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Prediction of beta-barrel membrane proteins by searching for restricted domains
(2005)
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Oliver Mirus
Enrico Schleiff
- BACKGROUND:
The identification of beta-barrel membrane proteins out of a genomic/proteomic background is one of the rapidly developing fields in bioinformatics. Our main goal is the prediction of such proteins in genome/proteome wide analyses.
RESULTS:
For the prediction of beta-barrel membrane proteins within prokaryotic proteomes a set of parameters was developed. We have focused on a procedure with a low false positive rate beside a procedure with lowest false prediction rate to obtain a high certainty for the predicted sequences. We demonstrate that the discrimination between beta-barrel membrane proteins and other proteins is improved by analyzing a length limited region. The developed set of parameters is applied to the proteome of E. coli and the results are compared to four other described procedures.
CONCLUSION:
Analyzing the beta-barrel membrane proteins revealed the presence of a defined membrane inserted beta-barrel region. This information can now be used to refine other prediction programs as well. So far, all tested programs fail to predict outer membrane proteins in the proteome of the prokaryote E. coli with high reliability. However, the reliability of the prediction is improved significantly by a combinatory approach of several programs. The consequences and usability of the developed scores are discussed.
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Innenansichten : Erhard Oeser und Michael Hagner erzählen Geschichten der Hirnforschung
(2005)
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Stefan Kieß
- Rezensionen zu: Erhard Oeser : Geschichte der Hirnforschung : Von der Antike zur Gegenwart. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt, 2002, ISBN 3534149823, 288 Seiten, 24,90 Euro. Michael Hagner : Geniale Gehirne : Zur Geschichte der Elitegehirnforschung ; Wallstein-Verlag, Göttingen, 2004, ISBN 3892446490, 384 Seiten, 38 Euro.
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Gesund altern, aber wie? : Molekulare Grundlagen biologischer Alterungsprozesse
(2005)
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Heinz D. Osiewacz
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Ökomorphologie südostasiatischer Viverridae (Schleichkatzen) : Spezialisierungen im Gebiss aufgrund von Ernährungspräferenzen
(2005)
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Ulrike Anders
- Ulrike Anders hat zwischen Januar und September 2005 Zähne und Gebiß rezenter Schleichkatzen (Viverridae) untersucht und Parameter identifiziert, anhand derer sich Nahrungspräferenzen zuordnen lassen. Viverriden gelten als basale Carnivoren mit omnivorem Nahrungsspektrum. Da die für echte Katzen so typische Brechschere und die Reduktion des Gebisses nur wenig ausgeprägt ist, gilt ihr Gebiss als unspezialisiert. Dennoch besitzen Viverriden Nahrungspräferenzen, die sich in der Umgestaltung ihres Gebisses, auch in einzelnen Zahnpositionen niederschlägt. Diese Veränderungen wurden metrisch charakterisiert.
