OPUS 4 | Search

Functional characterization of NOSTRIN in signal transduction and vascular development (2011)

Igor Kovačević

NOSTRIN belongs to the recently defined F-BAR protein family. F-BAR proteins are multi-domain proteins, which serve as adaptors between plasma membrane and cytoskeleton components in processes such as membrane protrusion formation, endocytosis and migration. NOSTRIN encompasses a F-BAR domain at the N-terminus, which mediates membrane association, followed by a HR1 motif and an intermediate domain (ID) domain in the middle, and a SH3 domain at the C-terminus. The domain architecture and ability to form oligomers enable NOSTRIN to coordinate several interaction partners namely dynamin, caveolin, N-WASP and endothelial nitric oxide synthase (eNOS) in the process of eNOS trafficking. In this context NOSTRIN was originally identified and hence termed eNOS traffick inducer. NOSTRIN is expressed in vascularized tissues (e.g. liver and lung) and in primary endothelial cells. Aims of the present work were (1) to investigate if NOSTRIN is involved in other processes besides eNOS trafficking, (2) to analyse the function of NOSTRIN in vivo through knockdown of NOSTRIN in developing zebrafish and (3) to study the consequences of the loss of NOSTRIN on signal transduction in a primary cell culture model derived from NOSTRIN knockout mice. To study the possible involvement of NOSTRIN in other processes besides eNOS trafficking a yeast two-hybrid screen was performed in which fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1) was identified as a putative novel interaction partner of NOSTRIN. In a series of yeast two-hybrid, pulldown and co-immunoprecipitation experiments the interaction between NOSTRIN and FGFR1 was confirmed to occur between endogenously expressed proteins and determined to be direct and to depend on the ID domain of NOSTRIN and the 130 C-terminal amino acid residues of FGFR1. FGFR1 is activated by binding of fibroblast growth factors (FGFs) and induces several different signal transduction pathways (e.g. MAPK and Akt pathway). Overexpression of NOSTRIN in HeLa cells specifically enhanced FGF2-dependent MAPK activation. Accordingly, depletion of NOSTRIN attenuated FGF2-dependent MAPK activation and did not affect FGF2-induced Akt activation. In summary, NOSTRIN has been identified as a novel interaction partner of FGFR1 involved in FGF2-dependent signal transduction. The morpholino oligonucleotide-mediated knockdown of NOSTRIN in developing zebrafish caused vascular leakage and irregular vascular patterning e.g. a loss of the proper trajectory of intersegmental vessel and interruptions of the dorsal longitudinal anastomotic vessel. The vascular phenotype was consistent upon use of two different morpholinos and could be rescued in a dose dependent manner by the injection of zebrafish NOSTRIN mRNA. Detailed analysis involving confocal and time lapse microscopy in zebrafish with endothelial specific expression of EGFP revealed that the knockdown of NOSTRIN impacts in vivo on the migration and morphology of endothelial tip cells and leads to a reduction of filopodia number and length. Additionally a NOSTRIN knockout mouse was generated. The analysis of FGFR1 signal transduction in primary mouse lung endothelial cells (MLECs) from NOSTRIN knockout and wild type mice revealed that FGF2-dependent MAPK activation was attenuated in MLECs isolated from NOSTRIN knockout mice when compared to MLECs isolated from wild type mice. The effect of NOSTRIN on FGF2-dependent signal transduction seems to be specific, since VEGF-induced MAPK activation was not affected in NOSTRIN knockout MLECs. The importance of NOSTRIN for FGF2 signal transduction in vivo is demonstrated by the greatly impaired angiogenic response to FGF2 in NOSTRIN knockout mice in matrigel plug assay. In a detailed biochemical analysis it was discovered that NOSTRIN interacts with the activated small GTPase Rac1 and that overexpression of NOSTRIN enhances Rac1 activation. Furthermore, the interactions of NOSTRIN with both Rac1 and its GEF Sos1 are required for NOSTRIN-mediated activation of Rac1. In accordance, activation of Rac1 was not detected upon FGF2 stimulation in NOSTRIN knockout MLECs. In conclusion, the present work describes a novel function of the F-BAR protein NOSTRIN in FGFR1 signal transduction. Data presented in this work demonstrate that NOSTRIN is required for the assembly of a complex consisting of FGFR1, Sos1 and Rac1 and subsequently for the FGF2-dependent activation of Rac1 in endothelial cells.

