OPUS 4 | Weitere biologische Literatur (eingeschränkter Zugriff)

Expression und Charakterisierung des Parvulustat Proteins und seinen Derivaten (2010)

Alma Sokočević

Die vorliegende Arbeit hat die Charakterisierung und Untersuchung des Stabilitätsverhaltens von Parvulustat (PL), einem Homologen des α-Amylase-Inhibitors Tendamistat, zum Inhalt. Zur weitreichenden Charakterisierung wurden verschiedene Proteinregionen des Parvulustats der CTerminus, das hydrophobe Cluster, die Disulfidbrücken sowie die Proline auf ihren jeweiligen Einfluss auf die Struktur und die thermodynamische Stabilität untersucht. In der vorliegenden Zusammenfassung werden die Ergebnisse dieser Studien komprimiert präsentiert: · Charakterisierung des Parvulustat-Wildtyps Es galt vorweg herauszufinden, wie sich der Inhibitor unter nativen und denaturierten Bedingungen verhält, um Rückschlüsse auf seine Merkmale und Strukturen zu ziehen. Die erzielten Ausbeuten und die hohe Reinheit des isolierten Parvulustats erlaubten eine umfassende Charakterisierung, einschließlich zahlreicher Kristallisationsexperimente, die vermuten lassen, dass eine Kristallisation möglich sein sollte. Aufgrund der Tatsache, dass die Struktur des Parvulustats bis 2009 unbekannt war, wurde die sekundäre Struktur mittels Circulardichroismus und Fluoreszenzspektroskopie untersucht. Die Analyse des fernen UV-CD-Spektrums bei pH 7,0 und 25°C offenbarte eine „all-b-sheet“ Protein-Struktur. Mittels Fluoreszenzspektroskopie wurde deutlich, dass die aromatischen Aminosäuren exponiert vorliegen. Um zunächst einen Einblick in die Strukturveränderungen und die thermodynamische Stabilität zu erhalten, wurde der temperaturinduzierte Entfaltungsübergang mittels CD-Spektroskopie verfolgt. Das Angleichen der bei 230 nm gemessenen CD-Daten nach der linearen Extrapolations-Methode für eine Zweizustands-Faltung ergab einen Tm-Wert von 82°C und D H(Tm) von 201,6 kJ/mol. Die beträchtlichen Werte veranschaulichen die hohe Stabilität des Parvulustats. Eine aus den CDMessungen bei 50° ergebende Übergangskurve zeigte, dass sich die Sekundärstruktur mit einem Übergangsmittelpunkt bei 5,62 M GdnHCl kooperativ und reversibel entfaltet. Das Protein entfaltet sogar infolge einer pH-Wert-Senkung bis auf pH 1 nicht vollständig, sondern es wechselt direkt in einen Säure-Zustand („acid-state“). Dieser Zustand zeigt spektroskopisch die gleichen Eigenschaften wie das native Protein, wobei die volle Inhibierungs-Aktivität nicht erhalten bleibt. In sehr basischem Milieu bei pH 14 nimmt Parvulustat einen alkalisch denaturierten Zwischenzustand IB an, der sich erheblich von dem GdnHCl-denaturierten, dem säurebehandelten oder vom „molten globule“ Zustand unterscheidet. Allgemein behielt Parvulustat über ein breites pH-Wert Spektrum (1,0-10,0) die native Struktur, bzw. eine „native like“ Struktur, was erneut auf die enorme Stabilität des Proteins hindeutet. Die von Rehm et al. (Rehm et al., Theoretischer Teil -4- 2009) aufgeworfene Hypothese des „induced fit“ Inhibierungsmechanismus des Parvulustats konnte durch die in dieser Arbeit durchgeführten Experimenten bekräftigt werden. Mittels Sekundärstrukturbestimmungen des Parvulustats unter Komplexbildung mit der a-Amylase konnte eindeutig gezeigt werden, dass strukturelle Veränderungen am Inhibitor im Komplex vorliegen. Durch zahlreiche Tests konnte festgestellt werden, dass die WRY-Region des Parvulustats sich der Struktur der a-Amylase anpasst. Die Komplexierung des Parvulustats bewirkte aber eine thermodynamische Destabilisierung der Inhibitor-Struktur. · Einfluss des C-Terminus auf die Stabilität des Parvulustats Um die Ursachen für die hohe Stabilität des Parvulustats auch im Vergleich zu Tendamistat (Tm: 79°C) zu finden, wurde der Einfluss des hoch flexiblen C-Terminus untersucht. Die Derivate mit um zwei (PL-2AA), vier (PL-4AA) und sieben (PL-7AA) Aminosäuren verkürztem C-Terminus wurden isoliert und analysiert. Die Entfaltungstemperaturen der verkürzten Derivate des Parvulustats sinken mit abnehmender Zahl der Aminosäuren. Die Ergebnisse suggerieren, dass der C-Terminus des Parvulustats eine entscheidende Rolle in der strukturellen Vollständigkeit des Proteins während der thermischen Entfaltung spielt und damit auch in der Faltung (Tab.: 2.1). Der Vergleich der Inhibitoraktivitäten der verkürzten Proteine mit dem nativen Parvulustat ergibt für die Varianten PL-2AA und PL-4AA eine dem Wildtyp ähnliche Aktivität. Die Variante PL-7AA weist eine leicht verringerte Aktivität auf. Tabelle 2.1: ... Einfluss hydrophober Oberflächenclustern auf Stabilität und Faltung des Parvulustats Parvulustat besitzt in der Mitte des ersten b-Faltblatts, um die Position 22 liegend, einen hydrophoben Oberflächencluster. Wie mit Hilfe von Substitutionsexperimenten in dieser Region gezeigt werden konnte, ist die thermodynamische Stabilität des Parvulustats in hohem Maße von der Bildung dieses kleinen aber wichtigen hydrophoben Kerns bestimmt. Demnach muss das b- Faltblatt I und das b-Hairpin I eine entscheidende Rolle in der Faltung von Parvulustat spielen. Position 22 ist in zweierlei Hinsicht für die Stabilität des Parvulustats wichtig: einerseits durch die energetisch wichtigen Wasserstoffbrückenbindungen und zum zweiten steuert die Stelle zur Formation des hydrophoben