabhängigkeit der DNA-Methylierungsmuster und ihre pränatale Ausbildung zwischen dem Blastocystenstadium und der frühen Organogenese in der Maus. Die POMC DNA-Methylierungsmuster upstream des Exon3 unterscheiden sich in Mensch und Maus. Der mögliche Einfluss von primatenspezifischen Alu-Elementen im Intron2 des POMC hierauf wurde in verschiedenen Primatenfamilien analysiert. Die Ergebnisse zeigen eine bedingte Assoziation der Alu-Elemente mit der DNA-Methylierung in der entsprechenden Region, lassen jedoch auch weitere Einflussfaktoren vermuten. Insgesamt zeigt diese Arbeit, dass die POMC DNA-Methylierung artspezifisch konserviert ist und in der frühen Embryogenese, vermutlich Alu-abhängig, ausgebildet wird. Dabei könnten stochastische Variationen der DNA-Methylierung die POMC-Aktivität beeinflussen und somit das Risiko für Adipositas erhöhen.
Obesity is a polymorphic chronic disease with epidemic prevalence. Within the catabolic leptin-melanocortin signaling pathway pre-proopiomelanocortin (POMC) is a pivotal element. Dysfunction of POMC, e.g. due to mutations, can cause severe obesity. Moreover, a recently identified intragenic methylation variant of POMC was found to be associated with obesity. Therefore, this indicates potential epigenetic modulation of the weight phenotype. To gain further insight into the relevance, stability, and origin of this epigenetic modification, the functionality, ontogenesis, and phylogenesis of the POMC DNA methylation patterns were analyzed. In vitro analyses revealed DNA methylation-dependent promoter activity of both CpG islands (CGIs) of POMC. Thereby, the intragenic CGI was identified as a potential alternative promoter of POMC, which has not been described before. Regarding the ontogenesis, postnatally stable POMC DNA methylation patterns with interindividual conservation were detected for both CGIs in humans and mice. In addition, it was observed that the POMC DNA methylation patterns are non-tissue-specific, stable upon long time administration of a high fat diet, and develop prenatally between the blastocystal stage and the early organogenesis. The POMC DNA methylation pattern upstream of exon3 differs in humans and mice. A possible influence of primate-specific Alu elements within the intron2 region of POMC was analyzed in various primate families. Results evince a partial association of the Alu elements with the DNA methylation pattern in this particular region, but also suggest an influence of additional factors. Overall, this work demonstrates that DNA methylation of the POMC locus is species-specific highly conserved, and that it is established during early embryogenesis, possibly Alu-triggered. In the course of this, stochastic variances of the POMC DNA methylation might influence the POMC activity and consequently alter the risk to develop obesity.
2012-01-24
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17108
urn:nbn:de:kobv:11-100199207
http://dx.doi.org/10.18452/16456
BV039855376
eng
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/262172023-10-31T04:00:27Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersionddc:004textPublicationprimusopen_accessddc:570
Editorial: Adaptive networks in functional modeling of physiological systems
Schöll, Eckehard
Sawicki, Jakub
Berner, Rico
Ivanov, Plamen Ch.
adaptive networks
functional modeling
network physiology
dynamical systems
cluster synchronization
coupled oscillators
pattern formation
004 Informatik
570 Biologie
ddc:004
ddc:570
Peer Reviewed
2022-08-25
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/26217
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/26217-1
10.3389/fnetp.2022.996784
http://dx.doi.org/10.18452/25552
2674-0109
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/163212020-03-07T04:40:42Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Funktionelle Charakterisierung der humanen Tryptophanhydroxylase 2
Tenner, Katja
Lockau, Wolfgang
Bader, Michael
Höhne, Wolfgang
Verhalten
Tryptophanhydroxylase
Serotonin
Domänen
Interaktionpartner
serotonin
behaviour
tryptophan hydroxylase
domains
interaction partners
570 Biologie
32 Biologie
WW 4120
ddc:570
Die Tryptophanhydroxylase (TPH) katalysiert den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der Synthese des wichtigen Neurotransmitters Serotonin. Kürzlich wurde ein zweites TPH-Isozym, die TPH2, entdeckt. Es stellte sich heraus, dass dieses Isozym für die Serotoninsynthese im Zentralnervensystem verantwortlich ist, wohingegen die TPH1 lediglich der Ausgangspunkt der Serotoninsynthese in den peripheren Geweben ist. Da Störungen im Serotoninstoffwechsel mit einer Vielzahl von psychiatrischen Erkrankungen in Verbindung gebracht werden, rückt nun die als neuronales Enzym identifizierte TPH2 in den Fokus der Forschung. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass TPH1 und 2 sich nicht nur in ihren Expressionsorten sondern auch in ihren grundlegenden biochemischen Eigenschaften voneinander unterscheiden. Die TPH1 stellte sich als aktiveres der beiden Enzyme heraus. Der N- und C-Terminus der TPH2 konnten als auf die Aktivität des Enzyms inhibierend bzw. aktivierend wirkende Strukturen identifiziert werden und stellen damit interessante Angriffspunkte für die pharmakologische Beeinflussung dar, wobei der N-Terminus als TPH2-spezifische Struktur eine gezielte Beeinflussung des serotonergen Systems im Zentralnervensystem ohne Auswirkungen auf das periphere System ermöglichen würde. In weiteren Projekten konnte die Existenz von mindestens zwei, die Enzymaktivität nicht beeinflussenden Proteinkinase A-Phosphorylierungsstellen in der TPH2 nachgewiesen werden, es konnte ein auf einem fluorometrischen Prinzip basierender High-Throughput-Assay zur Bestimmung der TPH-Aktivität entwickelt werden, Tubulin beta2A wurde als Interaktionpartner der TPH2 identifiziert, die Auswirkungen eines in vitro aktivitätssenkenden Tph2-SNPs auf die Serotoninlevel und das Verhalten verschiedener Mausstämme konnte durch die Generierung und Untersuchung von congenen Mäusen als unbedeutend eingestuft werden und die Expression von TPH1-mRNA wurde als Marker für endometriale Karzinome identifiziert.
Tryptophan hydroxylase (TPH) catalyzes the rate limiting step of the synthesis of the important neurotransmitter serotonin. Recently a new TPH isoenzyme, TPH2, was discovered. It turned out that this isoenzyme is responsible for the serotonin synthesis within the central nervous system, whereas the TPH1 is merely the starting point of serotonin synthesis in peripheral tissues. Since dysfunction in the metabolism of serotonin is related to a large number of psychiatric diseases, the neuronal TPH2 moved into the centre of interest. As a basis for the pharmacological manipulation of the central nervous serotonergic system, without influencing the periphery, the identification of differences between the two isoenzymes is essential. In this thesis it was shown that TPH1 and 2 not only differ in their expression sites but also in their basic biochemical characteristics. TPH1 turned out to be the more active enzyme. Furthermore it was shown that the N- and C-termini of TPH2 have an inhibitory respectively activating influence on the enzymatic activity. Therefore they became interesting targets for pharmacological interference, whereas the N-terminus as a TPH2 specific structure would facilitate the manipulation of the central nervous serotonergic system without exerting influence on the peripheral system. In further projects the existence of at least two protein kinase A phosphorylation sites could be verified, whereas the phosphorylation doesn’t seem to have any influence on the enzymatic activity, a high throughput assay for determination of TPH activity, based on a fluorometric principle, was developed, Tubulin beta2A was identified as a TPH2 interaction partner, the effect of a SNP in the Tph2 gene that decreases the TPH2 activity in vitro on the serotonin level and the behaviour of different mouse strains could be rated as insignificant by the generation of congenic mice und the expression of TPH1 mRNA was identified as a marker for endometrial cancer.
2007-10-09
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/16321
urn:nbn:de:kobv:11-10080644
http://dx.doi.org/10.18452/15669
HU002590223
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/217132024-03-18T12:02:41Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Generation and Analysis of Draft Sequences of ‘Stolbur' Phytoplasma from Multiple Displacement Amplification Templates
Mitrović, Jelena
Siewert, Christin
Duduk, Bojan
Hecht, Jochen
Mölling, Karin
Broecker, Felix
Beyerlein, Peter
Büttner, Carmen
Bertaccini, Assunta
Kube, Michael
Metabolism
Metagenome analysis
‘Stolbur’ phytoplasma
Multiple displacement amplification
570 Biologie
ddc:570
This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.
Phytoplasma-associated diseases are reported for more than 1,000 plant species worldwide. Only a few genome sequences are available in contrast to the economical importance of these bacterial pathogens. A new strategy was used to retrieve phytoplasma strain-specific genome data. Multiple displacement amplification was performed on DNA obtained from <3 g of plant tissue from tobacco and parsley samples infected with ‘stolbur' strains. Random hexamers and Phi29 polymerase were evaluated with and without supplementation by group-assigned oligonucleotides providing templates for Illumina's sequencing approach. Metagenomic drafts derived from individual and pooled strain-specific de novo assemblies were analyzed. Supplementation of the Phi29 reaction with the group-assigned oligonucleotides resulted in an about 2-fold enrichment of the percentage of phytoplasma-assigned reads and thereby improved assembly results. The obtained genomic drafts represent the largest datasets available from ‘stolbur' phytoplasmas. Sequences of the two strains (558 kb, 448 proteins and 516 kb, 346 proteins, respectively) were annotated allowing the identification of prominent membrane proteins and reconstruction of core pathways. Analysis of a putative truncated sucrose phosphorylase provides hints on sugar degradation. Furthermore, it is shown that drafts obtained from repetitive-rich genomes allow only limited analysis on multicopy regions and genome completeness.
Peer Reviewed
2013-10-18
article
doc-type:article
publishedVersion
1464-1801
http://edoc.hu-berlin.de/18452/21713
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/21713-8
http://dx.doi.org/10.18452/20961
1660-2412
10.1159/000353904
eng
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/236522023-10-31T04:00:28Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Biotic Yield Losses in the Southern Amazon, Brazil: Making Use of Smartphone-Assisted Plant Disease Diagnosis Data
Hampf, Anna Claudia
Nendel, Claas
Strey, Simone
Strey, Robert
plant pathology
animal pests
pathogens
machine learning
digital image processing
disease diagnosis
crowdsourcing
crop losses
570 Biologie
ddc:570
Pathogens and animal pests (P&A) are a major threat to global food security as they directly affect the quantity and quality of food. The Southern Amazon, Brazil’s largest domestic region for soybean, maize and cotton production, is particularly vulnerable to the outbreak of P&A due to its (sub)tropical climate and intensive farming systems. However, little is known about the spatial distribution of P&A and the related yield losses. Machine learning approaches for the automated recognition of plant diseases can help to overcome this research gap. The main objectives of this study are to (1) evaluate the performance of Convolutional Neural Networks (ConvNets) in classifying P&A, (2) map the spatial distribution of P&A in the Southern Amazon, and (3) quantify perceived yield and economic losses for the main soybean and maize P&A. The objectives were addressed by making use of data collected with the smartphone application Plantix. The core of the app’s functioning is the automated recognition of plant diseases via ConvNets. Data on expected yield losses were gathered through a short survey included in an “expert” version of the application, which was distributed among agronomists. Between 2016 and 2020, Plantix users collected approximately 78,000 georeferenced P&A images in the Southern Amazon. The study results indicate a high performance of the trained ConvNets in classifying 420 different crop-disease combinations. Spatial distribution maps and expert-based yield loss estimates indicate that maize rust, bacterial stalk rot and the fall armyworm are among the most severe maize P&A, whereas soybean is mainly affected by P&A like anthracnose, downy mildew, frogeye leaf spot, stink bugs and brown spot. Perceived soybean and maize yield losses amount to 12 and 16%, respectively, resulting in annual yield losses of approximately 3.75 million tonnes for each crop and economic losses of US$2 billion for both crops together. The high level of accuracy of the trained ConvNets, when paired with widespread use from following a citizen-science approach, results in a data source that will shed new light on yield loss estimates, e.g., for the analysis of yield gaps and the development of measures to minimise them.
Peer Reviewed
2021-04-15
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/23652
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/23652-1
10.3389/fpls.2021.621168
http://dx.doi.org/10.18452/22985
1664-462X
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/169532020-03-07T04:43:41Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Cell cycle
Cell cycle model of regenerating hepatocytes in mammals
Chauhan, Anuradha
Herzel, Hanspeter
Höfer, Thomas
Blüthgen, Nils
hepatocytes
DNA synthesis
mitosis
cdh1
wee1
hepatocytes
DNA synthesis
mitosis
cdh1
wee1
570 Biologie
32 Biologie
WE 2500
ddc:570
Die Zellreplikation ein kontrollierter Prozess aus sequentieller und zeitlich koordinierter Aktivierung und Abbau von Zyklinen, die einen schnellen Übergang zwischen den Zyklusphasen ermöglichen. Dabei ist der Erfolg bei der Ermittlung der wichtigsten Komponenten und Aufgliederung der Schaltmechanismen im Wesentlichen auf die gleichzeitige Anwendung von Modellsystemen wie Hefe, Frosch und Fliege zurückzuführen. Das heutige Verständnis des Zellzyklus muss erweitert werden, um zu überprüfen ob die Erkenntnisse auch auf in-vivo Modelle von Säugetieren wie der Maus zutreffen. Es existieren solche Modelle, die sich auf spezifische Kontrollpunkte oder Übergänge konzentrieren, allerdings noch kein integriertes Modell, in dem der Zellzyklus durch eine Verletzung im Säugetier induziert wird. Das Modellsystem der Leberregeneration bei Nagern wurde gewählt, da es sich durch das am höchsten verbreitete Phänomen der Synchronisation der Zellproliferation auszeichnet. Mit dem Fokus auf die Frage, wie die Zellen durch pro-inflammatorische Signale nach Verletzungen ins Priming in der G1/S Phase eintreten, gingen wir in einen durch Zytokine und Wachstumsfaktoren induzierten Säugetier-Zellzyklus über. Weiterhin wurden mitotische Ereignisse modelliert, die zum Alles-oder-Nichts G2/M Übergang und dem mitotischen Ausgang führen. Wir konzentrieren uns auf die vielversprechende Funktion von Cdh1 in der Zellzykluskontrolle, welches bekanntlich eine Schlüsselrolle in der G1 Phase spielt. Weiterhin haben wir dessen Rolle bei der Verzögerung der G2 Phase untersucht. Wir vermuten eine zentrale Rolle von Cdh1 im Zellzyklus durch die Kontrolle der Dynamik der Zykline. Das Modell ist ein Versuch, die Kernmechanismen der Zellzykluskontrolle bei Säugetieren zu verstehen. Besseres Verständnis der Mechanismen in der Säugetierzelle würde das Studium der Zellphysiologie im Hinblick auf Störungen der humanen Zellzyklusmaschinerie, welche zu Krankheiten wie Krebs führen.