Islamischer Fundamentalismus in der Migration : eine biographie-analytische Untersuchung über die adoleszente Hinwendung türkisch-männlicher Migranten zum Islamismus in Deutschland (2011)

Erdem Özbek

Bedingungen und Auswirkungen regionaler Identität in Baden-Württemberg : "Schaffe, spare, Häusle bauen" versus "Über Baden lacht die Sonne, über Schwaben die ganze Welt"? (2011)

Matthias Beck

Die Bedeutung von Zelltod-Prozessen während der Alterung des filamentösen Ascomyzeten Podospora anserina (2011)

Diana Brust

Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen führten zu folgenden Ergebnissen: 1. In-silico Analysen von putativen Apoptose-Faktoren im Genom von P. anserina Es konnten mehrere Gene, die in einer Apoptose-Maschinerie involviert sein könnten, im Genom von P. anserina identifiziert werden. Diese Homologen wurden in zwei Ka-tegorien unterteilt: (i) die nicht-mitochondrialen Proteine PaMCA1, PaMCA2 und PaPARP und (ii) die Homologen des Apoptose-induzierenden Faktors AIF. 2. Einfluss der Metacaspase-Aktivität auf programmierte Zelltodprozesse Mithilfe von Aktivitätsmessungen konnte eine Arginin-spezifische Aktivität der Meta-caspasen nachgewiesen werden. Diese Metacaspase-Aktivität nimmt in seneszenten Kulturen und nach H2O2-Behandlung signifikant zu. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese eines programmierten, ROS-induzierten Zelltods im letzten Entwicklungs-stadium des Alternsmodell P. anserina. 3. Die Rolle von AIF-Homologen in der Entwicklung von P. anserina GFP-Fusionsproteine identifizierten eine mitochondriale Lokalisation der AIF-Homologen PaAIF2, PaAMID2 und PaPRG3. Desweiteren konnte eine altersabhängige PaAIF2-Translokation von den Mitochondrien zum Zellkern gezeigt werden, ähnlich der Apoptose-induzierenden Translokation von humanem AIF. Die Deletion von PaAif2 und PaAmid2 führte zu einer signifikanten Resistenz gegenüber oxidativem Stress und zu einer Verlängerung der Lebensspanne. Diese Befunde weisen auf einen ROS-induzierten, AIF-vermittelten Zelltod hin, der an der Lebensspannen-Kontrolle von P. anserina beteiligt ist. 4. Die Funktion des Proteins PaCYPD bei Seneszenz und programmiertem Zelltod Membranpotential-Messungen konnten einen Rückgang des mitochondrialen Memb-ranpotentials von 21 % bei den PaCYPD-Überexpressionsstämmen nachweisen. Durch die Behandlung mit dem spezifischen PaCYPD-Inhibitor CSA konnte das Membranpo-tential wieder normalisiert werden. Zusammen mit dem detektierten Verlust von 7 Zusammenfassung 125 Cytochrom c in den Mitochondrien der Überexpressionsstämme wird durch diese Studi-en die Vermutung einer PaCYPD-abhängigen Öffnung der mPTP untermauert. Die Pa-PaCypD-Deletion führte zu einer signifikanten Resistenz gegenüber mitochondrial-abhängigem, oxidativem Stress und gegenüber verschiedenen Apoptose-Induktoren. Die Überexpression von PaCypD hingegen führte zu einem beschleunigten Alterungspro-zess (Präseneszenz), einem verschlechterten Resistenzverhalten gegenüber Stress- und Apoptose-Induktoren und zu einer massiven Verkürzung der Lebensspanne. Die Le-bensspanne konnte aber durch die Behandlung mit CSA wieder auf Wildtyp-Niveau verbessert werden. Dies weist auf einen PaCYPD-vermittelte Zelltod hin. Interessan-terweise konnte durch das Wachstum auf CSA-haltigem Medium auch die Lebensspanne des Wildtyps verlängert werden. Um die hier nachgewiesene, lebensver-längernde Wirkung von CSA zu verifizieren, könnte diese Studie leicht auf andere Modellorganismen übertragen werden.