Kerns bei. Die Daten suggerieren, dass es auch eine thermodynamische Kopplung zwischen dem hydrophoben Effekt und der Präsenz von Wasserstoffbrückenbindungen geben könnte. Zumindest aus der Sicht der Stabilität ist es eindeutig, dass interatomare Interaktionen wie Wasserstoffbrückenbindungen, van-der-Waalsund Dipol-Dipol-Wechselwirkungen notwendig sind, um eine stabile Bildung von b-Faltblättern in Parvulustat und seinen Derivaten zu verwirklichen. · Der Effekt der Proline auf die Stabilität des Parvulustats Der Effekt der Substitution des Prolins durch Alanin an verschiedenen Positionen des Parvulustats wurde ebenfalls untersucht. Im Ganzen betrachtet führt auch die Mehrfachsubstitution von Prolin zu keiner nennenswerten strukturellen Veränderung im Parvulustat. Die durchgeführten thermischen Entfaltungsexperimente bestätigen diese Beobachtungen. Alle Einzelmutanten (P5A, P42A, P48A, P72A) zeigten eine höhere thermische Stabilität als der Wildtyp (Abb. 2.1). Abbildung 2.1: Tm-Werte des Parvulustat-Wildtyps und seinen Prolin Mutanten. Theoretischer Teil -6- Die fast gleich bleibenden Tm-Werte bzw. die Erhöhung der Stabilität des Parvulustats sind durch die strukturelle Fluktuationen zu erklären, denn die rigide XAS-Pro-Bindung wurde durch die flexible XAS-Ala-Bindung ersetzt. · Der Einfluss der Disulfidbindung auf die Stabilität des Parvulustats Der Einfluss der zwei Disulfidbrücken des Parvulustats wurde bezüglich Aktivität, spektraler Eigenschaften sowie Stabilität untersucht. Hierfür wurden 25 Inhibitorvarianten mittels gezielter Mutagenese gewonnen, in denen jeweils zwei Cysteinreste, die im natürlich vorkommenden Parvulustat Disulfidbrücken bilden, durch andere Aminosäuren ersetzt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Faltung Parvulustats ein zwei Zustand Verhalten besitzt, das außer in Tendamistat in keinem anderen disulfid-verknüpftem Protein gefunden wurde. Dieses Verhalten wurde durch die Entfernung von Disulfidbrücken nicht beeinflusst. Wie durch die CD- und fluoreszenzspektroskopischen Experimente belegt werden konnte, ist die native Struktur des Parvulustats durch die Entfernung der C43-C70-Disulfidbindung tiefgreifend verändert worden. Passend zu den Veränderungen der Struktur haben die Mutationen schwerwiegende Destabilisierungseffekte auf das Protein verursacht, was auch an der Erniedrigung der Freien Gibbs Energie der Denaturierung und der Tm-Werte zu erkennen ist. Die Untersuchung des Einflusses der Aminosäure-Substitution in den Positionen 43 und 70 auf die thermodynamische Stabilität des Parvulustats führt zum Ergebnis, dass die Hydrophobizität und Polarität des Restes 70 einen bedeutenden Effekt auf die Stabilität des Proteins besitzt. Die Betrachtung der thermodynamischen Daten macht deutlich, dass der Beitrag der freien Energie zur Stabilisierung nicht nur abhängig von der eingeführten Aminosäure ist, sondern zum Teil auch von dem strukturellen Kontext abhängt. Die Daten zeigen, dass die Substitution des Alanins an der Stelle 70 durch Leucin oder Threonin die Struktur um 0,3 bzw. 1,7 kJ/mol stabilisieren. Zusätzliche Beiträge zum Unterschied bezüglich des ΔG°-Werts zwischen den Varianten C43AC70L/T und C43L/TC70A können sich auch durch die unterschiedliche lokale Umgebung, wie z.B. die Seitenketten von benachbarten Aminosäuren um die zwei Mutationsstellen ergeben. Der Tm-Wert des Wildtyp-Proteins beträgt 82°C. Die Vergleiche dieser Größe mit der von der stabilsten Cystein-defizitären Doppelmutante C43AC70T (47,3°C) ergibt eine Differenz von 34,7°C. Dieses Ergebnis untermauert, dass die Disulfidbindung 2 eine extrem wichtige strukturelle Komponente in der ungewöhnlich hohen Stabilität des Parvulustats darstellt. Das Ziel der Arbeit war es dennoch die Daten der Stabilitäten einzelner Disulfidmutanten zu sammeln und zu erfassen, um dadurch allgemeine Grundregeln für eine rationale Gestaltung der Elimination beider Disulfidbrücken im Sinne einer vorhersagbaren Auswirkung auf die Proteinstabilität zu bekommen. Theoretischer Teil -7- Der Versuch ein disulfidfreies Protein in großen Mengen aus S. lividans zu isolieren, stellte sich aber als extrem schwierig dar. Nach der Änderung des Stamms des Wirtsorganismus (Streptomyces lividans TK23), Erhöhung der Qualität der Protoplasten und der Expressions- Bedingungen (19°C, 150 rpm) konnten auf dem SDS-Gel stärkere Banden des Derivats C9AC25TC43AC70T-4AA beobachtet werden. Die Expression der Mutante C9AC25TC43AC70L-4AA konnte hingegen nicht nachgewiesen werden. Die anschließende Reinigung des Derivats C9AC25TC43AC70T-4AA des Parvulustats mittels Gelfiltration und RPHPLC bzw. Isolierung des Proteins aus dem SDS-Gel brachte das erwünschte Produkt. Dieses konnte mit der MALDI-Massenspektroskopie eindeutig nachgewiesen werden. Das aktive Cystein-freie Derivat C9AC25TC43AC70T-4AA konnte auch auf dem a-Amylase Plattentest nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass eine Expression und der Nachweis einer cystein-freien Variante möglich sind, dennoch haben die Ausbeuten dieses Proteins für weiterreichende Analytik nicht ausgereicht. Demnach sind die Disulfidbrücken für die Stabilität und Struktur des Parvulustats von enormer Bedeutung dennoch sind sie nicht zwingend erforderlich für die Aktivität und die Expression in S. lividans.