Cell replication is a controlled process with sequential and timely activation and degradation of cyclins leading to swift transitions between the phases of the cell cycle. The essential achievement in identifying the key components and in dissecting the mechanisms of the cell cycle circuitry has been attributed to the simultaneous use of model systems like yeast, frogs, and flies. Present understanding of the cell cycle needs to be extended to investigate whether those findings also apply to mammalian in-vivo models like mice. We chose liver regeneration in mammals as the model system because it is the most synchronised cell proliferation phenomenon, where 95\% of the cells simultaneously enter cell cycle. The G1-S phase transition was modelled, focusing on how injury induced pro-inflammatory signals \textit{prime} the cells in G1 phase and consequently both cytokine and growth factor induced pathways lead to further cell cycle progression. The model was further extended to mitotic events leading to the all-or-none G2-M transition and mitotic exit. I focussed on the emerging role of Cdh1 in the mammalian cell cycle. Cdh1 known for its role in G1 phase was further investigated for its role G2 delay. Cdh1 was suggested to be at the core of the cell cycle machinery controlling cyclin dynamics. This model is an attempt in understanding core machinery of the mammalian cell cycle. Better understanding of the cell cycle control system in mammalian cells would enable understanding perturbations of the human cell cycle machinery which lead to diseases like cancers.
2011-03-15
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/16953
urn:nbn:de:kobv:11-100185176
http://dx.doi.org/10.18452/16301
BV037335097
eng
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/225542022-06-02T13:52:47Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Performance-oriented strategies for integration and wiring of the photosystem I inside 2D and 3D architectures and coupling photocatalysis with enzymatic catalysis
Ciornii, Dmitri
Zouni, Athina
Bartl, Franz
Friedrich, Thomas
Photosystem I
Kohlenstoffnanoröhren
Cytochrom c
3D ITO Elektroden
Fullerene
Sulphit Oxidase
Photosystem I
Carbon Nanotubes
Cytochrome c
3D ITO electrodes
Fullerenes
Sulfite Oxidase
570 Biologie
WD 2800
WD 2200
ddc:570
In der vorliegenden Arbeit sind unterschiedliche Kopplungsstrategien des natürlichen Photosystems I (PSI) aus Cyanobakterium Thermosynechococcus elongatus mit verschiedenen Elektrodenoberflächen sowie Interaktion mit Nanomaterialien und Enzymen bearbeitet worden. Zum einen wurde gezeigt, dass die Immobilisierung des PSI auf modifizierten mehr-wandigen Kohlenstoffnanoröhrchen zur funktionalen Photobiohybridelektrode führt. Dabei wurde das PSI mit der Elektrode elektrisch mit Hilfe eines Redoxproteins, Cytochrom c (cyt c), verknüpft. Das System (PSI-cyt c) wurde auch auf eine dreidimensionale Elektrodenoberfläche des Metaloxids Indiumzinnoxid (eng. ITO) übertragen. Hierbei wurde zusätzlich die TransparenzEigenschaft solcher Oberflächen ausgenutzt. Die Präparation solcher transparenter Elektroden wurde optimiert, um höhere Photoströme zu generieren. Weiterhin wurde eine neue Methode der elektrischen Kontaktierung des PSI mit der Elektrode etabliert. Hierfür wurden Fullerene eingesetzt. Durch erhöhte molekulare Effizienz wurde gezeigt, dass Fullerene effektivere Elektronvermittler zwischen PSI und der Elektrode sind als das cyt c. Zusätzlich wurden im Rahmen dieser Doktorarbeit die photokatalytischen Eigenschaften von PSI mit den biokatalytischen Eigenschaften des Enzyms humane Sulphit Oxidase (hSOx) kombiniert. Hierbei wurde das Enzym als ein alternativer und effizienter Elektronzulieferer für PSI eingesetzt. Ein drittes Protein, das cyt c, fungierte als elektrisches Bindeglied und sicherte die elektrische Kommunikation zwischen den katalytischen Proteinen im System und der Elektrode. Die Komplexität des PSI sowie seine Kommunikation mit anorganischen Nanomaterialien und anderen komplexen Biomolekülen, wie z.B. Enzymen, zeigt ein großes Potential des Einsatzes von PSI-basierter Biohybriden in den Biotechnologien der Zukunft.
In this thesis, different strategies for coupling of the natural complex photosystem I from the cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus with different electrode surfaces, and the interaction of PSI with nanomaterials and enzymes has been investigated. First, it was shown that immobilization of PSI on modified multi-walled carbon nanotubes (MWNT) leads to a functional photobiohybrid electrode. Here, PSI has been electrically wired to the electrode via a redox-active protein, cytochrome c (cyt c). The system (PSI-cyt c) has been scaled up to the three-dimensional surface of a metal-oxide, indium tin oxide (ITO). Here, additionally the high transparency property of this material has been exploited. The new preparation procedure of such transparent electrodes has been optimized in order to achieve high pohotocurrents. Furthermore, a new method of electric wiring of the PSI with the electrode has been established. Here, fullerenes have been employed. The high molecular efficiency of such a system proves that fullerenes are more effective wiring agents between the PSI and the electrode as compared to the cyt c. Additionally, in this thesis the photocatalytic property of the PSI has been combined with the biocatalytic property of the enzyme human sulphite oxidase, hSOx. Here, the enzyme has been employed as an alternative electron supplier for PSI. The third protein, cyt c, acted as an electric wiring agent and ensured electric communication between both catalytic proteins of the system and the electrode. The versatility of the PSI as well as its communication with anorganic nanomaterials and biological molecules, e.g. such as enzymes, shows a great potential for use of PSI-based biohybrids in the future biotechnological applications.
2020-09-02
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/22554
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/22554-1
http://dx.doi.org/10.18452/21813
eng
10.1002/pssa.201700017
10.1021/jacs.7b10161
10.1016/j.electacta.2019.01.032
10.1039/C9NR04344F
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/217772020-05-28T14:08:05Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Regulation of virulence related genes by RNA and RNA-interacting proteins in bacteria
Escalera-Maurer, Andres
Turgay, Kürşad
Landthaler, Markus
Charpentier, Emmanuelle
Streptococcus pyogenes
streptolysin S
RNase Y
CRISPR-Cas9
Streptococcus pyogenes
streptolysin S
RNase Y
CRISPR-Cas9
570 Biologie
WG 1920
WF 7800
ddc:570
Ziel der Arbeit war es, die regulatorischen Mechanismen von Virulenz-assoziierten Genen in den Pathogenen Francisella novicida und Streptococcus pyogenes zu untersuchen. Kapitel eins befasst sich mit der Regulation des Virulenzfaktors Streptolysin S (SLS) von S. pyogenes. Wir untersuchten die Rolle der Ribonuklease (RNase) Y in der transkriptionellen und posttranstrikptionellen Regulation des Gens sagA. RNase Y begünstigte die Produktion einer kleinen RNA (sRNA) vom sagA Transkript, war jedoch nicht an der posttranskriptionellen Regulierung der sagA RNA beteiligt. Dennoch förderte RNase Y die Transkription von sagA indirekt. Wir konnten weiterhin zeigen, dass die 5′- untranslatierte Region (UTR) der sgaA RNA eine Sekundärstruktur besitzt, die möglicherweise einen Liganden bindet und damit die Zugänglichkeit der ribosomalen Bindungsstelle beeinflusst. Die Deletion einzelner Abschnitte der 5′ UTR hat einen negativen Effekt auf die sagA Expression. Wir haben eine Methode entwickelt um die Aktivität von Riboswitches, (u.a. die sagA 5‘ UTR) zu analysieren und konnten damit drei putative Riboswitches in S. pyogenes validieren.
In Kapitel zwei charakterisierten wir den Mechanismus mit dem CRISPR-Cas9 aus F. novicida (FnoCas9) die Expression bakterieller Lipoproteine (BLPs) unterdrückt, um dem Immunsystem des Wirtes zu entgehen. Wir zeigen, dass FnoCas9 eine duale Funktion besitzt, die es dem Protein ermöglicht nicht nur DNA zu schneiden, sondern auch Transkription zu regulieren. In dieser erstmals beschriebenen Aktivität bindet FnoCas9 an den tracrRNA:scaRNA Duplex, wodurch der Protein-RNA Komplex an einen DNA Abschnitt hinter dem Promoter der blp Gene bindet und somit deren Transkription verhindert. Diese Bindungsstelle besitzt ein protospacer-adjacent motif (PAM) und eine scaRNA-komplementäre Sequenz, an die der FnoCas9-RNA Komplex bindet, allerdings nicht schneidet. Dieses System könnte in Zukunft das Repertoire an CRISPR-basierten Anwendungsmöglichkeiten erweitern.
The aim of this thesis was to study regulatory mechanisms of virulence-related genes in the bacterial pathogens Francicella novicida and Streptococcus pyogenes.
Chapter one focuses on the regulation of the virulence factor streptolysin S (SLS) in S. pyogenes. First, we investigated the role of the ribonuclease (RNase) Y in the transcriptional and post-transcriptional regulation of SLS-coding gene, sagA. We found that RNase Y promotes the production of a small RNA (sRNA) from the sagA transcript but we observed no regulation at the post-transcriptional level. Yet, RNase Y promotes sagA transcription indirectly and affects hemolysis levels. We next showed that the sagA 5′ untranslated region (UTR) contains a secondary structure that is is possibly modulated by direct binding to a ligand and may affect the accessibility to the ribosomal binding site (RBS). Our results indicate that removing fragments of the 5′ UTR has a negative effect on sagA expression. We developed a method for testing the activity of putative riboswitches, including sagA 5′ UTR. Using this method, we validated three predicted riboswitches in S. pyogenes.
In chapter two, we characterized the mechanism by which F. novicida CRISPR-Cas9 (FnoCas9) represses the expression of bacterial lipoproteins (BLPs), allowing evasion of the host immune system. We show that FnoCas9 is a dual-function protein that, in addition to its canonical DNA nuclease activity, evolved the ability to regulate transcription. In this newly-described mechanism, the non-canonical RNA duplex tracrRNA:scaRNA guides FnoCas9 to the DNA target located downstream of the promoter of the BLP-coding genes, causing transcriptional interference. The endogenous targets contain a protospacer-adjacent motif (PAM) and a sequence that is complementary to scaRNA, promoting FnoCas9 binding but not DNA cleavage. Engineering this system expands the toolbox of CRISPR applications by allowing repressing other genes of interest.
2020-01-09
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/21777
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/21777-6
http://dx.doi.org/10.18452/20748
eng
10.1016/j.molcel.2019.05.029
(CC BY 3.0 DE) Namensnennung 3.0 Deutschland
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/171142020-03-07T04:44:29Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Die Funktion von Glukose im Lebenszyklus von Legionella pneumophila
Herrmann, Vroni
Heuner, Klaus
Schneider, Erwin
Flieger, Antje
Metabolismus
Legionella pneumophila
Glukose
Glukoamylase
Polyhydroxybutyrat
glucose
metabolism
Legionella pneumophila
glucoamylase
polyhydroxybutyrate
570 Biologie
32 Biologie
XD 4900
ddc:570
Legionella pneumophila ist ein Gram-negatives, ubiqitär verbreitetes Proteobakterium, das als Auslöser der Legionärskrankheit gilt. Die Ergebnisse dieser Arbeit bestätigen, dass Serin eine wichtige Kohlenstoffquelle für Aminosäuren darstellt und dass L. pneumophila für die Aminosäuren Isoleucin, Leucin, Phenylalanin, Tyrosin, Histidin, Prolin und Valin auxotroph ist. Innerhalb der Replikationsvakuole greift L. pneumophila auf Aminosäuren des Wirts zurück und inkorporiert diese in Proteine. Die untersuchte Spezies besitzt die Fähigkeit zur de novo-Biosynthese von Serin. Die vorliegende Arbeit zeigt zudem erstmals, dass Glukose für die Biosynthese von Aminosäuren sowie Polyhydroxybutyrat (PHB) verwendet wird. Der Entner-Doudoroff-Weg (EDW) kann als Haupt-Katabolismusroute von Glukose identifiziert werden. Ein Deletionsstamm des EDW zeigt gegenüber dem Wildtypstamm in nährstoffarmer Umgebung deutlich verminderte Fitness nach erfolgreicher Replikation innerhalb A. castellanii. Die Glukoamylase GamA wird in dieser Arbeit erstmals als verantwortliches Enzym für die Stärke- und Glykogenhydrolyse von L. pneumophila charakterisiert. Der putative Transkriptionsaktivator YozG bindet sowohl im 5’-DNA-Bereich von gamA als auch im eigenen putativen Promotorbereich und reguliert die Hydrolyseaktivität von GamA. Es werden zudem Argumente für die Hypothese erbracht, dass YozG auch als cis-aktives Element fungiert. Die Biosynthese von Polyhydroxybutyrat (PHB) aus Glukose findet während des spät-exponentiellen Wachstums statt und steigert sich in der stationären Phase. Eine verminderte PHB-Menge im EDW-Deletionsstamm wird als Erklärung für die verminderte Fitness in nährstoffarmer Umgebung diskutiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass L. pneumophila neben Aminosäuren auch Glukose sowie die natürlich vorkommenden Glukosepolymere Glykogen und Stärke als Kohlenstoffquellen zur Biosynthese von Aminosäuren und PHB nutzt und dass diese Synthese zur Fitness der Spezies beiträgt.