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Die Kunst der Kopie : Stammzellforscher Rudolf Jaenisch ist Rolf Sammet-Stiftungsgastprofessor des Jahres 2005
(2005)
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Beate Meichsner
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Die Rolle der ß1-Integrine, E-Cadherine und EGF-Rezeptoren in der mechanisch induzierten Signalperzeption und Signaltransduktion bei Keratinozyten
(2005)
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Yvonne Knies
- Die mechanische Streckung hat einen großen Einfluss auf Keratinozyten und bei der Transduktion dieses Reizes nehmen ßl-integrine, E-Cadherine und EGF-Rezeptoren eine zentrale Rolle ein: Eine einfache mechanische Dehnung von HaCaT-Zellen um 10% fuhrt innerhalb von 5min zu einer schnellen Umorientierung der ßl-Integrine auf der Zellmembran, ohne dass sich dabei die Menge dieser Oberflächenrezeptoren ändert. Die Integrine sammeln sich in der basalen Membran zu größeren Adhäsionskomplexen. Dies hat Auswirkungen auf das Adhäsionsverhalten der Zellen. Eine Streckung bewirkt, dass die mechanisch stimulierten Zellen gegenüber den Kontrollzellen sowohl schneller an das Substrat anheften als auch eine stärkere Zell-Matrix-Adhäsion aufweisen. Das unterschiedliche Adhäsionsverhalten auf den verschiedenen Substraten (Arginin+Serum, Fibronektin, Kollagen) und Experimente mit funktionsblockierenden Antikörpern gegen ßl-Integrine sind Beweise für die Beteiligung dieser Oberflächenrezeptoren an diesem Vorgang. Da adhärente Zellen, wie Keratinozyten. neben Wachstumsfaktoren den Zell-Matrix-Kontakt benötigen, um in die S-Phase eintreten zu können, hat das unterschiedliche Adhäsionsverhalten von gestreckten und ungestreckten Zellen wiederum Einfluss auf die Proliferation. Diese ist bei den mechanisch gereizten Zellen im Vergleich zu den Kontrollzellen gesteigert und zwar im direkten Verhältnis zu der mechanisch induzierten Steigerung der Adhäsion. Im Rahmen einer Rezeptor-Transaktivierung (siehe vorne) kooperieren ßl-Integrine und E- Cadherine sowohl räumlich als auch funktionell mit dem EGF-Rezeptor bei der Übermittlung des Dehnungsreizes: Räumliche Interaktionen: Eine Koclusterung von ßl-Integrinen mit dem EGF-Rezeptor tritt bereits nach 5minütiger mechanischer Reizung an den Zell-Zell-Grenzen und den Fokalkontakten auf. Eine Kolokalisation zwischen E-Cadherinen und EGF-Rezeptoren besteht ebenfalls, wobei sich allerdings Kontrolle und Streckung nicht unterscheiden. Funktionelle Interaktionen: Eine mechanische Stimulation führt zu einer transienten Aktivierung des EGF-Rezeptors (Aktivitätsmaximum: 5min) und der MAP-Kinase ERK1/2 (Aktivitätsmaximum: 15min). Diese streckungsinduzierte Aktivierung von ERK1/2 wird sowohl durch die Blockierung der ßl-Integrine und E-Cadherine als auch durch die Inhibition des EGF-Rezeptors unterbunden. Weiterhin hemmt die Blockierung der Adhäsionsmoleküle die Aktivierung des EGF-Rezeptors. Dies spricht für die Transaktivierungs-Theorie des EGF- Rezeptors durch die ß1-Integrine und E-Cadherine. Die Zellstrukturen und viele zelluläre Prozesse werden durch eine zellintern erzeugte Grundspannung im Zytoskelett aufrechterhalten. Ohne eine Verankerung der Zelle an der ECM oder den Nachbarzellen, was durch die Blockierung der ßl-Integrine und E-Cadherine erreicht wird, bricht dieses fein ausbalancierte System zusammen; die Zytoskelett-Elemente F-Aktin, Intermediär-Filamente und Mikrotubuli zerfallen. Anhand der Ergebnisse dieser Arbeit wird ersichtlich, welche enorme Bedeutung den Adhäsionsrezerptoren - ßl-Integrine und E-Cadherine - für die Formstabilität und die funktionellen Eigenschaften der Zelle zukommt. Ein Ausfall dieser Adhäsionsmoleküle beeinträchtigt sowohl die Form der Zelle (Adhäsionsvorgänge und Tensigrity-Modell) als auch die Transduktion von Umweltreizen durch die Plasmamembran, z.B. einer mechanischen Stimulation, die letztendlich das Überleben der Zelle und die Proliferation bestimmt. Daher wäre denkbar, das die Ergebnisse dieser Grundlagenforschung in Zukunft zur Behandlung von Hautkrankheiten herangezogen werden können.
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Is there a causal association between genotoxicity and the imposex effect?