Ältestquartäre Säugetiere aus der südlichen Serengeti, Deutsch-Ostafrika (1942)

Wilhelm O. Dietrich

Die Knochenansammlung im grauen vulkanischen Tuff der Südserengeti gibt als ökologisch unmögliches Gemisch ein gutes Abbild des Gesamtbestandes und des Lebensraumes der altquartärcn ost- und innerafrikanischen Fauna. Diese lebte formenreich in Urwald, Savanne und offener Steppe. Das Fehlen wasserlebender Tiere ist hier auf örtliche Umstände zurückzuführen: die vulkanischen Aschen gingen auf Steppenboden nieder, Die benachbarten, ungefähr gleichalten Knochenlager enthalten solche Tiere. Neu ist an der Serengetifauna der bereits beträchtliche Anteil von Kleinsäugern (Nager; Insektivoren fehlen noch). Diese wird weitere Forschung vermehren. Die klimatische Entsprechung der Fauna wird in tropischen, feuchtwarmen Bedingungen erblickt. Obwohl viele tertiäre Formen enthaltend, wird die Fauna nicht als jungtertiär angesehen, sondern wegen des Auftretens moderner· Formen als eine Tiergesellschaft, welche das Quartär eröffnet. Als Leitfossil für dessen Beginn wird der Gattung Archidiskodon, aus welcher die echten Elefanten, darunter auch der afrikanische (Loxodonta africana ) entstanden sind, vor den Equiden der Vorzug gegeben. Ostafrika, das ja als Tierparadies schlechthin gilt, lebte bis vor kurzem noch im Quartär. Das Schrifttum über seine Tierwelt scheint zwar fast unermeßlich groß, aufs Ganze gesehen ist das Wissen weder tief noch auch nur oberflächlich vollständig. Die Hauptleistung des "weißen Mannes" bestand in der Störung und Vernichtung der Fauna. Aber die Natur ist groß; sie hält noch einen Schatz im Inneren ihrer Gebirge bereit, damit der Mensch seine Stellung zu ihr und den Sinn seines Lebens ergründe, einen von vielen: dle quartäre Lebewelt selbst. Möge die hohe Aufgabe, ihn zu heben, uns Deutschen vergönnt sein! Eine Probe hat Dr. KOHL-LARSEN gesichert.