Legionella pneumophila is a Gram-negative proteobacterium causing Legionnaires’ disease. The results of this study confirm that serine is a carbon source for amino acids and that L. pneumophila is auxotrophic for the amino acids isoleucine, leucine, phenylalanine, tyrosine, histidine, proline, and valine. L. pneumophila uses amino acids of the host cells to incorporate them into proteins. Serine is synthesized de novo. Furthermore, this work demonstrates for the first time that glucose is used for the biosynthesis of amino acids and polyhydroxybutyrate (PHB). The Entner-Doudoroff pathway is identified as the predominant pathway for the catabolism of glucose. In a nutrient-depleted environment, after replication has taken place in A. castellanii, a deletion strain of the Entner-Doudoroff pathway exhibits strongly reduced fitness as compared to the wildtype. The glucoamylase GamA is characterized as the enzyme responsible for the starch and glycogen degrading activity of L. pneumophila for the first time. The putative transcription activator YozG binds to the 5’ region of gamA as well as to his own putative promoter region and regulates GamA activity. Furthermore, arguments are provided to support the hypothesis that YozG also acts as a cis-active element. The biosynthesis of polyhydroxybutyrate (PHB) from glucose starts in the late exponential phase and increases in the stationary growth phase. As an explanation for reduced fitness of the Entner-Doudoroff deletion strain in nutrient-depleted environment, a reduced amount of PHB is proposed. The results of this work prove that L. pneumophila uses not only amino acids but also glucose and the natural glucose polymers starch and glycogen as carbon sources for the biosynthesis of amino acids and PHB and that thereby the fitness of the species is increased.
2012-02-15
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17114
urn:nbn:de:kobv:11-100199444
http://dx.doi.org/10.18452/16462
BV039902154
ger
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/155962020-03-07T04:37:23Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Methoden der spurenanalytischen Bestimmung von Estrogenen im Abwasser
Zorn, Eva-Christina
Surmann, J. P.
Kloas, W.
Estrogene
Abwasser
Spurenanalytik
SPME
SPE
GC/MS
estrogens
sewage water
trace analysis
SPME
SPE
GC/MS
570 Biologie
32 Biologie
ddc:570
Spurenanalytische Untersuchungen von Umweltproben erfolgen meist standardmäßig mittels Festphasenextraktion (SPE) und anschließender GC/MS. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, alternative Methoden für die spurenanalytische Bestimmung von Estrogenen aus Umweltproben aufzuzeigen. Als Analyte wurden die natürlichen Estrogene Estron (E1), Estradiol (E2) und Estriol (E3), sowie das synthetische Ethinylestradiol (EE2) ausgewählt. Da als Haupteintragspfad dieser Substanzen in die Umwelt die Kläranlagen anzunehmen sind, erfolgte die Methodenentwicklung ausgehend von gereinigtem Abwasser. Als Probenvorbereitungstechniken kamen neben der Festphasenextraktion (SPE), die klassische Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE), sowie die relativ neue Methode der Festphasenmikroextraktion (SPME) zum Einsatz. Die analytische Bestimmung der angereicherten Extrakte erfolgte mittels HPLC/UV und HPLC/ELCD bzw. mittels GC/FID und GC/MS. Zur Entwicklung einer Screening-Methode wurde die adsorptive Anreicherung der Estrogene an Kohlenstoffelektroden sowie das Cathodic Stripping von EE2 an Quecksilber erprobt. Die Verfahrensschritte wurden zunächst anhand dotierter Proben optimiert, und die Methoden dann anhand der erzielten Bestimmungsgrenze, Selektivität und Präzision verglichen. Die Eignung der Verfahren wurde abschließend durch die Messung realer Abwasserproben überprüft.
Trace analytical environmental investigations are usually done by solid phase extraction (SPE) and GC/MS. The aim of the present thesis was the development of alternative methods for the trace analysis of estrogens in the environment. Estrone (E1), Estradiol (E2) and Estriol (E3) as well as the synthetic estrogen Ethynylestradiol (EE2) were chosen for this investigation. These estrogens enter the environment mainly via sewage treatment plants. Therefore the method development was launched on purified waste water. Solid phase extraction (SPE), liquid liquid extraction (LLE) and the relatively new solid phase micro extraction (SPME) were used for sample preparation. The analytical determination of the extracted analytes was done by HPLC/UV and HPLC/ELCD or GC/FID and GC/MS. Adsorptive enrichment of estrogens on different carbon electrodes and cathodic stripping of EE2 on mercury were tested as possible screening methods. The established methods were optimized using spiked samples. After comparing their quantitation limits, selectivity and precision, they were applied to real sewage water samples for showing qualification.
2003-08-28
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/15596
urn:nbn:de:kobv:11-10020112
http://dx.doi.org/10.18452/14944
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/230922023-10-31T04:00:30Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Root Distribution of Brassica napus and Vicia faba within the Sheath of Root or Earthworm Biopore
Petzoldt, Lisa
Kautz, Timo
allorhizous root system
biopore sheath
biopore type
root diameter
root-length-density
570 Biologie
ddc:570
Root growth through biopores is facilitated by low mechanical impedance and nutrient enrichment due to the deposition of organic material at the biopore sheath. Plant roots and earthworms impact biopore sheath properties differently. However, the literature lacks a quantitative study of the root distribution within the sheath of pores, which were originated by taproots or earthworms. According to previous literature on pore connectivity, it can be hypothesized that precrops encourage root growth into the biopore sheath in comparison to an earthworm characterized sheath. A pot experiment was performed to compare the root distribution of spring oilseed rape (Brassica napus L.) and faba bean (Vicia faba L.) within the biopore sheath of two different biopore types. The biopore sheath was characterized by taprooted chicory (Cichorium intybus L.) or anecic earthworm (Lumbricus terrestris L.). Roots were sampled at the biopore lumen and at lateral distances of 0–2, 2–4, 4–8 (sheath) and 20–36 mm (bulk soil) from the biopore wall surface. In both pore types >50% of the root length (cm) and >70% fine roots of oilseed rape were found in a comparatively small soil area (Lumen + 2 mm). On the contrary, faba bean grew primarily through the bulk soil with >75% root length and rarely into the biopore sheath in both pore types. In both species there was a lateral decrease of the total nitrogen (Nt)-content from biopore wall (Mean ± SE: 0.061% ± 0.002%) to bulk soil (0.053% ± 0.002%), but no significant difference between the pore types. The results of the current study illustrate that the root growth of spring oilseed rape and faba bean was not encouraged by the precrop in comparison to the earthworm characterized sheath.
Deutsche Forschungsgemeinschaft
Peer Reviewed
2021-01-13
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/23092
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/23092-3
10.3390/agriculture11010061
http://dx.doi.org/10.18452/22481
2077-0472
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/175302020-03-07T04:46:27Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Funktionelle Charakterisierung von Desmocollin 2 während der Embryonalentwicklung und im adulten Herzen in der Maus
Rimpler, Ute
Sommer, Thomas
Thierfelder, Ludwig
Sperling, Silke
Desmocollin 2
Dsc2
Desmosomen
desmosomale Cadherine
ARVC
Desmocollin 2
Dsc2
Desmosoms
desmosomal cadherins
ARVC
570 Biologie
32 Biologie
WE 5340
ddc:570
Desmosomen sind hochorganisierte Zell-Zell-Verbindungen. Aufgrund ihrer hohen Adhäsivität sind sie für die mechanische Kopplung und strukturelle Stabilität stark beanspruchter Gewebe von essentieller Bedeutung. Die adhäsive interzelluläre Kernstruktur der Desmosomen wird durch die transmembranen Cadherine des Desmocollin und Desmoglein-Typs gebildet. Deren extrazelluläre Domänen stellen den Kontakt zwischen zwei benachbarten Zellen her. Dsc2 ist neben Dsg2 die prädominante Isoform und wird in allen Desmosomen-bildenden Geweben wie auch dem Herzen exprimiert. Ziel der Arbeit war es, die Rolle von Dsc2 bei der Etablierung und Aufrechterhaltung der desmosomalen Adhäsivität und Gewebeintegrität zu untersuchen. Hierfür wurde ein klassisches Knockout-Mausmodell für Dsc2 etabliert und sowohl basal als auch unter Belastungsbedingungen charakterisiert. Unsere Daten demonstrieren, dass der ubiquitäre Knockout keinen Einfluss auf die Morphogenese des Embryos und die postnatale Entwicklung hat. Dsc2-/- -Mäuse waren lebensfähig und wiesen keinen pathologischen Phänotyp auf. Zudem ließen sich in den Herzen adulter Tiere strukturell unveränderte Desmosomen nachweisen. Dahingegen konnte eine verminderte mechanische Beanspruchbarkeit der Dsc2-/- -Herzen aufgezeigt werden. Unter erhöhter Belastung zeigte sich bereits nach wenigen Tagen eine signifikante Reduktion der kardialen Funktion.Die vorliegende Arbeit zeigt somit erstmalig in vivo, dass Dsc2 entgegen der Lehrmeinung nicht essentiell für die Embryonalentwicklung und die Bildung strukturell intakter Desmosomen ist. Anhand des Funktionsverlustes der adulten Knockout-Herzen unter Belastungsbedingungen lässt sich jedoch eine mögliche Rolle von Dsc2 für die Adhäsivität der Desmosomen postulieren.
Desmosomes are highly organized adhesive intercellular junctions providing mechanical strength and structural stability to several tissues such as skin and heart. The adhesive core of desmosomes is formed by the transmembrane glycoproteins desmocollins (Dsc) and desmogleins (Dsg) which link neighbouring cells via interaction with their extracellular cadherin domains. Dsc2 and Dsg2 are the predominant isoforms ubiquitously expressed in all desmosome bearing tissues including the heart. To elucidate the role of Dsc2 for establishment and maintenance of desmosome adhesion and tissue integrity, we generated a constitutive knockout model of the mouse. The effect of gene inactivation was characterized under basal as well as under stress conditions, using two different stress models. Our data demonstrate that Dsc2 is not required for pre- and postnatal development. Dsc2-/- mice were viable and showed no pathological alterations at embryonic or adult stages. Consistently, Dsc2 deficient cardiomyocytes exhibited distinct and ultrastructural well organized desmosomes. However, mutant hearts displayed a decreased stress resistance. Increased mechanical pressure led to a significant reduction of cardiac function in Dsc2-/- animals. In summary, our results demonstrate for the first time in vivo that Dsc2 is not essential for embryonic development and for the establishment and maintenance of distinct and well organized desmosomes. However, the reduced cardiac function in stressed knockout-mice suggests a crucial importance of Dsc2 for desmosomal adhesive strength.
2014-01-10
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17530
urn:nbn:de:kobv:11-100215088
http://dx.doi.org/10.18452/16878
BV041589627
ger
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/178582020-03-07T04:48:02Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Comparative areal and modular architecture of the cerebral cortex
Naumann, Robert Konrad
Brecht, Michael
Vida, Imre
Schmitz, Dietmar
Etruskerspitzmaus
Hirnrinde
vergleichende Neuroanatomie
Entorhinal
calbindin
cortex
calbindin
Etruscan shrew
comparative
entorhinal
570 Biologie
32 Biologie
WW 2480
ddc:570
Die Neurone der Hirnrinde sind in Mikroschaltkreisen, Modulen und Arealen organisiert. In dieser Doktorarbeit habe ich die Neurobiologie und Hirnrindenstruktur der Etruskerspitzmaus - ein neues Modelltier für neurobiologische Forschung - und die modulare Struktur des entorhinalen Kortex der Ratte untersucht. Die geringe Größe des Gehirns der Etruskerspitzmaus bietet besondere Vorteile für das Verständnis kortikaler Aktivität von Zellgruppen. Die entorhinale Kortex enthält sowohl gut definierte funktionelle als auch anatomische Module und bietet daher eine einzigartige Gelegenheit für das Studium ihrer Wechselbeziehungen. Die Organisation der Hirnrinde der Etruskerspitzmaus reflektiert die Spezialisierung als schnelle, auf taktile Reize spezialisierte Jäger. Mehrere kortikale Regionen, die ein Drittel des kortikalen Volumens ausmachen, reagieren auf taktile Reize. Eine kortikale Hemisphäre enthält nur etwa eine Million Neuronen. Basierend auf der Zellarchitektur und histochemischen Färbungen haben wir 13 kortikale Regionen definiert - eine große Zahl angesichts der geringen Größe des Spitzmausgehirns. Pyramidenzellnester in Schicht 2 des medialen entorhinalen Kortex sind einfach zu identifizieren und eignen sich als Bezugssystem für die verschiedenen modulären Strukturen dieser Hirnregion. Diese Pyramidenzellen bündeln ihre Dendriten hin zu einem Punkt, der sich mit erhöhten Konzentrationen von präsynaptischen cholinergen Markern überschneidet. Cholinerge Transmission ist ein wichtiger Bestandteil des Theta-Rhythmus und unsere Ergebnisse zeigen, daß Pyramidenzellen im Vergleich zu Sternzellen doppelt so stark Theta-moduliert sind. Da fast alle Gitterzellen stark Theta-moduliert sind, ist anzunehmen dass Pyramidenzellen eine wichtige Rolle für die räumliche Navigation spielen. In dieser Arbeit wurden an der Hirnrinde der Etruskerspitzmaus sowie der entorhinalen Hirnrinde der Ratte modellhaft Struktur-Funktions-Beziehungen in der Großhirnrinde aufgeklärt.