(2005)
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Josephine A. Hagger
Michael H. Depledge
Jörg Oehlmann
Susan Jobling
Tamara S. Galloway
- There is a growing body of evidence that indicates common environmental pollutants are capable of disrupting reproductive and developmental processes by interfering with the actions of endogenous hormones. Many reports of endocrine disruption describe changes in the normal development of organs and tissues that are consistent with genetic damage, and recent studies confirm that many chemicals classified to have hormone-modulating effects also possess carcinogenic and mutagenic potential. To date, however, there have been no conclusive examples linking genetic damage with perturbation of endocrine function and adverse effects in vivo. Here, we provide the first evidence of DNA damage associated with the development of imposex (the masculinization of female gastropods considered to be the result of alterations to endocrine-mediated pathways) in the dog-whelk Nucella lapillus. Animals (n = 257) that displayed various stages of tributyltin (TBT)-induced imposex were collected from sites in southwest England, and their imposex status was determined by physical examination. Linear regression analysis revealed a very strong relationship (correlation coefficient of 0.935, p < 0.0001) between the degree of imposex and the extent of DNA damage (micronucleus formation) in hemocytes. Moreover, histological examination of a larger number of dog-whelks collected from sites throughout Europe confirmed the presence of hyperplastic growths, primarily on the vas deferens and penis in both TBT-exposed male snails and in females that exhibited imposex. A strong association was found between TBT body burden and the prevalence of abnormal growths, thereby providing compelling evidence to support the hypothesis that environmental chemicals that affect reproductive processes do so partly through DNA damage pathways.
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Bisphenol A induces superfeminization in the Ramshorn snail Marisa cornuarietis (Gastropoda: Prosobranchia) at environmentally relevant concentrations
(2005)
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Jörg Oehlmann
Ulrike Schulte-Oehlmann
Jean Bachmann
Matthias Oetken
Ilka Lutz
Werner Kloas
Thomas A. Ternes
- Previous investigations have shown that bisphenol A (BPA) induces a superfeminization syndrome in the freshwater snail Marisa cornuarietis at concentrations as low as 1 μg/L. Superfemales are characterized by the formation of additional female organs, enlarged accessory sex glands, gross malformations of the pallial oviduct, and a stimulation of egg and clutch production, resulting in increased female mortality. However, these studies were challenged on the basis of incomplete experimentation. Therefore, the objective of the current approach was to bridge several gaps in knowledge by conducting additional experiments. In an initial series of experiments, study results from the reproductive phase of the snails were evaluated in the sub-micrograms per liter range. Before and after the spawning season, superfemale responses were observed [NOEC (no observed effect concentration) 7.9 ng/L, EC10 (effective concentration at 10%) 13.9 ng/L], which were absent during the spawning season. A further experiment investigated the temperature dependence of BPA responses by exposing snails at two temperatures in parallel. The adverse effect of BPA was at least partially masked at 27°C (EC10 998 ng/L) when compared with 20°C (EC10 14.8 ng/L). In M. cornuarietis, BPA acts as an estrogen receptor (ER) agonist, because effects were completely antagonized by a co-exposure to tamoxifen and Faslodex. Antiandrogenic effects of BPA, such as a significant decrease in penis length at 20°C, were also observed. Competitive receptor displacement experiments indicate the presence of androgen- and estrogen-specific binding sites. The affinity for BPA of the estrogen binding sites in M. cornuarietis is higher than that of the ER in aquatic vertebrates. The results emphasize that prosobranchs are affected by BPA at lower concentrations than are other wildlife groups, and the findings also highlight the importance of exposure conditions.