Vergleichende Untersuchungen zur Ethoökologie der Gattung Camponotus (Hymenoptera: Formicidae: Formicinae) : Überlebensstrategien ausgewählter Arten der Paläarktis und Orientalis in Deutschland, Südfrankreich und Malaysia (2007)

Gabriele Waldkircher

Camponotus ist die erfolgreichste Ameisengattung der Welt. Neben Pheidole und Crematogaster weist sie die meisten Arten, die höchste Dispersion und die größte Variabilität in morphologischer, ethologischer und ökologischer Hinsicht auf. Die Ursachen dieses Erfolges zu erkennen, war bisher nicht möglich, da nur fragmentarische Ergebnisse aus Freiland- und Laboruntersuchungen zur Verfügung standen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Biologie und Ökologie ausgewählter Arten und gibt einen Einblick in die Komplexität ihrer Lebensstrategien. Um zu klären, welche ethologischen und ökologischen Anpassungen zur Gesamtfitness der Arten beitragen, wurden acht Arten der Gattung Camponotus in vier unterschiedlichen Habitaten ausgewählt. C. vagus und C. ligniperda in Laubmischwäldern Deutschlands, C. cruentatus und C. truncatus im mediterranen Klima der Pyrenäenausläufer Südfrankreichs, C. gombaki und C. gigas in offenen Park- und Uferregionen Malaysias sowie C. texens und C. gombaki im tropischen Sekundärwald der malaiischen Halbinsel. Das Verhalten dieser Arten wurde in den für das Überleben einer Kolonie zentralen Bereichen, nämlich Nisten, Außenaktivität und Nahrungserwerb untersucht. Als soziale Insekten sind Ameisen auf permanente und effektive Kommunikationssysteme angewiesen. Deshalb wurde die Rekrutierung, die mit Nestumzug und Nahrungserwerb im Zusammenhang steht, in das Untersuchungsprogramm aufgenommen. Unter Einbeziehung bereits publizierter Daten wird es möglich, den Erfolg von Camponotus zu verstehen. ...

Phylogenie und Evolution der Bromelioideae (Bromeliaceae) : molekularsystematische und blattanatomische Untersuchungen (2007)

Katharina Schulte

Funktion des neuronspezifischen Proteins NP25 in differenzierenden Nervenzellen (2007)