Neurons of the cerebral cortex are collectively organized into microcircuits, modules and cortical areas. Here, I study the neurobiology and cortical structure of the Etruscan shrew - a new model animal for neurobiological research - and the modular structure of the entorhinal cortex of the rat. The small size of the Etruscan shrew''s brain offers particular advantages for understanding cortical activity at the multi-cell level, due to its small number of cortical neurons and its intrinsic advantages for optical imaging approaches. The entorhinal cortex contains well-defined functional and anatomical modules and provides a unique opportunity for studying their interrelation. The organization of the cerebral cortex of the Etruscan shrew reflects their behavioral specialization as fast touch-and-kill hunters. Several cortical areas comprising a third of the cortical volume respond to vibrissal touch. One cortical hemisphere contains only about 1 million neurons. Cytoarchitecture and histochemical staining revealed 13 cortical regions - a large number considering the small size of the shrew''s brain. Pyramidal cell clusters in layer 2 of medial entorhinal are reliably identifiable and thus provide common anatomical framework for entorhinal cortex modularity. These cells form geometrically arranged clusters and bundle their dendrites towards a common point overlapping with presynaptic markers of cholinergic inputs. Cholinergic drive is an important component of theta-rhythmicity which we found to be two-fold stronger in pyramidal than in stellate neurons. Since nearly all grid cells are strongly theta modulated, we suggest that pyramidal cells may play an important role in microcircuits for spatial navigation. In this work, we studied the areal architecture of the Etruscan shrew cortex and the modular architecture of the rat medial entorhinal cortex as contributions towards understanding structure-function relations in the cerebral cortex.
2015-05-04
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17858
urn:nbn:de:kobv:11-100229929
http://dx.doi.org/10.18452/17206
BV042568610
eng
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/268452023-10-31T04:00:31Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Detection and Analysis of Novel Microproteins in the Human Heart based on Protein Evidence, Conservation, Subcellular Localization, and Interacting Proteins
Schulz, Jana Felicitas
Hübner, Norbert
Sommer, Thomas
Müller, Dominik
Mikroproteine
Ribosomen Profiling
Proteinevolution
Proteininteraktom
Herzversagen
lncRNAs
Proteintranslation
Microproteins
Short open reading frame (sORF)
Ribosome profiling
lncRNAs
sORF-encoded peptides
dilated cardiomyopathy
ORF detection
human heart
translatome
heart failure
de novo genes
protein evolution
PRISMA
short linear motifs (SLiMs)
protein interactome
primate-specific proteins
576 Genetik und Evolution
570 Biologie
ddc:576
ddc:570
Kürzlich wurde mithilfe von Ribo-seq Experimenten die Translation hunderter Mikroproteine in menschlichen Herzen entdeckt. Diese blieben zuvor aufgrund ihrer geringen Größe (< 100 Aminosäuren) unentdeckt, und ihre physiologische Rolle ist noch weitgehend unbekannt. Ziel dieser Promotionsarbeit ist es, potentielle Funktionen dieser neuartigen Mikroproteine zu entschlüsseln. Dabei sollen insbesondere die Aufklärung ihrer evolutionären Konservierungssignatur, subzellulären Lokalisierung und ihres Proteininteraktoms helfen.
Die Konservierungsanalyse ergab, dass fast 90% der Mikroproteine nur in Primaten konserviert ist. Weiterhin konnte ich die Produktion von Mikroproteine in vitro und in vivo nachweisen, die subzelluläre Lokalisierung von 92 Mikroproteinen definieren, und Interaktionspartner für 60 Mikroproteine identifizieren. Dutzende dieser Mikroproteine lokalisieren in Mitochondrien. Dazu gehörte ein im Herzen angereichertes Mikroprotein, das aufgrund der Interaktions- und Lokalisationsdaten einen neuartigen Modulator der mitochondrialen Proteintranslation darstellen könnte. Der Interaktom-Screen zeigte außerdem, dass evolutionär junge Mikroproteine ähnliche Interaktionsfähigkeiten wie konservierte Kandidaten haben. Schließlich wurden kurze Sequenzmotive identifiziert, die Mikroprotein-Protein-Wechselwirkungen vermitteln, wodurch junge Mikroproteine mit zellulären Prozessen – wie z.B. Endozytose und Spleißen – in Verbindung gebracht werden konnten.
Zusammenfassend wurde die Produktion vieler kleiner Proteine im menschlichen Herzen bestätigt, von denen die meisten lediglich in Primaten konserviert sind. Zusätzlich verknüpften umfangreiche Lokalisierungs- und Interaktionsdaten mehrere Mikroproteine mit Prozessen wie Spleißen, Endozytose und mitochondrialer Translation. Weitere Untersuchungen dieses zuvor verborgenen Teils des Herzproteoms werden zu einem besseren Verständnis von evolutionär jungen Proteinen und kardiologischen Prozessen beitragen.
Recently, the active translation of hundreds of previously unknown microproteins was detected using ribosome profiling on tissues of human hearts. They had remained undetected due to their small size (< 100 amino acids), and their physiological roles are still largely unknown. This dissertation aims to investigate these novel microproteins and validate their translation by independent methods. Particularly, elucidating their conservation signature, subcellular localization, and protein interactome shall aid in deciphering their potential biological role.
Conservation analysis revealed that sequence conservation of almost 90% of microproteins was restricted to primates. I next confirmed microprotein production in vitro and in vivo by in vitro translation assays and mass spectrometry-based approaches, defined the subcellular localization of 92 microproteins, and identified significant interaction partners for 60 candidates. Dozens of these microproteins localized to the mitochondrion. These included a novel cardiac-enriched microprotein that may present a novel modulator of mitochondrial protein translation based on its interaction profile and subcellular localization. The interactome screen further revealed that evolutionarily young microproteins have similar interaction capacities to conserved candidates. Finally, it allowed identifying short linear motifs that may mediate microprotein-protein interactions and implicated several young microproteins in distinct cellular processes such as endocytosis and splicing.
I conclude that many novel small proteins are produced in the human heart, most of which exhibit poor sequence conservation. I provide a substantial resource of microprotein localization and interaction data that links several to cellular processes such as splicing, endocytosis, and mitochondrial translation. Further investigation into this hidden part of the cardiac proteome will contribute to our understanding of recently evolved proteins and heart biology.
2023-03-03
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/26845
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/26845-1
http://dx.doi.org/10.18452/25979
eng
10.1016/j.cell.2019.05.010
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/175662020-03-07T04:46:37Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Analysis of Type Three System transport mechanism in gram-negative bacteria
Dohlich, Kim-Stephanie
Zychlinsky, Arturo
Matuschewski, Kai
Wolber, Gerhard
Shigella flexneri
Virulenzfaktor
Typ III Sekretionssystem
T3SS
Proteintransport
Effektor
bakterielle Sekretion
Shigella flexneri
virulence factor
Type Three Secretion System
T3SS
protein transport
effector
bacterial secretion
570 Biologie
32 Biologie
WF 5700
ddc:570
Das Typ III Sekretionssystem (T3SS) ist ein Proteinkomplex den Gramnegative Bakterien nutzen um in einem Schritt Effektorproteine (Effektoren) aus dem Zytosol über die Doppelmembran zu sekretieren. Für viele Bakterien ist das T3SS ein essenzieller Virulenzfaktor, der es ihnen erlaubt mit ihrem Wirt zu interagieren und diesen zu manipulieren. Charakteristisch für das T3SS ist die strukturelle Komponente, der Nadelkomplex. Dieser ähnelt strukturell einer Spritze, deren Basalkörper die bakteriellen Membranen und das Periplasma durchspannt und einer Nadel, die vom Basalkörper aus dem Bakterium ragt. Basierend auf dem Modell einer Spritze wird angenommen, dass Effektoren entfaltet und anschließend durch Basalkörper und Nadelkanal sekretiert werden. Trotz der kontinuierlichen Forschung an T3SS entbehrt dieses Modell einer experimentellen Grundlage und der Mechanismus ist nicht vollständig erklärt. Ziel der Arbeit war es, eine experimentelle Basis für den Sekretionsmechanismus des T3SS zu schaffen. Um zu verstehen, wie das T3SS Effektoren sekretiert, wurden zunächst Fusionsproteine konstruiert, welche aus einem Effektor und einem stabil gefalteten Knotenprotein bestehen. Aufgrund des Knotens in der Fusion ist davon auszugehen, dass dieser während der Sekretion nicht entfalten kann. Die Effektordomäne wird sekretiert während der Knoten im Kanal verbleibt und diesen verstopft. Nach unseremWissen ist diese Arbeit die erste Visualisierung von Effektorfusionen an isolierten Nadelkomplexen. Die Effektorfusion wird N-terminal voran durch den Kanal sekretiert, wobei der Kanal das Substrat umschließt und gegen Proteasen und chemische Modifikationen abschirmt. Die Ergebnisse dieser Arbeit untermauern eine Grundidee der Funktionsweise des T3SS und liefern eine vielversprechende Strategie für in situ-Strukturanalysen. Dieser Ansatz lässt sich auch auf andere Proteinsekretionssysteme übertragen, bei welchen Substrate vor dem Transport entfaltet werden müssen.
The Type III Secretion System (T3SS) is a complex used by Gram-negative bacteria to secrete effector proteins from the cytoplasm across the bacterial envelope in a single step. For many pathogens, the T3SS is an essential virulence factor that enables the bacteria to interact with and manipulate their respective host. A characteristic structural feature of the T3SS is the needle complex (NC). The NC resembles a syringe with a basal body spanning both bacterial membranes and a long needle-like structure that protrudes from the bacterium. Based on the paradigm of a syringe-like mechanism, it is generally assumed that effectors are unfolded and secreted from the bacterial cytoplasm through the basal body and needle channel. Despite extensive research on T3SS, this hypothesis lacks experimental evidence and the mechanism of secretion is not fully understood. This work aimed to provide an experimental basis for the model of the T3SS mechanism. In order to elucidate details of the effector secretion mechanism, fusion proteins consisting of an effector and a bulky protein containing a knotted motif were generated. It is assumed that the knot cannot be unfolded during secretion of the chimera. Consequently, these fusions are accepted as T3SS substrates but remain inside the NC channel and obstruct the T3SS. This is, to our best knowledge, the first time effector fusions have been visualized together with isolated NCs and it demonstrates that effector proteins are secreted directly through the channel with their N-terminus first. The channel encloses the substrate and shields it from a protease and chemical modifications. These results corroborate an elementary understanding of how the T3SS works and provide a powerful tool for in situ-structural investigations. This approach might also be applicable to other protein secretion systems that require unfolding of their substrates prior to secretion.
2014-02-24
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17566
urn:nbn:de:kobv:11-100215778
http://dx.doi.org/10.18452/16914
BV041713667
eng
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/165592020-03-07T04:41:46Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Immunologische Grundlagen für den Schutz vor simianem AIDS in den natürlichen Wirten von SIV
Siegismund, Christine
Krüger, D. H.
Kurth, R.
DNA-Immunisierung
SIV
AGM
Immunantwort
Gag
CTL Epitope
DNA immunisation
SIV
AGM
Immune response
Gag
CTL epitopes
570 Biologie
32 Biologie
YD 8487
ddc:570
Das Humane Immundefizienzvirus (HIV) ist der Erreger von AIDS und als Zoonose von den Schimpansen (HIV-1) bzw. den Rauchmangaben (HIV-2) auf die menschliche Population übergesprungen. Diese Primatenspezies sind die natürlichen Wirte für die simianen verwand-ten Viren SIVcpz bzw. SIVsm. Die nicht-natürlichen Virus-Wirt-Beziehungen der Immundefizienzviren resultieren in einem pathogenen Verlauf, wie HIV im Menschen und SIVmac in Rhesusmakaken. Die natürlichen Wirte Rauchmangaben, Schimpansen, Afrikanische Grüne Meerkatzen (AGM) und viele mehr entwickeln hingegen kein simianes AIDS. Dies erfolgt trotz lebenslanger Infektion mit SIV und einer zur HIV-Infektion im Menschen äquivalenten Viruslast. Die natürlichen Wirte weisen darüber hinaus keine Immunantwort gegen das virale Kernprotein Gag (gruppen-spezifisches Antigen) auf, was ein früh und zahlreich gebildetes Protein während der Virusreplikation ist. Die fehlende humorale Immunantwort könnte die natürlichen Wirte vor Aktivierung des Immunsystems und dadurch auch vor sAIDS bewahren. Frühere Versuche in AGM mit injiziertem SIVagmGag-Protein zeigten zwar, dass die Induktion einer humoralen Immunantwort gegen SIVagmGag möglich ist, diese aber schon nach kurzer Zeit wieder absinkt. Des Weiteren bildete sich durch Infektion mit SIVagm in den Tieren keine anamnestische Immunantwort heraus, die für die Erkennung von gleichen Epitopen maßgeblich ist. Es scheint ein Unterschied in der Erkennung von exogenem injiziertem SIVagmGag-Protein zu endogenem, durch das Virus selbst gebildetem, Protein in den AGM zu bestehen. Folglich wurde die Hypothese aufgestellt, dass eine Immunisierung mit SIVagmGag-DNA unter Umgehung des Unterschieds in der Proteinprozessierung eine anamnestische Immunantwort in den AGM induziert. Um diese Hypothese zu testen und die Gag-Immunreaktion in Abwesenheit anderer viraler Gene bezüglich der Pathogenität zu evaluieren, wurden codonoptimierte SIVagmGag- und SIVmacGag-DNA Immunisierungsvektoren generiert. Die Proteinexpression wurde in vitro und die Immunogenität in Balb/c und C57Bl/6 Mäusen getestet. Jeweils eine Gruppe von vier AGM erhielt bioballistisch SIVagmGag-DNA bzw. SIVmacGag-DNA. Als Kontrollen dienten mit codonoptimierter DNA immunisierte Rhesusmakaken sowie mit Leervektor immunisierte Primaten beider Spezies. Als Kostimulanz wurde zusätzlich jeweils speziesspezifische gmcsf DNA verwendet. Im Gegensatz zu den Rhesusmakaken konnte in den AGM durch DNA-Immunisierung keine zelluläre und nur eine schwache, transiente humorale anamnestische Immunantwort nach Infektion induziert werden, obwohl beide Gag-Proteine endogen produziert wurden. Daher kann die fehlende anamnestische Immunantwort der AGM nach Immunisierung mit Gag-Protein vermutlich nicht auf Unterschiede in der Proteinprozessierung und -erkennung (endogen versus exogen) zurückgeführt werden. Die Ergebnisse dieser Studie deuten an, dass während der Infektion dieses natürlichen Wirtes eine aktive Unterdrückung der anti-Gag-Antikörperantwort stattfindet, möglicherweise induziert durch eine Anergie in Gag-spezifischen T-Helferzellen.