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Regulation of endothelial nitric oxide synthase by phosphorylation
(2005)
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Annisuddin Mohamed
- Since its recognition as an endothelium-derived relaxing factor, the control and consequences of nitric oxide (NO) production have been investigated intensely. We know now that NO is not simply a vasodilator or regulator of smooth muscle tone but is a potent anti-platelet agent, neuromodulator and regulator of gene expression. NO is synthesized from the amino acid Larginine by a family of enzymes termed NO synthases (NOS). The ‘endothelial’ (eNOS or NOS III) and ‘neuronal’ (nNOS, NOS I or bNOS) NOS isoforms, which were named after the tissues in which they were first identified, are expressed constitutively and are generally regulated by Ca2+/calmodulin (CaM). Endothelium-derived NO is thought to be responsible for maintaining the vasculature in an anti-atherosclerotic state and a decrease in the bioavailability of NO (a state generally referred to as endothelial dysfunction) results in “proatherosclerotic” alterations in vascular gene expression. Recently it has become clear that the activity of eNOS is largely determined by its association with regulatory proteins as well as by the phosphorylation of the enzyme on serine, threonine and possibly tyrosine residues. Moreover, the enzyme can be “uncoupled” i.e. transformed from a NO generating to a superoxide (O2-)-generating enzyme, which would be expected to attenuate vasodilator responses and enhance vascular inflammation. The aim of this thesis was to study the consequences of phosphorylation on specific serine, threonine and tyrosine residues on the activity and intracellular localisation of eNOS and in particular to determine whether a phospho-switch for eNOS uncoupling exists. eNOS is phosphorylated under basal conditions and its serine phosphorylation can be enhanced following cell stimulation with hemodynamic stimuli such as cyclic stretch and fluid shear stress as well as by hormonal stimuli such as histamine and bradykinin. Our group has previously demonstrated the importance of Ser1177 in the activation of eNOS and here I set out to determine the relative importance of phosphorylation on Ser633 and Ser114. By generating point mutants in which serine was replaced by either alanine (nonphosphorylatable mutants) or aspartate (phosphomimetic mutants) it was observed that the activity of the S633D and S114A eNOS mutants exhibited an 2-fold increase over the activity of the wild-type enzyme or either of the S633/634A or S114D eNOS mutants as determined by monitoring the conversion of L-arginine to L-citrulline. eNOS is basally phosphorylated on Thr495 and stimulation of endothelial cells with Ca2+-elevating agonists generally results in the transient dephosphorylation of this residue. The latter is essential to allow the binding of calmodulin to the enzyme and is the actually initiating step in the generation of NO. Correspondingly, the T495A eNOS mutant can be activated at lower Ca2+ and calmodulin concentrations than the T495D mutant. However, some eNOS mutants (T494A/S1177D and T495A) showed an enhanced ability to generate O2- in a NOS inhibitor-sensitive manner suggesting that the phosphorylation of the enzyme may also play a role in the uncoupling process. To determine the physiological relevance of eNOS dephosphorylation on Thr495 we assessed the consequences of treating cells with oxidised low-density lipoprotein (ox-LDL) on eNOS phosphorylation as well as on the eNOS-dependent generation of NO and O2-. Oxidised LDL concentration- and time-dependently decreased phosphorylation of eNOS on Thr495 and led to a concomitant decrease in cellular levels of cyclic GMP and an enhanced production of O2 - compared to cells treated with native LDL. Alterations in the activity of protein kinase C (PKC) were related to the change in eNOS Thr495 phosphorylation. There was not only the basal activity of PKCα inhibited by ox-LDL but the PKC activator