Manuela Diehl

NP25 wurde im Jahre 1994 als ein in allen Bereichen des zentralen Nervensystems Neuron-spezifisch exprimiertes Gen in der adulten Ratte identifiziert (Ren et al., 1994). Durch eigene Vorarbeiten konnte diese selektive neuronale Expression im Huhnembryo bestätigt werden, wobei die Expression von NP25 im Neuralrohr, den sympathischen paravertebralen Ganglien und sensorischen Hinterwurzelganglien vor der terminalen Differenzierung und Scg10-Expresison beginnt (M.Pape, Diplomarbeit, 2003). In dieser Arbeit konnte nun gezeigt werden, dass NP25 in diesen Geweben nach den proneuralen Faktoren Ascl1 und Ngn2 exprimiert wird, zu einem Zeitpunkt an dem die Vorläuferzellen mit der Differenzierung beginnen. Im Neuralrohr beginnt die Expression von NP25 zeitgleich mit der Expression von NeuroM, einem der frühesten Marker für junge, postmitotische differenzierende Neurone (Roztocil et al., 1997). NP25 stellt somit einen der frühesten panneuronalen Marker für differenzierende Neurone dar. Das NP25-Protein ist in den Zellkörpern und Fortsätzen der Neurone im Neuralrohr und den untersuchten peripheren Ganglien lokalisiert, wobei die Fasern der Motoneurone, im Gegensatz zu deren Zellkörpern, NP25-negativ sind. Mit voranschreitender Differenzierung nimmt die NP25- Proteinkonzentration ähnlich wie die Expression auf mRNA-Ebene ab, wobei in den peripheren Ganglien NP25 über einen längeren Zeitraum hinweg auf hohem Niveau exprimiert wird. Kultivierte Neurone aus sensorischen Hinterwurzelganglien und sympathische Neurone der paravertebralen Ganglien zeigen eine Lokalisation des NP25-Proteins im Zytoplasma der Zellkörper und Fortsätze, wobei NP25 in den sympathischen Neuronen wesentlich stärker exprimiert wird. Dieser Befund konnte durch die Analyse der Proteinkonzentration mit Hilfe der Western Blot Methode bestätigt werden. Die Überexpression von NP25 in verschiedenen Zelltypen führte zu verstärktem oder reduzierten Neuritenauswachsen, wobei die Effekte mit dem NP25-Niveau korrelieren. Zellen mit einem geringen endogenen NP25-Expressionsniveau, wie sensorische Neurone aus fünf Tage alten Huhnembryonen und PC12-Zellen, reagieren auf die Erhöhung des NP25-Gehalts mit verstärktem Längenwachstum der Neuriten, während sympathische Neurone aus sieben Tage alten Huhnembryonen, die ein hohes endogenes Expressionsniveau aufweisen, reduziertes Längenwachstum und reduzierte Verzweigungskapazität zeigen. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass maximales Neuritenwachstum eine optimale NP25-Konzentration erfordert, wobei im Falle der Überexpression von NP25 in den sympathischen Neuronen das Optimum überschritten wird und dadurch Neuritenauswachsen und Verzweigung inhibiert werden. Die Effekte auf das Längenwachstum der Neuriten in den primären Neuronen konnten durch RNAi Experimente bestätigt werden. Neben dem Längenwachstum war auch das initiale Auswachsen von Fortsätzen durch die Veränderung des NP25-Expressionsniveaus betroffen. Im Falle der PC12-Zellen induzierte die NP25-Überexpression nicht nur Längenwachstum der Neuriten, sondern auch die Zahl der Fortsätze pro Zelle wurde erhöht. In den sympathischen Neuronen, in denen durch NP25- Überexpression das Längenwachstum und die Verzweigungskapazität negativ reguliert werden, nimmt die Anzahl der Neuriten pro Zellen nach Erniedrigung des NP25-Expressionsniveaus ebenfalls ab. Dies kann dadurch erklärt werden, dass Längenwachstum und initiales Auswachsen von Neuriten durch unterschiedliche Mechanismen reguliert werden (Glebova and Ginty, 2005; Luo, 2002), was hier möglicherweise dazu führt, dass Längenwachstum negativ und initiales Auswachsen positiv durch NP25 beeinflusst wird. In den sensorischen Neurone führte weder die Erhöhung noch die Erniedrigung des NP25-Expressionsniveaus zu einer Veränderung des initialen Auswachsens, was eine differentielle Regulation der Prozesse bestätigt. Da viele Mitglieder der CaP-Proteinfamilie mit F-Aktin interagieren (Gimona et al., 2002) wurde untersucht, ob NP25 und F-Aktin in kultivierten sympathischen und sensorischen Neuronen und in PC12-Zellen kolokalisieren. In den primären Neuronen wurde im Gegensatz zu der Situation in den PC12-Zellen keine Kolokalisation beobachtet, wobei NP25 und F-Aktin in den PC12-Zellen nur in kleinen Bereichen an den distalen Enden filopodienartiger Fortsätze kolokalisieren. Auch eine Interaktion von NP25 und G-Aktin konnte in den PC-Zellen ausgeschlossen werden. Durch die Identifikation zweier RhoGAP-Proteine (NIRGAP1 und 2) als potentielle Interaktionpartner (M.Geissen, nicht publiziert) könnte NP25 Neuritenauswachsen durch indirekte Beeinflussung des Aktinzytoskeletts über Rho-Signalwege regulieren. Die identifizierten RhoGAPs konnten durch in situ Hybridisierung im Rückenmark, in den Hinterwurzelganglien und den sympathischen paravertebralen Ganglien im Rattenembryo nachgewiesen werden. Sie gehören zu keiner bekannten Familie und unterscheiden sich auch strukturell von den meisten bisher beschriebenen RhoGAPs, da sie mehr als eine (drei) GAP-Domänen enthalten. Durch diesen Befund ergeben sich neue Ansätze für die weiteren Untersuchungen zur Regulation des Neuritenwachstums durch NP25. Da im adulten Nervensystem für NP25 eine Funktion in der Dynamik der Dendriten angenommen wird, sind Untersuchungen der Dendritenausbildung in vitro ebenfalls nahe liegend.