The causative agents of AIDS, the human immunodeficiency viruses (HIV-1 and HIV-2), were transmitted zoonotically to the human population from the natural hosts of the related simian immunodeficiency viruses SIVcpz (chimpanzees) and SIVsm (sooty mangabeys), respectively. In contrast to the outcome of infections in non-natural hosts (e.g. HIV in humans, SIVmac in rhesus macaques), the natural hosts of SIV do not develop simian AIDS-like symptoms despite life-long infection with virus loads matching those seen in HIV-infected humans. Many such natural host primates infected with SIV, such as SIVagm-infected African green monkeys (AGMs), fail to mount an antibody response to the intact viral core protein Gag (group-specific antigen), a protein produced extensively during infection. It has been postulated that this lack of an immune response to Gag could protect the natural hosts from immunopathological effects and therefore from simian AIDS. Previous studies in AGMs indicated that Gag protein produced endogenously during infection is ''seen'' by the immune system differently than that introduced exogenously by protein immunisation, possibly through differences in processing or through specific tolerance at the T-cell level. To address these possibilities, primate studies were performed in which the responses in the natural and non-natural hosts to endogenously produced Gag protein in the absence of other viral genes were compared and the influence of such endogenous priming on the immune response to infection was evaluated. This was achieved by bioballistic immunisation of AGMs and rhesus macaques with codon-optimised DNA coding for SIVagm or SIVmac Gag protein delivered together with DNA coding for the species-specific GM-CSF cytokine. Prior to the primate studies, the DNA constructs were evaluated in BALB/c and C57Bl/6 mice for immunogenicity and protein expression. In contrast to the rhesus macaques, SIVagmGag DNA immunisation of African green mon-keys generally failed to prime for an anamnestic cellular immune response and primed for only a weak, transient anamnestic humoral response to the protein upon infection, despite the proteins resulting from both immunisation and infection being produced endogenously. Differences in protein processing and recognition (endogenous versus exogenous) do not therefore appear to account for the lack of priming for an anamnestic immune response seen using a protein immunogen. Rather, the results seem to indicate that an active suppression of the anti-Gag immune response may occur during infection of this natural host of SIV, possibly by the induction of anergy in Gag-specific Th cells.
2009-03-25
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/16559
urn:nbn:de:kobv:11-10097606
urn:nbn:de:kobv:11-100224454
urn:nbn:de:kobv:11-100224468
http://dx.doi.org/10.18452/15907
HU004204875
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
application/octet-stream
application/octet-stream
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/199082020-03-07T04:57:30Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Biochemische und strukturelle Untersuchungen der Kohlenmonoxid-Dehydrogenasen CODH-II und CODH-IV aus Carboxydothermus hydrogenoformans
Domnik, Lilith
Dobbek, Holger
Zouni, Athina
Hildebrandt, Peter
Röntgenstrukturanalyse
Strukturbiologie
Biokatalyse
Sauerstoff
X-ray crystallography
structural biology
oxygen
biocatalysis
572 Biochemie
WD 5055
ddc:572
Die Kohlenmonoxid-Dehydrogenase (CODH) ist ein Schlüsselenzym des reduktiven Acetyl-CoA Wegs, und katalysiert in diesem die Reduktion von CO2 zu CO mit Raten von bis zu 12 s 1. Die Rückreaktion, die Oxidation von CO, katalysiert die CODH mit Raten von bis zu 31000 s-1. Beide Reaktionen finden am aktiven Zentrum des Enzyms, einem [NiFe4S4OHx]-Cluster (C Cluster), statt. Das Genom des hydrogenogenen Bakteriums C. hydrogenoformans beinhaltet fünf putative CODHs, welche vermutlich unterschiedliche Funktionen im Organismus ausüben. Diese Arbeit charakterisiert CODH-II und CODH-IV strukturell und biochemisch. In CODH-II wurden dafür Seitenketten der 1. und 2. Koordinationssphäre des C-Clusters ausgetauscht und einer strukturellen und kinetischen Analyse unterzogen.
Der zweite Teil der Arbeit analysiert den Einfluss von O2 auf CODH-II und CODH-IV. In Lösung zeigte CODH-II bei Inkubation mit O2 einen Verlust der CO-Oxidationsaktivität. Analog dazu konnte in CODH-II Kristallen die Zerstörung des C Clusters durch O2 verfolgt werden. Elektrochemisch wurde das Verhalten der CODH-II in der Gegenwart von O2 mit der CODH-IV, für welche eine Rolle in der oxidativen Stressantwort von C. hydrogenoformans diskutiert wird, verglichen. CODH-IV ist sauerstofftoleranter als CODH-II und katalysiert die Oxidation von CO hocheffizient nahe des CO-Diffussionslimits. Die Aufklärung der Struktur von CODH-IV erlaubte die Identifikation einer möglichen Ursache der höheren O2-Toleranz. Die Strukturen beider CODHs ähneln sich stark. Allerdings weist CODH IV an der Rückseite des C-Clusters eine dichtere Packung der Seitenketten auf, wodurch der Cluster von einem Angriff durch O2 abgeschirmt werden könnte.
CO-Dehydrogenase (CODH) is a key enzyme of the reductive acetyl-CoA pathway, in which it catalyses the reduction of CO2 to CO with rates up to 12 s-1. CODH catalyses the reverse reaction, the oxidation of CO with rates up to 31000 s-1. Both reactions take place at the active site of the enzyme, a [NiFe4S4OHx] cluster (cluster C). The genome of the hydrogenogenic bacterium C. hydrogenoformans contains five putative CODHs which might serve distinctive functions within the organism. This study characterises CODH-II and CODH-IV structurally and biochemically. Residues of the first and second coordination sphere of cluster C from CODH-II were exchanged and analysed concerning their structural and biochemical properties.
The second part of this study analyses the influence of O2 on CODH-II and CODH-IV. CODH-II showed in solution a loss in CO-oxidation activity upon incubation with O2. In an analogous experiment, the destruction of cluster C by O2 was followed crystallographically. A role for CODH-IV in the oxidative stress response of C. hydrogenoformans has been discussed previously. Therefore, the behaviour of CODH-II and CODH-IV was analysed electrochemically in the presence of O2. CODH IV is more O2-tolerant than CODH-II and catalyses the oxidation of CO with high efficiency close to the diffusion limit of CO. Reasons for the enhanced O2-tolerance of CODH-IV could be deduced by elucidating its structure. Generally, both CODHs show high structural similarity. However, at the backside of cluster C CODH-IV shows a tighter packing of residues by which the cluster C might be shielded from O2.
2018-05-14
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/19908
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/19908-2
http://dx.doi.org/10.18452/19157
ger
10.1002/anie.201709261
(CC BY-NC-ND 3.0 DE) Namensnennung - Nicht-kommerziell - Keine Bearbeitung 3.0 Deutschland
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/191792020-03-07T04:55:04Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Predictive computational modeling for improved treatment strategies
Schelker, Max
Klipp, Edda
Herzel, Hanspeter
Timmer, Jens
Systembiologie
Influenza A
Mathematische Modellierung
Krebs
Immuntherapie
Anämie
Systems biology
Cancer
Mathematical modeling
Influenza A
Immunotherapy
Anemia
570 Biologie
WC 7000
WD 9200
ddc:570
Krebs und Infektionskrankheiten, wie z.B. Influenza, stellen zwei der großen Bedrohungen für die Menschheit dar. Gerade durch den demographischen Wandel sind immer mehr Menschen gefährdet. Mathematische Modelle von Krankheiten decken verschiedene Detailebenen ab -- von epidemologischen Modellen der Virusinfektion bis zu intrazellulären Modellen der Signaltransduktion in einzelnen Krebszellen. Diese Modelle, sofern sie anhand von biologische Daten kalibriert wurden, können sich als sehr nützlich erweisen um Hypothesen zu bisher unbekannten Wechselwirkungen zu generieren, Wirkstoffkandidaten vorherzusagen, und die Funktionsweise von existierenden Wirkstoffen besser zu verstehen.
Im Rahmen dieser Arbeit möchte ich mehrere Projekte vorstellen, in denen prädiktive mathematische Modelle dazu benutzt wurden, tiefere Einblicke in die biologischen Prozesse zu gewinnen und die Therapieansätze bei Krebserkrankungen und den damit verbundenen Gesundheitsproblemen zu verbessern.
Im ersten Teil geht es um die Bedeutung von gemeinschaftlich entwickelter Software für die Systembiologie. Eine offene und erweiterbare Modellierungssoftware ermöglicht es ständig verbessert zu werden und an die Bedürfnisse der Nutzer angepasst zu werden.
Im zweiten Projekt wurden die intrazellulären Prozesse während der frühen Influenza A Infektion untersucht. Durch eine Kombination von biologischen Messungen und mathematischer Modellierung konnte der Abbau von viraler RNA wähernd des Transportes durch das Wirtszellzytoplasma als limitierender Faktor für die erfolgreiche Infektion identifiziert werden. Mit Hilfe eines experimentell modifizierten viralen Hämagglutintin-Proteins mit veränderter pH-Abhängigkeit konnte gezeigt werden, dass sich der Abstand zum Zellkern, in dem das virale Genom freigesetzt wird, vergrößert. Die Modellvorhersage, dass die Infektion dadurch weniger effektiv wird, konnte experimentell bestätigt werden.
Im dritten Projekt beschäftigte ich mich mit gesundheitlichen Problemen, die im Zusammenhang mit einer Krebserkrankung und deren Behandlung auftreten können. Chemotherapie oder die Krebserkrankung selbst führt bei vielen Patienten zu einer Blutarmut (Anämie). Diese wird aktuell entweder durch regelmäßige Bluttransfusionen oder durch Verabreichung von sogenannten Erythropoiesis-Stimulating Agents (kurz: ESA, zu Deutsch: Erythropoese-stimulierende Substanzen) behandelt. Mithilfe eines publizierten mathematischen Modells zur ESA-EpoR Interaktion konnten die Bindungseigenschaften verschiedener ESAs charakterisiert und zudem die Anzahl der Bindungsstellen auf unterschiedlichen Zelllinien bestimmt werden. Durch eine Erweiterung des Modells mit einem pharmakokinetischen und -dynamischen Teil konnte die Dosierung für Anämiepatienten retrospektiv verbessert werden.
Das letzte Projekt stellt eine computerbasierte Methode zur Analyse und Entschlüsselung der zellulären Zusammensetzung von Tumorproben dar. In den vergangenen Jahren wurde vermehrt eine neue Klasse von Krebsmedikamenten entwickelt, die sich das körpereigene Immunsystem zunutze macht, um den Krebs zu bekämpfen. Das Funktionieren dieser Medikamente hängt jedoch davon ab, ob bestimmte Immunzellen in der Umgebung des Tumors vorhanden sind. Auf Grundlage von Einzelzell RNA-Sequenzierungsdaten konnte eine existierende Methode so erweitert werden, dass nunmehr auch Proben von soliden Tumoren entschlüsselt werden können. Zudem wurden die Einflüsse von verschiedenen Faktoren, wie etwa der Gewebeherkunft oder dem verwendeten Algorithmus, systematisch ausgewertet.
Zusammengefasst habe ich in dieser Arbeit dargestellt, wie prädiktive Computermodelle dazu verwendet werden können bestehende Behandlungsansätze zu verbessern und neue Wirkstoffkandidaten zu identifizieren.
Cancer and infectious diseases, such as influenza infection, represent major threats to the human population, especially since demographic change makes more and more people vulnerable. Mathematical modeling of disease covers several layers of detail ranging from epidemiological models for infection spread to cancer-associated signaling within individual cells. These models, when being calibrated to biological data, can provide useful means for generating hypothesis of priorly unknown interactions, predicting drug targets for novel therapeutic substances and for improving the understanding and efficient functioning of existing treatment strategies. In this thesis, I present several projects in which predictive computational models are utilized to gain deeper insights into the biological processes and to improve therapy of cancer and associated health problems.
The first part highlights the importance of community-driven software development for systems biology applications. Efficient, yet expandable and open software continuously improves, driven by an active community of users and developers.
In the second project, the intracellular processes during the early influenza A infection are investigated. Using a combination of experimental measurements and mathematical modeling, degradation of the viral genome during its diffusion through the cytoplasm could be identified as a limiting factor for a successful infection. By experimentally increasing the pH sensitivity of the viral hemagglutinin protein, the distance of diffusion was increased and the computationally predicted decrease in infectivity could be validated in experiment.
The third project deals with cancer-associated health issues and their treatment. Patients suffering from anemia, caused by the cancer itself or as a side-effect of chemotherapy, are treated either with blood transfusions or with an erythropoiesis stimulating agent (ESA). By adapting a published model of ESA-EpoR interaction, not only the biochemical properties of different ESAs could be characterized in silico but also the number of binding sites (i.e. Epo receptors on the cell surface) in different cell lines was accurately determined. The model was extended by a pharmaco-kinetic and -dynamic part. The combined ESA-EpoR-PK/PD model could be utilized to retrospectively optimize the dosing regimen of patients suffering from anemia.
In the last project, a computational method for analyzing and deciphering the cellular composition of bulk tumor samples is presented. Only recently, a new class of anti-cancer drugs was introduced recruiting the body’s own immune system to combat malignant tissue. However, the efficient functioning of these immunotherapeutical drugs heavily depends on the presence of specific immune cells in the tumor micro-environment. Based on single-cell RNA sequencing data, an existing method for computational deconvolution could be adapted for data from solid tumor tissue and its performance was benchmarked.
Taken together, in this thesis I present approaches how predictive computational models can be utilized to render more efficient existing treatment strategies.