phorbol-12-myristate-13-acetate also failed to elicit the phosphorylation of Thr495 in ox-LDL-treated endothelial cells. The dephosphorylation of eNOS on Thr495 in response to the addition of ox-LDL was not associated with an increase in the binding of calmodulin to eNOS, an association usually necessary for the activation of eNOS. Moreover, following treatment with ox-LDL for 24 hours eNOS was no longer detected at the plasma membrane but was redistributed to the cytosol indicating that ox-LDL may disrupt the eNOS signalling complex or signalosome. To date the role played by the tyrosine phosphorylation of eNOS in the regulation of its activity or intracellular association is controversial. However, during the preparation of this thesis we have been able to demonstrate a link between the tyrosine phosphorylation of eNO and the activation of the tyrosine kinases Src and PYK2. The application of fluid shear stress to endothelial cells resulted in the activation of Src and PYK2 as well as in the association of PYK2 with eNOS. Co-expression of eNOS and PYK2 led to the putative identification of Tyr657 as a potential modulatory site. Mutating eNOS at Tyr657 to Asp or Glu resulted in the localisation of the mutant eNOS predominantly in the cytoskeleton and also in a complete inactivation of the enzyme. The Y657F mutants, on the other hand, did not demonstrate any marked alteration in the activity when compared with the wild-type eNOS. However, the In conclusion, the results describe in this thesis indicate that eNOS is regulated by phosphorylation at multiple sites. Depending on the phosphorylation site involved phosphorylation can inhibit or activate NO production or even uncouple the enzyme so that it generates O2-. While the phosphor-status of eNOS on Ser114 and Ser633 influenced NO release they did not contribute to O2 - production and the dephosphorylation of Thr495 seems sufficient to uncouple eNOS. Cell treatment with ox-LDL, which is known to increase eNOS-derived O2- output was correlated with a dephosphorylation of Thr495 as well as a decrease in the activity of the kinase that phosphorylates this site i.e., PKCα. The phosphorylation status of all the eNOS serine and threonine residues studied however did not influence the ability of the enzyme to dimerise, indicating that contrary to previously published reports the eNOS dimer is highly stable in endothelial cells. The tyrosine phosphorylation of eNOS was not initially expected to play a determinant role in the regulation but rather to facilitate the docking of associated regulatory proteins. However, Tyr657 seems to play a critical role in the generation of NO as its mutation resulted in the generation of a completely inactive enzyme as well as in an apparent intracellular mislocalisation of the protein. The physiological relevance of these findings remain to be further elucidated.
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Mitochondrial-nukleäre Interaktionen, oxidativer Stress und Alterungsprozesse bei dem Ascomyzeten Podospora anserina
(2005)
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Christian Quintus Scheckhuber
- Mitochondrien, Organellen der oxidativen Phosphorylierung, sind in vielfältiger Weise an Alterungsprozessen in unterschiedlichen Modellorganismen beteiligt. Viele Mechanismen und Faktoren, die das Altern beeinflussen, scheinen konserviert zu sein. In dem in dieser Arbeit untersuchten Ascomyzeten Podospora anserina treten z. B. altersabhängige Reorganisationen der mtDNA auf, die zu einem Verlust lebensnotwendiger Gene führen können. In Menschen wurden ebenfalls Umstrukturierungen des mitochondrialen Genoms in unterschiedlichen Geweben mit fortschreitendem Alter beschrieben. Umgekehrt treten manche Faktoren, die die Lebensspanne beeinflussen, nur in einigen Modellsystemen auf. Hierzu gehört z. B. die Induktion der alternativen Oxidase in vielen langlebigen P. anserina-Mutanten. Diese Modifikation in der Atmungskette kann in S. cerevisiae und Säugern nicht beobachtet werden, da diesen Organismen eine