Functional and structural membrane proteomics using aquifex aeolicus (2007)

Ulrike Wedemeyer

Entwicklung, Optimierung und Evaluation eines neuartigen Verfahrens zur Nukleinsäureisolierung im Kontext der Sicherheit von Blutprodukten (2007)

Michael Kai Hourfar

Analyse des Proteoms der synaptischen aktiven Zone (2007)

Marco Morciano

In der vorliegenden Arbeit konnte das Subkompartiment der synaptischen aktiven Zone erstmals in der für Proteomstudien erforderlichen Qualität aufgereinigt werden. Nach Präparation des Gesamthirns der Ratte wurden über verschiedene Homogenisations- und Zentrifugationschritte Synaptosomen gewonnen, die durch einen hypoosmotischen Schock zum Platzen gebracht wurden. Der Inhalt, vornehmlich synaptische Vesikel, wurde in einem Saccharosedichtegradienen aufgetrennt. Die Analyse dieses Gradienten bestätigte, dass sich in den unteren, dichteren Fraktionen (Fraktionen 28-34) Elemente synaptischer Vesikel und auch der Plasmamembran befanden. Damit war eine wichtige Grundvoraussetzung für eine nachfolgende Proteomuntersuchung gedockter synaptischer Vesikel erfüllt. Die Analyse dieser Fraktionen durch Western-Blot und mittels Transmissionselektronenmikroskopie zeigte aber auch, dass sie diverse Organellmarker enthielten und insgesamt eine heterogene Zusammensetzung von membranären Strukturen zeigten. Daher folgte als weiterer Aufreinigungsschritt eine immunmagnetische Trennung mit monoklonalen Antikörpern gegen das ubiquitäre integrale Protein synaptischer Vesikel, SV2. Die hohe Reinheit der resultierenden Fraktion gedockter synaptischer Vesikel konnte durch elektronenmikroskopische Analysen und proteinchemische Methoden (2D BAC-/SDS-PAGE und Western Blot) nachgewiesen werden. Die Optimierung der Integrität der verwendeten Proben erlaubte eine funktionelle Zuordnung der durch die hochsensensitiven massenspektrometrischen Analysen identifizierten Proteine. Zur Proteinidentifikation wurden zwei verschiedene Methoden herangezogen: die zweidimensionale BAC-/SDS-PAGE mit anschliessender MALDI-TOF Analyse und die eindimensionale SDS-PAGE mit nachfolgender nanoLC ESI MS/MS. Beide Methoden ergänzten sich; generell wurde über die zweite Methode eine größere Anzahl von Proteinen identifiziert. Durch die Verwendung und Kombination der verschiedenen massenspektrometrischen Methoden und unterstützt durch eine Western Blot Analyse konnten insgesamt 245 Proteine identifiziert werden. Dabei handelte es sich um (i) integrale synaptische Vesikelproteine, (ii) transient mit synaptischen Vesikeln assoziierte Proteine, (iii) Proteine der Plasmamembran und Zelloberfläche, (iv) Signalkaskadenproteine und kleine GTPasen, (v) Proteine des Zytoskeletts, (vi) glykolytische und andere metabolische Enzyme, sowie (vii) Chaperone und (viii) mitochondriale Proteine. Im zweiten Teil der Arbeit wurden ausgewählte Proteine genauer untersucht. Die Analyse der löslichen Proteine WK1 und WK2 zeigten in Genexpressionsstudien eine ubiquitäre Gewebeverteilung. Rekombinante Proteine wurden in Zelllinien exprimiert, um einen Einblick in deren subzelluläre Lokalisierung zu erhalten. Die Expressionsanalyse der integralen Transmembranproteine zeigte für alle Kandidaten eine neuronale Expression der mRNA. Für jeden der Kandidaten wurden individuelle Genexpressionsmuster im Hirn beobachtet. Gegen zwei der Kandidatenproteine konnten funktionelle Antikörper erzeugt werden. Die Immunomarkierung mit anti-Ttyh1-Antikörpern zeigt eine hochspezifische Färbung der Fasertrakte in verschiedenen Hirnarealen sowie eine neuronale Lokalisation in Primärkulturen des Hippokampus und des Neokortex der Ratte. Lingo1-Immunfärbungen markierten selektiv Nervenzellen des limbischen Systems und Mitralzellen des Bulbus olfactorius. Diese Studie führt konsequent die Idee der spezifischen Aufreinigung von Vesikelkompartimenten der Synapse weiter: Mit der Einführung eines hochaffinen immunchemischen Anreicherungsschrittes in dem Aufreinigungsprozess wird dem bisherigen Methodenarsenal zur Spezifizierung der Probe über physiko-chemische Parameter eine neue Dimension hinzugefügt: Die molekulare Identität.