2017-10-23
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/19179
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/19179-0
http://dx.doi.org/10.18452/18488
eng
Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Deutschland
Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Deutschland
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/239622023-03-10T11:01:53Zcom_18452_23566com_18452_23536com_18452_23532com_18452_45com_18452_5col_18452_23573textPublicationprimusdoc-type:PeriodicalPartopen_accessstatus-type:acceptedVersionddc:570
Proceedings in Marine Biology
Journal of the Graduate Course on Electron Microscopy of the Humboldt-Universität zu Berlin
Bergmann, Anja
Brandt, Stefanie
Maier, Heidi
Mielke, Maja
Haß, Pascal-Kolja
Hänel, Anne
Zimmermann, Diana Laura Maria
Jenner, Leonie
Rivero Crespo, David
Träger, Leo
Galunder, Katharina
Bartolomaeus, Thomas
Beckers, Patrick
Furchheim, Nina
Lüfter, Carsten
Ziegler, Alexander
570 Biologie
ddc:570
“Proceedings in Marine Biology” is an international journal publishing original research by graduate students on all aspects of marine biology. Subjects covered include: ecological surveys and population studies of oceanic, coastal and shore communities; physiology and experimental biology; taxonomy, morphology and life history of marine animals and plants. Papers are also published on techniques em- ployed at sea for sampling, recording, capture and observation of marine organisms.
Zeitschrift zur Kursabschlussreise der Humboldt-Universität zu Berlin (Deutschland) im Bereich Elektronenmikroskopie.
Peer Reviewed
2021-10-01
PeriodicalPart
doc-type:PeriodicalPart
acceptedVersion
2748-5234
http://edoc.hu-berlin.de/18452/23962
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/23962-8
http://dx.doi.org/10.18452/23162
3063369-2
ger
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/264022022-12-24T02:01:04Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Regulation of dendritic development by Zeb2
Salina, Valentina
Larkum, Matthew
Wernet, Mathias F.
de Rocha Rosario, Marta
Zeb2
dendritische Entwicklung
pyramidale Neuronen
Embryonalentwicklung
Zeb2
dendritic development
pyramidal neurons
embryonic development
570 Biologie
ddc:570
Dendritische Defekte vermitteln Störungen der Erregbarkeit, Modulation und Plastizität von Neuronen, die zur Entwicklung neurodegenerativer Krankheiten führen können. Eine Mutation des Transkriptionsregulators Zeb2 führt zur Entwicklung des Mowat-Wilson-Syndroms, einer Erkrankung, die mit kognitiven Störungen und einem erkennbaren Gesichtsphänotyp einhergeht. Obwohl kognitive Defekte häufig mit Defekten bei der Bildung des dendritischen Baums in Verbindung gebracht werden, wurde die Rolle von Zeb2 bei der dendritischen Entwicklung bisher nicht untersucht.
Hier zeige ich, dass Zeb2-defiziente Neuronen in den oberen neokortikalen Schichten einen abnormalen dendritische Baum aufweisen. Außerdem führt der Verlust von Zeb2 zu einer Fehlorientierung des apikalen Dendriten in einer nicht senkrechten Ausrichtung zur Pia.
Darüber hinaus habe ich die Signalwege analysiert, die an der Regulierung der Morphologie des Dendritenbaum stromabwärts von Zeb2 beteiligt sind, und zwar durch Deep Sequencing des Transkriptoms von Zeb2-defizienten und Wildtyp-Neokortices sowie durch Massenspektrometrie-Screens auf Veränderungen in der Expression von Zelloberflächenproteinen nach dem Verlust von Zeb2. Für die vielversprechenden Kandidaten habe ich ein in situ-Hybridisierungs-Screening bei E15,5 durchgeführt. Eine Reihe von Genen, die an der neuronalen Morphologie und an Membranproteinen beteiligt sind, darunter Neuropilin1 und Cadherin6, werden in Gehirnen mit Zeb2-Mangel überexprimiert.
Insbesondere habe ich die Rolle der neuen nachgeschalteten Zielgene Nrp1, Cdh6 und Wnt5a analysiert. Ich verwendete shRNA von Nrp1, Cdh6 und Wnt5a in neuronale Zellkultur, um zu zeigen, dass Nrp1 und Wnt5a eine erhöhte dendritische Komplexität in den Zeb2-defizienten neuronalen Zellen fördern. Die Überexpression von Nrp1 in Neuronen der oberen Schicht in vivo mittels in utero Elektroporation ist ausreichend, um die dendritische Komplexität zu fördern. Darüber hinaus zeige ich durch in utero Elektroporation einer shRNA gegen Nrp1 in Zeb2-defiziente Tiere, dass die Unterdrückung von Nrp1 durch Zeb2 für die Unterdrückung exzessiver Verzweigungen während der Entwicklung erforderlich ist. Für die Ausrichtung des Dendritenbaum ist sie jedoch nicht erforderlich.
Zusammengenommen zeigen diese Daten die wichtige Rolle des Zeb2-Gens bei der Entwicklung des korrekten Dendritenbaum von Neuronen und der Ausrichtung des apikalen Dendriten.
Dendritic defects mediate disturbances in the excitability, modulation and plasticity of neurons, which can lie at the cause of neurodegenerative diseases. Mutation of the transcriptional regulator, Zeb2, causes the development of Mowat-Wilson syndrome, a condition associated with cognitive defects and a recognizable facial phenotype. Although cognitive defects are often associated with defects in the formation of the dendritic tree, the role of Zeb2 in dendritic development had not been studied previously.
Here, I show that Zeb2- deficient neurons in the upper neocortical layers have abnormal dendritic trees. Also, loss of Zeb2 results in the mis-orientation of the apical dendrite to a non-perpendicular orientation to the pia.
Furthermore, I have analysed the signalling pathways involved in regulation of dendritic tree morphology downstream of Zeb2 by deep sequencing of the transcriptome of Zeb2-deficient and wildtype neocortices and mass spectrometry screens for changes in the expression of cell surface proteins upon loss of Zeb2. For the promising candidates, I have performed in situ hybridization screening at E15.5. A number of genes involved in neuronal morphology and membrane proteins, including Neuropilin1 and Cadherin6, become overexpressed in Zeb2- deficient brains.
In particular, I analysed the role of the novel downstream target genes Nrp1, Cdh6 and Wnt5a. I used shRNA of Nrp1, Cdh6 and Wnt5a in cortical neuron cultures to demonstrate that Nrp1 and Wnt5a promote increased dendritic complexity in Zeb2-deficient neuronal cells. Overexpression of Nrp1 in upper layer neurons in vivo, using in utero electroporation, is sufficient to promote dendritic complexity. In addition, I show using in utero electroporation of an shRNA against Nrp1 into Zeb2-deficient animals, that repression of Nrp1 by Zeb2 is required for suppressing excessive branching during development. It is not needed however for the orientation of the dendritic tree.
Taken together, these data show the important role of the Zeb2 gene in the development of the correct dendritic tree of neurons and the orientation of the apical dendrite.
2022-12-23
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/26402
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/26402-7
http://dx.doi.org/10.18452/25603
eng
10.1126/sciadv.abf1973
(CC BY-NC-ND 4.0) Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/213182024-02-13T13:49:59Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:540ddc:570
Arraying of single cells for high throughput elemental analysis using LA-ICP-MS
Löhr, Konrad
Linscheid, Michael
Panne, Ulrich
laser ablation
einzelzell analyse
elementanalytik
vereinzelung
single cell
array
laser ablation
icp-ms
543 Analytische Chemie
570 Biologie
VG 9807
WC 2000
ddc:543
ddc:570
Induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie mit Laserablation (LA-ICP-MS) wird zunehmend für die Einzelzellanalyse eingesetzt, jedoch wird eine weitere verbreitete Verbreitung durch den geringen Durchsatz behindert. Daher wurde in dieser Arbeit der Durchsatz von Einzelzellen-LA-ICP-MS untersucht und verbessert. Zunächst werden die beiden möglichen Ablationsmodi, Bildgebung und Einzelpunktanalyse (SSA), hinsichtlich ihrer analytischen Gütezahlen (Signal-Rausch-Verhältnis, Präzision, Genauigkeit, Durchsatz) verglichen. Hierfür wurden adhärente 3T3-Fibroblastenzellen mit zwei Metallfarbstoffen angefärbt und mit beiden Methoden mehrere Dutzend Zellen vermessen. SSA zeigte überlegene Eigenschaften hinsichtlich Durchsatz und Nachweisgrenzen. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass >400 Zellen analysiert werden müssen, um zufriedenstellende Statistiken für einen quantitativen Vergleich der Ergebnisse zu erhalten, was als zu mühsam befunden wurde. Daher wurde ein Einzelzellen-Arraying-Schritt integriert, um eine automatisierte LA-ICP-MS-Analyse zu ermöglichen. Hierfür wurden zwei Arrayingverfahren getestet: Zunächst wurde das mikrofluidische Arraying von Zellen getestet, jedoch verhinderte das Einklemmen von weichen PDMS-Chips eine erfolgreiche Anwendung, und eine Neugestaltung des Chips wäre erforderlich. Daraufhin wurde eine neuartige Technologie getestet, die auf dem Arraying von Tröpfchen in Verbindung mit der Bilderkennung von Zellen beruht, wobei ein Anordnungsdurchsatz von 550 Zellen pro Stunde und eine beispiellose Einzelzellengenauigkeit (> 99%) gefunden wurde. In einem Proof-of-Principle-Experiment wurde ein Zellarray von THP-1-Suspensionszellen mittels LA-ICP-TOF-MS analysiert und erstmals gleichzeitig endogene und exogene Isotope einzelner Zellen als Isotopen-Fingerabdrücke von Zellen mit Nachweisgrenzen von lediglich wenigen hundert attogramm. Schließlich wurden diese Ergebnisse mit der derzeit gebräuchlichsten Analysemethode Single-Cell (sc)-ICP-MS verglichen.
Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) is increasingly used for single-cell analysis. However, a more widespread use of LA-ICP-MS in single cell analysis is hampered by its low throughput. Hence, in this work the throughput of single cell LA-ICP-MS was studied and improved. First, the two possible ablation modes, imaging and single spot analysis (SSA) of single cells using a large laser spot, are compared regarding their analytical figures of merit (signal to noise, precision, accuracy, throughput), as well as regarding ease of operation and data evaluation. For that, adherent 3T3 fibroblast cells were stained with two metal dyes and several dozen cells were measured using both modes. SSA showed superior characteristics regarding throughput and detection limits. Moreover, it was shown that >400 cells must be analyzed to reach satisfactory statistics for a quantitative comparison of results, which would have been too laborious. Thus, a single cell arraying step was integrated to enable automated LA-ICP-MS analysis. Two different arraying methods were evaluated: First, arraying via hydrodynamic front trapping of cells using a microfluidic device was tested, but clamping of soft PDMS-chips prevented successful arraying and it was concluded that a major redesign of the chip is necessary. Secondly, and a novel technology relying on a microdroplet arrayer in conjunction with image recognition of cells was tested and a moderate arraying throughput (550 cells per hour) and an unprecedented single-cell accuracy (>99%) was found. In a proof of principle experiment, a cell array of THP-1 suspension cells was analyzed using LA-ICP-TOF-MS and endogenic and exogenic isotopes of individual cells were detected for the first time simultaneously as isotopic fingerprints of cells with detection limits as low as hundred attogram. Finally, these results were compared to the currently more commonly used analysis method single-cell (sc)-ICP-MS.
2019-10-09
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/21318
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/21318-5
http://dx.doi.org/10.18452/20573
eng
https://doi.org/10.1021/acs.analchem.9b00198
10.1039/c8ja00191j
(CC BY 3.0 DE) Namensnennung 3.0 Deutschland
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/101522020-03-07T04:17:45Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articleddc:004textPublicationprimusopen_accessddc:570
Effects of a multiple mild infra-red-A induced hyperthermia on central and peripheral pulse waves in hypertensive patients
Meffert, Beate
Hochmuth, Olaf
Steiner, Mathias
Scherf, Hans-Peter
Meffert, Hans
Blood pressure
Central body temperature
Hypertension
Infra-red-hyperthermia
Pulse wave
Walsh transform
570 Biologie
004 Informatik
ddc:570
ddc:004
The paper reports on the effects of multiple whole-body infra-red-A irradiational (IRA) on 13 male patients knows to have stage I or stage II essential arterial hypertension (WHO definition). The peripheral blood pressure was decreased significantly by IRA exposures. The lowered diastolic blood pressure lasted into post-treatment time. This effect is regarded as a consequence of an improvement in peripheral heamodynamics. A measure of this improvement is the different shape of the blood pressure pulse waves. Calculation and comparison of the spectral components of the recorded pulse signals show that these components are useful for a prediction of the blood pressure lowering effect.
Peer Reviewed
1991-11-01
article
doc-type:article
0140-0118
http://edoc.hu-berlin.de/18452/10152
urn:nbn:de:kobv:11-100103293
http://dx.doi.org/10.18452/9500
eng
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät II
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/274862024-03-18T11:56:43Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Metabolic activity of Hordeum vulgare, Brassica napus and Vicia faba in Worm and Root type Biopore Sheaths
Petzoldt, Lisa
Kroschewski, Bärbel
Kautz, Timo
biopore sheath
non-invasive imaging
pH planar optodes
metabolic activity
rhizosphere
root-soil interaction
570 Biologie
ddc:570
Aims: Biopores offer favorable chemical, biological and physical properties for root growth in untilled soil layers. There they are considered as nutrient “hotspots” with preferential root growth. However, the literature lacks a quantification of metabolic activity due to nutrient acquisition of main crops while growing in the biopore sheath. Methods: A pot experiment was performed to map the metabolic activity of roots, as indicated by pH change. The roots of spring barley (Hordeum vulgare L.), spring oilseed rape (Brassica napus L.) and faba bean (Vicia faba L.) were growing through the biopore sheath influenced by an earthworm (Lumbricus terrestris L.) or a taproot (Cichorium intybus L.), in comparison to subsoil without a pore (bulk soil). pH sensitive planar optodes were applied in order to image a planar section of the sheath, while preserving an intact biopore sheath during the experiment. Results: Roots were first found in the field of view in worm biopore then root biopore and bulk soil. At time of the first measurement the pH value was highest in worm biopore sheath (LS-Mean±SEM: 7.16a±0.11), followed by root biopore sheath (6.99ab±0.12) and bulk soil (6.61b±0.12). In spring oilseed rape a significant alkalization (+0.80 Δ pH) was found over time in bulk soil. Faba bean significantly acidified the root biopore sheath (-0.73 Δ pH). Spring barley showed no significant pH changes. Conclusions: The results of the current study reveal a trend of faster root growth through biopores and a higher initial pH value in the biopore sheaths compared to the bulk soil. Biopores serve not only as an elongation path for roots, but their sheaths also provide an environment for root activity in the subsoil.