alternative terminale Oxidase der oxidativen Phosphorylierung fehlt. Der Fragestellung, wie die Atmungskette im Falle der exklusiven PaAOX-abhängigen Respiration in der unsterblichen Mutante ex1 hinsichtlich der Zusammensetzung und kinetischer Eigenschaften des Elektronentransports charakterisiert ist, wurde in der vorliegenden Arbeit nachgegangen. Über die funktionalen Eigenschaften der Mitochondrien hinaus ist auch die Morphologie dieser Organellen altersabhängiger Änderungen unterworfen. Hinsichtlich der Gestalt der Mitochondrien in verschiedenen Altersstadien ist nur sehr wenig bekannt. Bisher steht nur fest, dass der P. anserina-Wildstamm „S“ im mittelalten Stadium filamentöse Mitochondrien aufweist. Ob und in welchem Ausmaß es zu Veränderungen der mitochondrialen Morphologie während des Alterns im Wildstamm „s“ und der Mutante grisea kommt, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit analysiert. In der vorliegenden Arbeit wurde darüber hinaus PaDnm1 als putativer mitochondrialer Teilungsfaktor charakterisiert. Insbesondere die Modulation der PaDnm1-Expression durch Überexpression bzw. Deletion soll zeigen, welchen Einfluss PaDnm1 auf die mitochondriale Morphologie und andere phänotypische Parameter wie z. B. die Lebensspanne hat. Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen führten zu folgenden Ergebnissen: 1. Im Wildstamm „s“ wurde im Gegensatz zu ex1 durch enzymkinetische Analysen eine starke Interaktion der Komplexe I und III nachgewiesen. Ein Großteil der Komplexe I und III ist im Wildstamm „s“ in Form von Superkomplexen organisiert. In der Mutante ex1 liegen die Komplexe I und III dagegen hauptsächlich frei vor. Die spezifische Aktivität der Cytochrom-c-Reduktase ist in ex1 niedriger als im Wildstamm „s“. 2. Seneszente Isolate des Wildstammes „s“ und der PaDnm1::ble-Mutante weisen im Gegensatz zur Mutante grisea eine starke Freisetzung von Wasserstoffperoxid auf. 3. Juvenile und mittelalte Wildstamm „s“-Isolate enthalten überwiegend kurze, filamentöse Mitochondrien, die entlang der Hyphenachse im Cytoplasma orientiert sind. Im seneszenten Stadium kommt es zu einer starken mitochondrialen Fragmentierung. Der Übergang von einer filamentösen zu einer sphärischen Morphologie dieser Organellen tritt auch in Mutante grisea auf. In ex1-Hyphen sind hauptsächlich filamentöse Mitochondrien enthalten. Initiale Analysen zur mitochondrialen Feinstruktur zeigen, dass in Wildstamm „s“ und Mutante grisea eine lamellenartige Cristaestruktur erkennbar ist. In der Mutante ex1 hingegen erscheinen die Cristae ungeordneter und weniger zahlreich. 4. Die Mitochondrienfragmentierung im seneszenten Wildstamm „s“ korreliert mit einer Induktion der Transkription von PaDnm1. In Mutante grisea ist die PaDnm1-Transkriptmenge während des Alterns konstant, obwohl sich die mitochondriale Morphologie wie im Wildstamm „s“ verändert. Überexpression von PaDnm1 führt zur Mitochondrienfragmentierung während die gezielte Deletion dieses Gens eine starke Elongation der Mitochondrien zur Folge hat. PaDnm1 ist somit das erste in einem filamentösen Pilz charakterisierte Gen der mitochondrialen Teilungsmaschinerie. 5. PaDnm1::ble-Isolate zeigen im seneszenten Stadium mitochondriale Fragmentierung wie Wildstamm „s“ und Mutante grisea. Das mitochondriale Genom von PaDnm1::ble ist stabilisiert, d. h. die Bildung der seneszenzfördernden plDNA wird unterdrückt. Die mittlere Lebensspanne der PaDnm1::ble-Mutante ist deutlich (> Faktor 10) gegenüber der des Wild-stammes „s“ erhöht. Bemerkenswerterweise zeigt PaDnm1::ble im Gegensatz zu anderen langlebigen P. anserina-Mutanten nach der Sporenkeimung keine physiologischen Defekte: Wuchsrate, männliche und weibliche Fertilität, Myzelmorphologie und Mitochondrien-segregation während der Ascosporengenese sind nicht eingeschränkt. Allerdings weist PaDnm1::ble eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Ammoniumazetat auf. Dies äußert sich in einer Inhibierung der Sporenkeimung und einer Verringerung der Wuchsrate bei Anzucht der Mutante auf AmAc-haltigem Medium.