Untersuchungen zur Regulation und Funktion durch HIV-1-Infektion differentiell exprimierter zellulärer Gene (2007)

Gianni Capalbo

Die Replikation und Pathogenese von HIV ist in hohem Maße von zellulären Faktoren abhängig. Das Virus muss einerseits die protektiven und antiviralen Abwehrmechanismen der Wirtszelle umgehen können und gleichzeitig ist seine Replikation an die Nutzung zellulärer Faktoren adaptiert. Neben der Interaktion mit konstitutionell exprimierten zellulären Proteinen bewirkt das HI-Virus auch eine transkriptionelle Regulation zellulärer Gene, um sich einen für seine Replikation vorteilhaften Funktionszustand der Wirtszelle zu schaffen. Durch eine HIV-Infektion differentiell exprimierte Gene stellen daher potentielle Kandidatengene zur Identifizierung essentieller Wirtsfaktoren oder zellulärer Restriktionsfaktoren der HIV-Replikation dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die durch HIV-Infektion differentiell regulierten Gene LEREPO4, GLiPR, SCC-112 und Moesin auf eine mögliche Funktion bei der HIV-Replikation analysiert. Dabei wurden diese durch RNA Interferenz (RNAi) im Kontext einer HIV-Infektion reprimiert. Als zelluläres Modellsystem wurden P4-CCR5-Zellen verwendet, bei denen eine Infektion mit dem Virusstamm HIV-1Bru eine Induktion der Gene LEREPO4, GLiPR und Moesin sowie eine Repression von SCC-112 bewirkte. Die RNA-Interferenz vermittelte Suppression dieser Gene erfolgte durch Applikation von synthetischen siRNA Oligonukleotiden oder durch intrazelluläre Expression von short hairpin RNAs (shRNA). Durch den Einsatz von shRNAs konnte jedoch unter den vorliegenden Versuchsbedingungen nur eine unzureichende Gensuppression erreicht werden. Aus diesem Grund wurden synthetische siRNA Oligonukleotide verwendet. Es konnte eine deutliche Reduktion der jeweiligen Zielgene bewirkt werden, ohne dass nennenswerte Effekte auf den Phänotyp und die Viabilität der Zellen beobachtet wurden. Der Einfluss der siRNA-vermittelten Gensuppression auf die HIV-Replikation wurde durch Infektion der Zellen ermittelt. Hierbei zeigte sich, dass die Depletion von GLiPR und LEREPO4 eine deutliche Inhibition der HIV-Replikation bewirkte. Das Ausmaß der Inhibition war ähnlich ausgeprägt, wie durch Verwendung einer bereits publizierten, gegen das virale Gen p24 gerichteten siRNA. Die Depletion von SCC-112 hatte im Gegensatz hierzu keine eindeutige Wirkung auf die HIV-Replikation, so dass nicht ausgeschlossen werden kann, dass seine Repression während einer HIV-Infektion ein unspezifischer bzw. sekundärer Effekt ist. Die siRNA-vermittelte Suppression von Moesin führte zu einem unerwarteten Ergebnis, da eine deutliche Steigerung der HIV-Replikation im Vergleich zur Kontrolle festgestellt wurde. Damit konnte erstmals belegt werden, dass Moesin nicht für die HIV-Replikation benötigt wird, wie es durch andere Arbeiten postuliert wurde. Diese Annahme begründete sich auf der Beobachtung, dass Moesin in Viruspartikel inkorporiert wird. Daher wurde eine Beteiligung an der Zusammenlagerung oder Abschnürung viraler Partikel vermutet. Die in dieser Arbeit ermittelten Ergebnisse lassen vermuten, dass LEREPO4 und GLiPR notwendige Faktoren der HIV-Replikation sind, wohingegen Moesin einen negativen Effekt zu vermitteln scheint. Die zugrunde liegenden Mechanismen dieser Wirkung auf die HIVReplikation sind jedoch weitgehend unklar. Da die Proteine LEREPO4, SCC-112 und GLiPR nicht oder nur unzureichend charakterisiert sind, war ein weiteres Ziel dieser Arbeit zelluläre Funktionen dieser Proteine zu ermitteln, um Rückschlüsse auf ihre Funktion bei der HIV-Replikation zu gewinnen. Es konnten polyklonale Antikörper gegen LEREPO4 generiert werden, mit denen eine Bestimmung der zellulären Lokalisation möglich war. Mittels Co-Immunopräzipitation wurde die Interaktion von LEREPO4 und TRAF-2 nachgewiesen. Die Bestimmung des Einflusses von LEREPO4 auf die NF-κB-Aktivierung lässt vermuten, dass LEREPO4 an der TRAF-vermittelten Signaltransduktion beteiligt ist. Untersuchungen zur Funktion von GLiPR zeigten, dass es sich möglicherweise um ein sekretorisches Protein handeln könnte, wie durch den fluoreszenzmikroskopischen Nachweis eines GLiPR-EGFP-Fusionsproteins in HeLa-Zellen ermittelt wurde. Weiterhin konnte mittels Annexin-V-Färbung und TUNEL-Assay belegt werden, dass eine exogene Expression des GLiPRs in HeLa Zellen zu einem deutlichen Anstieg der Apoptoserate führte. Zusätzlich wurden für jedes Protein Genexpressionsprofile nach siRNA vermittelter Repression mittels Microarray-Analyse erstellt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass LEREPO4 und GLiPR mögliche Kofaktoren der HIV-Replikation darstellen. Im Gegensatz hierzu scheint Moesin einen negativen Effekt zu vermitteln. Auf Grundlage der in dieser Arbeit ermittelten Daten können weiterführende Untersuchungen durchgeführt werden, um die genaue Funktion der oben genannten Proteine bei der HIV-Replikation zu klären.