2022-01-05
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/27486
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/27486-2
http://dx.doi.org/10.18452/26796
1573-5036
10.1007/s11104-021-05269-1
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/170572020-03-07T04:44:12Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Establishment of in vitro-infection models for Chlamydia trachomatis based on human primary cells and primary tissue
Zielecki, Julia
Meyer, Thomas
Lucius, Richard
Bereswill, Stefan
Chlamydia trachomatis
Primärzellen
Reversible Immortalisierung
Eileiter
Chlamydia trachomatis
primary cells
reversible immortalization
fallopian tube
570 Biologie
32 Biologie
WX 6639
ddc:570
Zellkultursysteme mit Krebszelllinien werden seit Langem zur Untersuchung der Interakti-on zwischen Pathogenen und ihren Wirtszellen eingesetzt. Diese Systeme eignen sich aufgrund der reduzierten Komplexität für die Analyse einzelner Faktoren, spiegeln jedoch nicht den Zustand primärer Zellen oder die komplexe Gewebestruktur wieder. Um die Beschränkungen zu umgehen, wurden in dieser Arbeit neue Modelle etabliert auf der Grundlage von reversibel immortalisierten humanen Primärzellen und ex vivo Kultur von intaktem humanem Eileitergewebe. Infektionen mit dem humanpathogenen Bakterium Chlamydia trachomatis, welches chronische Schmerzen oder Unfruchtbarkeit auslösen kann, wurden in diesen Modellen untersucht. Reversible Immortalisierung wurde mit pri-mären human Eileiterzellen (FT Zellen) und humanen Nabelschnurzellen (HUVEC) durchgeführt. Das System basiert auf lentiviralem Gentransfer und dem Cre-lox-System. HUVEC Zellen wurden mit Kombinationen der Onkoproteine hTERT, SV40T und Bmi1 immortalisiert. Immortalisierung von FT Zellen wurde mit SV40T und Bmi1 erreicht. Eine Analyse der FT Zelllinien zeigte Veränderungen des Karyotyps durch die Immortalisie-rung. Bemerkenswerterweise konnten die Stammzellmarker CD44 und Oct4 in FT Zellen nachgewiesen werden. Ex vivo Gewebekultur humaner Eileiter wurde als stabiles Infekti-onsmodel für Chlamydia trachomatis etabliert. Mittels hochauflösender Konfokal-mikroskopie wurde gezeigt, dass die Infektion mit C. trachomatis tiefgreifende Verände-rungen im Epithel der Mukosa auslöst und zum Verlust der Zelladhäsion und Zellpolarität führt. Ein erhöhter Anteil apoptotischer Zellen wurde nach Infektion mit Serovar D beo-bachtet, einem klinischen Isolat des Genitaltraktes. Dieses Ergebnis steht im Gegensatz zu Infektionen mit dem Laborstamm Serovar L2. Phänotypische Veränderungen in nicht infizierten Zellen weisen auf die Existenz parakriner Signalwege während der akuten In-fektion und Veränderung der epithelialen Homeostase hin.
Cell culture systems with cancer-derived cell lines have long been used to study the interaction between pathogens and their host cells. Due to reduced complexity these systems are convenient for the analysis of single factors; however, they do not represent the condition of primary cells or the complex tissue structure. To circumvent these limitations new models were established in this study on the basis of reversibly immortalized human primary cells and ex vivo culture of intact human fallopian tube tissue. Infections with the human pathogenic bacterium Chlamydia trachomatis, which can lead to chronic pain or infertility, were analyzed in these models. Reversible immortalization was applied to primary human fallopian tube (FT) cells and human umbilical vein cells (HUVEC). This system is based on lentiviral gene transfer and the Cre-lox-system. HUVEC cells were immortalized with a combination of two of the oncoproteins hTERT, SV40T and Bmi1. Immortalization of FT cells was achieved with SV40T and Bmi1. Analysis of FT cell lines revealed changes of the karyotype induced by immortalization. Remarkably, the stem cell markers CD44 and Oct4 were detected in FT cells. Ex vivo tissue culture of human fallopian tubes was established as stable and reliable infection model for Chlamydia trachomatis. Via high resolution confocal analysis the infection with C. trachomatis was discovered to trigger profound changes in the epithelial mucosa, causing loss of cell adhesion and polarity. Interestingly, an increase in the rate of apoptotic cells was observed after infection with serovar D, a clinical genital tract isolate. This finding is in contrast to infections with serovar L2, a laboratory strain. Phenotypic changes in non-infected cells suggest the existence of paracrine signalling during acute infection and change in epithelial homeostasis.
2011-11-10
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17057
urn:nbn:de:kobv:11-100196653
http://dx.doi.org/10.18452/16405
BV039703238
eng
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/175152020-03-07T04:46:22Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Epigenetic PU.1 silencing in myeloid leukemia by mimicrying a T cell specific chromatin loop
Perrod, Chiara
Leutz, Achim
Saumweber, Harald
Selbach, Matthias
PU.1
Hämatopoiesis
Chromatin Struktur
Generegulation
Läukemie
gene regulation
hematopoiesis
PU.1
chromatin conformation
leukemia
570 Biologie
32 Biologie
ddc:570
Veränderungen in der lokalen Chromatinstruktur beeinflussen die dynamische Regulation von Genen, welche für die Differenzierung notwendig sind. PU.1 ist ein Master-Transkriptionsfaktor in der Hämatopoese und wird streng reguliert, um ein zelllinienspezifisches Expressionsmuster zu erzielen. Hohe Konzentrationen von PU.1 sind für myeloische Differenzierung erforderlich. In B-Zellen wird PU.1 mittelstark exprimiert und muss aktiv runterreguliert werden, um eine Ausdifferenzierung der multipotenten Vorläuferzellen zu T-Zellen zu ermöglichen. Derzeit ist wenig über die Regulierung von PU.1 in T-Zellen bekannt. Darüber hinaus wurde eine abnormale Expression von PU.1 in verschiedenen Leukämieerkrankungen beobachtet. Mittels eines genome-wide Chromatin-Interaktions-Screens konnten wir einen cis-Repressor mit insulierender Kapazität identifizieren, welcher mittels eines Chromatinloops die Promotoraktivität von PU.1 in T-Zellen, jedoch nicht in myeloischen oder B-Zellen blockiert. Sowie Looping als auch Insulation erfordern die Bindung des Chromatin-Regulatorprotein CTCF. Im Gegensatz zu normalen myeloischen Zellen finden wir, dass Krebszellen aus myeloischen Leukämie Patienten diese T-Zell-spezifische repressive Chromatinstruktur aufweisen, was einen räumlichen Kontakt des Insulator mit dem PU.1 Promotor ermöglicht. Die Ergebnisse dieser Arbeit beschrieben das CTCF gesteuerte „long distance looping“ als ein neuer molekularer epigenetischer Mechanismus, um Transkriptionsfaktor PU.1 in T-Zellen runterzuregulieren, und zeigen zum ersten mal, dass Krebszellen die Chromatinstruktur anderer Zelllinien imitieren können, um die Expression von Differenzierungsgenen zu blockieren.
Alterations in the local chromatin structure orchestrate the dynamic regulation of differentiation promoting genes. PU.1 is a master transcription factor in hematopoiesis. PU.1 gene must be tightly regulated to achieve lineage specific expression pattern. High levels of PU.1 are required for myeloid commitment: it is expressed at intermediate level in B-cells and must be actively silenced to permit T cell development from early multipotent progenitors. However, little is known of how PU.1 is regulated in T-cells. Moreover, aberrant PU.1 expressions have been observed in multiple leukemias. Using a genome-wide chromatin interaction screen we identified a cis-repressor with insulating capacity that undergoes long-distant chromatin looping to block PU.1 promoter activity in T cells but not myeloid or B cells. Looping and repression requires binding of the chromatin regulator protein CTCF. In contrast to normal myeloid cells, we found that cancer cells from myeloid leukemia patients adopt the T cell specific repressive chromatin structure bringing the insulator into spatial contact with the PU.1 promoter. These results identify CTCF controlled long-distant insulator looping as a novel mechanism to silence lineage-opposing transcription factor expression, and reveal that cancer cells can mimic the chromatin confirmation of another lineage to block expression of differentiation driving genes.
2013-12-16
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17515
urn:nbn:de:kobv:11-100213930
http://dx.doi.org/10.18452/16863
BV041482405
eng
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/174782020-03-07T04:46:12Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Rolle des NF-kappaB Signalweges in zellulärer Seneszenz und Therapie-Effektivität
Jing, Hua
Leutz, Achim
Schmitt, Clemens A.
Scheidereit, Claus
NF-kappaB
Lymphome
Seneszenz
Krebstherapie
Mausmodelle
DLBCL
NF-kappaB
lymphoma
senescence
cancer therapy
mouse models
DLBCL
570 Biologie
32 Biologie
XH 3289
ddc:570
Zelluläre Seneszenz beschreibt einen terminalen Zellzyklus-Arrest. Nach zellulärem Stress u. a. durch aktivierte Onkogene oder DNA-schädigende Chemotherapie wird Seneszenz induziert und kann so zur Tumorsuppression bzw. zum Behandlungserfolg beitragen. Vor kurzem wurde gezeigt, dass der Transkriptionsfaktor NF-kappaB – welcher bisher vor allem durch seine onkogenen Funktionen mit Krebs in Verbindung gebracht wurde - bei der Seneszenz-assoziierten Zytokinausschüttung mitwirkt und den seneszenzten Phänotyp möglicherweise sogar verstärkt, wodurch NF-kappaB potentiell eine tumorsuppressive Rolle zukäme. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung des NF-kappaB-Signalweges in Seneszenz und Therapie. In der vorliegenden Arbeit zeige ich die deutliche Aktivierung von NF-kappaB nach Therapie-induzierter Seneszenz (therapy-induced senescence, TIS) und erhöhte Expression NF-kappaB-regulierter Zytokine. TIS ist vor allem in vivo mit starker Aktivität des NF-kappaB-Signalweges assoziiert und von selbiger abhängig. Primäre Eµ-myc-transgene Mauslymphome wurden nach ihrer endogenen NF-kappaB-Aktivität klassifiziert bzw. mit inhibierenden und aktivierenden NF-kappaB-Konstrukten modifiziert, welche auch in diffusen großzelligen B-Zell Lymphomen (diffuse large B-cell lymphoma, DLBCL) als natürlich vorkommende Mutationen gefunden wurden. Über einen neuartigen „Cross-Species“-Vergleich wurden Bcl2-hochexprimierende Keimzentrums-B-Zell-DLBCL (germinal center B-cell type, GCB) als klinisch relevante Gruppe identifiziert, welche nach NF-kappaB-Hyperaktivierung signifikant besser auf Therapie ansprach. Diese Ergebnisse zeigen eine kontextspezifische, d. h. von „onkogenen Netzwerken“ abhängige Rolle des NF-kappaB Signalweges unter Chemotherapie. Diese Information könnte für künftige klinische Studien bedeutsam sein, da sie Bedingungen aufzeigt, unter denen NF-kappaB als Vermittler einer erwünschten Therapie-induzierten Seneszenzantwort eher nicht inhibiert werden sollte.
Cellular senescence is a terminal cell-cycle arrest program that is executed in response to cellular stresses, such as activated oncogenes or DNA-damaging anti-cancer chemotherapy, where it serves as a tumor-suppressive mechanism or contributes to treatment outcome, respectively. Recently, transcription factor NF-kappaB which has long been linked to cancer development primarily through its oncogenic functions, has been postulated to participate in a senescence-associated and possibly senescence-reinforcing cytokine response, thereby suggesting a tumor-restraining role for NF-kappaB. The aim of my PhD project was to understand the role of the NF-kappaB pathway in senescence and cancer treatment outcome. In this thesis, I show markedly elevated NF-kappaB activity upon therapy-induced senescence (TIS), associated with strong upregulation of NF-kappaB-controlled cytokines. TIS is associated with and depends on hyper-activated NF-kappaB signaling. By characterization and genetic engineering of primary mouse lymphomas according to distinct NF-kappaB-related oncogenic networks reminiscent of diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) subtypes, Bcl2-overexpressing germinal center B-cell-like (GCB) DLBCL were identified as a clinically relevant subgroup with significantly superior outcome when NF-kappaB is hyperactive. These results demonstrate the context-dependent role of NF-kappaB signaling in cancer therapy and unveil oncogenic scenarios in which NF-kappaB hyperactivity unexpectedly accounts for superior long-term outcome to therapy. This finding has significant ramifications for future clinical trials that aim at inhibiting NF-kappaB activity based on the assumption of its detrimental impact on treatment outcome.