Meliolaceae aus Panama (2006)

Délfida Rodríguez Justavino

Die Meliolaceae (Meliolales, Ascomycota), die auch „Schwarze Mehltaupilze“ (dark oder black mildews) genannt werden, umfassen weltweit ca. 1583 bekannte Arten in 20 Gattungen. Meliolaceae-Arten kommen hauptsächlich in den Tropen vor. Es handelt sich um obligate Parasiten auf Pflanzen, die über 330 verschiedenen Pflanzenfamilien angehören. Von August 2002 bis September 2005 wurden Meliolaceae-Arten mit ihren Wirtspflanzen in Panama hauptsächlich im Westen des Landes gesammelt. Die Wirtspflanzen wurden bestimmt. In Rahmen dieser Arbeit wurden 90 Belege von schwarzen Pilzen auf Blättern lichtmikroskopisch untersucht. Von diesen stellten sich 69 Belege als mit Meliolaceae-Arten parasitierte Blätter heraus. 55 der Belege mit Meliolaceae-Arten wurden bis zur Art bestimmt. Die restlichen 14 Belege waren problematisch zu bestimmen, weil die Meliolaceae von Hyperparasiten befallen waren. Die 55 Belege repräsentieren 42 verschiedene Meliolaceae-Arten, nämlich vier Appendiculella-Arten, sechs Asteridiella-Arten, fünf Irenopsis-Arten und 27 Meliola-Arten. Fünf neue Meliolaceae-Arten wurden im Rahmen dieser Arbeit entdeckt, drei Appendiculella-Arten, eine auf Lozanella enantiophylla (Ulmaceae/Cannabaceae), eine auf Cupania guatemalensis (Sapindaceae) bzw. eine auf Monstera deliciosa (Araceae), eine Asteridiella Art auf Buddleja nitida (Buddlejaceae), eine Irenopsis-Art auf Chrysophyllum sp. (Sapotaceae). Außerdem werden 21 Meliolaceae-Arten zum ersten Mal für Panama nachgewiesen: Appendiculella calostroma, Asteridiella formosensis, A. hymenaeicola, A. solanacearum, A. vegabajensis, Irenopsis miconiicola, Meliola anacardii, M. byrsonimicola, M. cf. cucurbitacearum, M. crescentiae, M. dissotidis, M. gesneriae, M. indica, M. lanosa, M. lundiae, M. mammeae, M. nigra, M. ocoteicola, M. cf. orchidacearum, M. pisoniae und M. ripogoni. Nur 16 der 42 gesammelten Meliolaceae-Arten sind schon für Panama bekannt. Die vorherige Anzahl der bekannten Meliolaceae-Arten für Panama lag bei 105 Arten. Nach dieser Untersuchung liegt diese Anzahl bei 131 Arten. Für das Nachbarland Costa Rica liegt diese Anzahl bei 84 Arten, und beide Ländern teilen nur 25 bekannte Meliolaceae-Arten. Die untersuchten Meliolaceae-Arten parasitieren Arten aus 36 verschiedenen Gattungen der Pflanzen, die zu 30 verschiedenen Pflanzenfamilien gehören. Für bekannte Meliolaceae-Arten werden 31 Wirtspflanzen-Arten zum ersten Mal für Panama nachgewiesen. Von diesen gehören vier zu Gattungen, von denen bisher keine Wirtsarten für Meliolaceae bekannt waren, nämlich Attalea (Arecaceae) für Meliola melanococcae, Crucea (Rubiaceae) für Asteridiella vegabajensis, Phinaea (Gesneriaceae) für M. gesneriae und Rytidostylis (Cucurbitaceae) für M. cf. cucurbitacearum. Im Vergleich zu Indien mit der größten Anzahl bekannter Meliolaceae-Arten (461) gibt es andere tropische Länder, in denen die Anzahl der bekannten Meliolaceae bisher null ist, weil diese Gruppe dort noch nicht erforscht worden ist. Durch die vorliegende Arbeit wird deutlich, dass die Meliolaceae in den Tropen höchst divers und bisher nur ansatzweise erforscht worden sind.

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