2013-09-23
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17478
urn:nbn:de:kobv:11-100212890
http://dx.doi.org/10.18452/16826
BV041348585
eng
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/166482020-03-07T04:42:14Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Die Rolle von Aminopeptidasen in der MHC Klasse I Antigenprozessierung des HLA-A2-restingierten HCMV pp 65 495-503 Epitops im Zusammenhang mit dem peptide-loading complex
Urban, Sabrina
Kloetzel, Peter-Michael
Paschen, Annette
Lockau, Wolfgang
Antigenprozessierung
Proteasom
Aminopeptidasen
HCMV pp65
antigen processing
proteasome
aminopeptidases
HCMV pp65
570 Biologie
32 Biologie
WF 9900
ddc:570
Das Ubiquitin Proteasom System generiert die Mehrheit der antigenen Peptide, die zusammen mit MHC Klasse I Molekülen präsentiert werden, wobei durch Kooperation mit alternativen proteolytischen Systemen die Vielfalt der möglichen MHC I Liganden erhöht wird. In diesem Zusammenhang, insbesondere im Rahmen einer Immunantwort, ist die Rolle von Aminopeptidasen bislang nur ungenügend charakterisiert. In der vorliegenden Arbeit wurde der modulatorische Einfluss von zytosolischen und im ER lokalisierten Aminopeptidasen auf die Generierung des HCMV pp65495-503 Epitops durch Prozessierung von proteasomal generierten Peptidprodukten untersucht. Dafür wurde in pp65 exprimierenden Zellen die Expression einzelner Aminopeptidasen mittels siRNA inhibiert und der Effekt auf die Epitoppräsentation über die Aktivierung pp65495-503 spezifischer CTL bestimmt. Es zeigte sich, dass TPPII, LAP, AP-B und POP limitierend auf die Epitoppräsentation wirken. Damit wurden die Peptidasen AP-B und POP erstmalig in direkten Zusammenhang mit der MHC Klasse I Antigenprozessierung gebracht. Analysen weiterer zytosolischer Peptidasen wie TOP, BH und PSA zeigten keinen signifikanten Effekt auf die Epitoppräsentation, so dass diese Peptidasen an der zellulären Prozessierung des pp65 Antigens nicht beteiligt sind. Die Trimmaktivität von ERAPI und ERAPII im ER hingegen hatte einen bedeutenden Anteil an der pp65495-503 Epitopgenerierung. In Immunpräzipitationsexperimenten konnte zudem die Interaktion der ER Aminopeptidasen mit dem peptide-loading complex zum ersten Mal nachgewiesen werden. Die vorliegenden Daten geben Hinweise darauf, dass die Interaktion von ERAPI und ERAPII mit dem Komplex unabhängig von dessen vollständiger Assemblierung mit dem TAP Transporter stattfinden kann und vermutlich über Tapasin vermittelt wird. Da diese Assoziation durch IFNgamma induziert wird, könnte sie zu einer effizienteren Antigenprozessierung und -Präsentation, vor allem unter Infektionsbedingungen, beitragen.
The ubiquitin proteasome system is responsible for the generation of the majority of MHC class I presented antigenic peptides. By cooperation with alternative proteolytic systems the diversity of MHC class I ligands is increased. In this context, especially during immune response, the role of aminopeptidases is barely characterised. In this project the effect of cytosolic and ER-resident aminopeptidases on processing of proteasomal generated peptides was investigated with regard to HCMV pp65495-503 epitope generation. Therefore, expression level of single aminopeptidases was down regulated by siRNA in pp65 expressing cells and the effect of down regulation on epitope presentation was analysed by activation of pp65495-503 specific CTLs. It could be demonstrated that TPPII, LAP, AP-B and POP have negative effects on pp65 epitope presentation. With AP-B and POP two additional cytosolic aminopeptidases with a functional role in epitope processing were identified. Other aminopeptidases, that have been characterised as part of the antigen processing machinery, namely TOP, BH and PSA, did not affect pp65 epitope generation. In contrast, trimming by ERAPI and ERAPII in the ER resulted in an efficient epitope presentation. For the first time, experimental evidence was provided that the two ER-resident peptidases interact with the MHC class I peptide-loading complex (PLC). The obtained results indicate that this association takes place independently of the assembly of the entire complex including TAP and is probably mediated by tapasin. The observation that this complex formation is inducible by IFNgamma suggests that the association of ERAPI and ERAPII to the PLC accounts for a better antigen processing and presentation mainly at the site of infection.
2009-09-08
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/16648
urn:nbn:de:kobv:11-100101851
http://dx.doi.org/10.18452/15996
HU004653010
ger
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/240032024-03-18T10:12:46Zcom_18452_25col_18452_26doc-type:articlestatus-type:publishedVersiontextPublicationprimusopen_accessddc:570
Two Lysine Sites That Can Be Malonylated Are Important for LuxS Regulatory Roles in Bacillus velezensis
Cao, Xianming
Li, Yulong
Fan, Jialu
Zhao, Yinjuan
Borriss, Rainer
Fan, Ben
LuxS
malonylation
AI-2
biofilm formation
swarming
sporulation
antibiotic production
in vitro enzymatic activity
570 Biologie
ddc:570
S-ribosylhomocysteine lyase (LuxS) has been shown to regulate bacterial multicellular behaviors, typically biofilm formation. However, the mechanisms for the regulation are still mysterious. We previously identified a malonylation modification on K124 and K130 of the LuxS in the plant growth-promoting rhizobacterium B. velezensis (FZB42). In this work, we investigated the effects of the two malonylation sites on biofilm formation and other biological characteristics of FZB42. The results showed that the K124R mutation could severely impair biofilm formation, swarming, and sporulation but promote AI-2 production, suggesting inhibitory effects of high-level AI-2 on the features. All mutations (K124R, K124E, K130R, and K130E) suppressed FZB42 sporulation but increased its antibiotic production. The double mutations generally had a synergistic effect or at least equal to the effects of the single mutations. The mutation of K130 but not of K124 decreased the in vitro enzymatic activity of LuxS, corresponding to the conservation of K130 among various Bacillus LuxS proteins. From the results, we deduce that an alternative regulatory circuit may exist to compensate for the roles of LuxS upon its disruption. This study broadens the understanding of the biological function of LuxS in bacilli and underlines the importance of the two post-translational modification sites.
Peer Reviewed
2021-06-21
article
doc-type:article
publishedVersion
http://edoc.hu-berlin.de/18452/24003
urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/24003-9
http://dx.doi.org/10.18452/23348
2076-2607
10.3390/microorganisms9061338
eng
(CC BY 4.0) Attribution 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/178972020-03-07T04:48:13Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
A comprehensive C/EBPβ interactome
Böhm, Julia Wiebke
Leutz, Achim
Heinemann, Udo
Selbach, Matthias
Metabolismus
C/EBPβ
konservierte Proteindomänen
transkriptionelle Regulation
Protein-Protein Interaktionsnetzwerk
Leukämie
metabolism
C/EBPβ
leukemia
conserved protein domains
transcriptional regulation
protein-protein interaction network
570 Biologie
32 Biologie
WG 1840
ddc:570
Der Transkriptionsfaktor CCAAT/enhancer-binding Protein β (C/EBPβ) reguliert die Expression zahlreicher Gene, welche die Proliferation, Differenzierung und Seneszenz in hämatopoietischen Zellen, Adipozyten und Leukämiezellen kontrollieren. Um diese mannigfaltigen Aufgaben zu erfüllen interagiert C/EBPβ mit zahlreichen Kofaktoren und Proteinen der Transkriptionsregulations-Maschinerie. Da das funktionale Netzwerk von C/EBPβ und seinen zahlreichen Kooperationspartnern bis heute nicht vollständig entziffert ist, ist es das Ziel dieser Arbeit das Netzwerk aus Interaktionspartnern und C/EBPβ regulierten Proteinen in Leukämiezelllinien und darüber hinaus zu erforschen und aufzudecken. Das Interaktom von C/EBPβ wurde mittels einer Kombination aus einem membranbasierten Peptid-Interaktions Testverfahrens (APS) und endogener Immunprezipitationen mit gekoppelter MS-Analyse untersucht. Außerdem wurde die Proteinmenge von C/EBPβ und von potentiell von C/EBPβ regulierten Proteinen mittels proteomischer MS-Analyse in C/EBPβ Knock-out- und Leukämiezelllinien untersucht. Die Protein-Interaktionsversuche ergaben epigenetische und allgemeine transkriptionsregulierende Proteine, sowie Chromatinstruktur modellierende Faktoren, die mit C/EBPβ interagieren. Zusätzlich konnten neue Interaktionen von C/EBPβ mit Kondensin- und Kinetochorproteinen beobachtet werden. Die Versuchsergebnisse eröffnen überdies neue Interaktionen von C/EBPβ mit DNA Reparatur und Apoptose assoziierten Proteinen. Interessanterweise konnten auch Komponenten des Spliceosomes und RNA-prozessierende Proteine als Interaktoren von C/EBPβ identifiziert werden. Zusammenfassend ermöglicht diese Studie nicht nur die Verifikation von bereits bekannten Proteininteraktionen von C/EBPβ, sondern eröffnet zahlreiche weitere zukünftige Forschungsfelder bezüglich des Interaktionsnetzwerkes von C/EBPβ in Leukämien, sowie anderen Zellarten und Geweben.
The basic leucine zipper transcription factor CCAAT/enhancer-binding protein β (C/EBPβ) regulates the expression of various genes that control the proliferation, differentiation and senescence of haematopoietic cells, adipocytes and leukemia cells. To facilitate its multifaceted functions C/EBPβ interacts with a collection of cofactors and proteins of the transcription regulation machinery. As the functional network of C/EBPβ and its numerous cooperation partners is still incomplete this study attempted to analyze interaction partners and downstream proteins of C/EBPβ in leukemia cells and beyond. A combinatory approach of an array based peptide-interaction screening (APS) and endogenous shotgun IP-MS from leukemia cell lines was applied to elucidate the interactome of C/EBPβ. Moreover, C/EBPβ abundance and potential C/EBPβ regulated proteins were determined by MS proteomics in C/EBPβ knockout and leukemia cell lines. The interaction screenings revealed proteins associated with the general and epigenetic regulation of transcription, with chromatin remodeling and mitotic chromatin organization as well as cell cycle regulation. Additionally, new interactions of C/EBPβ with condensin and kinetochore proteins could be elucidated. The data reports of novel C/EBPβ interactors involved in DNA repair and apoptosis. In addition, components of the spliceosome and RNA-processing were detected. Altogether this study verifies known and reveals various novel interactions of the transcription factor C/EBPβ and augments the network of previous reported interactions and potential cooperation partners. The here collected data discloses new subjects for further research concerning the interaction network of C/EBPβ during cell differentiation and in leukemia.
2015-07-13
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/17897
urn:nbn:de:kobv:11-100231183
http://dx.doi.org/10.18452/17245
BV042705415
eng
Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Lebenswissenschaftliche Fakultät
oai:edoc.hu-berlin.de:18452/165412020-03-07T04:41:41Zcom_18452_1col_18452_2textPublicationopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570
Geschlechterunterschiede bei drucklast-induzierter Myokardhypertrophie im Mausmodell
Einfluss von Östrogenrezeptor [beta]
Fliegner, Daniela
Lockau,
Regitz-Zagrosek,
Grohé,
Apoptose
Herzinsuffizienz
Fibrose
Geschlechterunterschiede
Myokardhypertrophie
Östrogenrezeptoren
kardialer Metabolismus
Apoptosis
Sex Differences
Myocardial Hypertrophy
Heart Failure
Estrogen receptors
Cardiac Metabolism
Fibrosis
570 Biologie
32 Biologie
YC 1400
ddc:570
Die Entwicklung und der Verlauf einer Myokardhypertrophie (MH) und Herzinsuffizienz (HF) unterscheiden sich deutlich zwischen Frauen und Männern. Diese Geschlechterunterschiede können zumindest partiell auf Sexualhormone, insbesondere Östrogen, zurückgeführt werden. Östrogene wirken biologisch über zwei verschiedene Östrogenrezeptoren (ER): ERalpha und ERbeta. Viele Befunde weisen auf eine positiv modulierende Wirkung der Östrogene und speziell auf eine besondere Rolle des ERbeta bei der Entwicklung der druckinduzierten MH und HF hin. Diese Studie befasst sich mit der Untersuchung der Geschlechterunterschiede in der Ausprägung einer pathologischen MH und den myokardialen Veränderungen unter dem Einfluss des ERbeta. Grundlage der Arbeit bildete ein Mausmodell mit ERbeta-/-- und Wildtyp- Mäusen, denen durch eine transversale Aortenkonstruktion (TAC) eine artifizielle MH induziert wurde. Zur Dokumentation der Progression und den damit verbundenen Veränderungen wurden zwei Zeitpunkte gewählt, welche die adaptive und maladaptive kardiale Antwort darstellen. Die Entwicklung der Myokardhypertrophie wurde sowohl durch Echokardiographie als auch hämodynamischen Messungen charakterisiert und durch biochemische und molekulare Techniken sowie den Einsatz von Mikroarrays untersucht. Es konnte der Einfluss des Geschlechts auf die Entwicklung der MH bei andauernder Druckbelastung nachgewiesen werden. ERbeta modulierte dabei die kardiale Funktion sowie die molekulare Antwort in hypertrophie- assoziierten Prozessen, wie dem kardialen Metabolismus, der kardialen Fibrose und der Apoptose in weiblichen und männlichen Tieren. ERbeta trug in den weiblichen Tieren zum Erhalt des kardialen Energiehaushaltes bei und limitierte dadurch die Entwicklung einer kardialen Fibrose und Apoptose. Ein positiver Einfluss des ERbeta konnte in auch in den männlichen Tieren beobachtet werden: Ein starker Funktionsverlust des Herzens und apoptotische Prozesse wurden durch ERbeta verlangsamt oder inhibiert.
Development and progress of myocardial hypertrophy (MH) and the transition to heart failure (HF) differ between the sexes in humans. There is evidence that sex- related differences are mediated through sex hormones, especially the sex hormone estrogen. Effects of estrogen are mediated by two different estrogen receptors (ER): ERalpha und ERbeta. Many studies indicate a beneficial role of estrogen and particularly for ERbeta in the development of pressure overload induced MH and HF. This study investigates sex differences in the development of pathological MH and accompanying myocardial changes under the influence of ERbeta. For this purpose wildtype and estrogen receptor beta lacking (ERbeta-/-) mice were investigated. Myocardial hypertrophy was induced by using the method of transversal aortic constriction (TAC). To determine the progression of MH to HF two time points were studied, which describe the adaptive and the maladaptive response to cardiac pressure overload. The development of MH was characterized by echocardiography and hemodynamic measurements in vivo. Additionally microarrays, molecular and biochemical analyses were performed in left ventricles. We identified sex differences in the development of MH induced by chronic pressure overload. ERbeta modulated the cardiac function and the molecular response in hypertrophy associated processes like cardiac metabolism, fibrosis and apoptosis in female and male animals. ERbeta contribute to the maintenance of energy homeostasis in female mice and limits the development of maladaptive cardiac hypertrophy, fibrosis and apoptosis in female and in male mice and slows the progression to heart failure consequently down.
2009-02-06
doctoralThesis
doc-type:doctoralThesis
http://edoc.hu-berlin.de/18452/16541
urn:nbn:de:kobv:11-10096501
http://dx.doi.org/10.18452/15889
HU003880809
ger
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
application/pdf
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
oai_dc///ddc:570/100