Antinociceptive effects of reactive oxygen species scavengers in animal models of inflammatory and neuropathic pain (2011)

Ruirui Lu

Recent data indicate that reactive oxygen species (ROS) are produced in the nociceptive system during persistent pain and contribute to pain sensitization. Aim of this study was to investigate potential antinociceptive effects of ROS scavengers in different animal models of pain. Intrathecal injection of ROS scavengers 1-Oxyl-2,2,6,6-tetramethyl -4-hydroxypiperidine (TEMPOL) or Phenyl-N-tert-butylnitrone (PBN) significantly inhibited formalin-induced nociceptive behavior in mice, suggesting that ROS released in the spinal cord are involved in nociceptive processing. Formalin-induced nociceptive behavior was also inhibited by intraperitoneal injection of a combination of vitamin C and vitamin E, but not of vitamin C or vitamin E alone. Moreover, the combination of vitamin C and E dose-dependently attenuated mechanical allodynia in the spared nerve injury (SNI) model of neuropathic pain. The SNI-induced mechanical allodynia was also reduced after intrathecal injection of the combination of vitamin C and E, and western blot analyses revealed that vitamin C and E treatment can ameliorate the activation of p38 MAPK in the spinal cord and in DRGs. These data suggest that a combination of vitamin C and E can inhibit the nociceptive behavior in animal models of pain, and points to a role of the spinal cord as an important area of ROS production during nociceptive processing.

Nanopartikel als Trägersysteme für Doxorubicin zur Therapie von Gehirntumoren (2011)

Stefanie Wohlfahrt

Einleitung: Glioblastome, die aggressivsten malignen Gehirntumore, gehören zu den menschlichen Karzinomen mit der schlechtesten Prognose. Ihre Therapie stellt eine große Herausforderung dar. Eine komplette chirurgische Entfernung des Tumors ist auf Grund des infiltrativen Wachstums in gesundes Hirngewebe meist nicht möglich, und trotz der Standardtherapie, die Operation, Chemo- und Radiotherapie umfasst, sind die Behandlungserfolge nicht zufriedenstellend. Erschwerend kommt hinzu, dass das Gehirn vom übrigen Organismus durch die hochselektive Blut-Hirn-Schranke abgegrenzt ist, welche für viele potentiell wirksame therapeutische Substanzen eine Permeabilitätsbarriere darstellt. Somit stehen viele Zytostatika für die systemische Glioblastomtherapie nicht zur Verfügung und eine relative Therapieresistenz ist zu verzeichnen. Nicht nur die Neuentwicklung von Arzneistoffen für die Pharmakotherapie von Erkrankungen des zentralen Nervensystems, wie den Gehirntumoren, sondern auch die Etablierung neuer Arzneiformen zur kontrollierten, gewebsspezifischen Arzneistoffapplikation gewinnt immer mehr an Bedeutung. Ein Ansatz, der in der Vergangenheit vielversprechende Erfolge erzielte, ist die Einbettung von Arzneistoffen in kolloidale Trägersysteme wie polymere Nanopartikel oder Liposome. Diese Carrier sind in der Lage verschiedene Arzneistoffe über die Blut-Hirn-Schranke zu transportieren, damit diese im zentralen Nervensystem ihre Wirkung ausüben können. Der Grund für diesen Erfolg ist offensichtlich begründet in der nanopartikulären Größe und der besonderen Oberflächenstruktur dieser Träger. Zusätzlich geht mit der vermehrten Anreicherung der Wirkstoffe im Zentralnervensystem eine Verminderung der unerwünschten Arzneimittelwirkungen in peripheren Organen einher, was die Therapie positiv beeinflusst. In der vorliegenden Arbeit wird die antitumorale Effizienz nanopartikulärer Formulierungen, die den Wirkstoff Doxorubicin enthalten, eingehend untersucht. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf der histologischen und immunhistochemischen Analyse der Gehirntumore, die eine genaue Differenzierung zwischen den Zubereitungen und eine aussagekräftige Effizienzbeurteilung erlaubt. Weiterhin wird der Fokus dieser Arbeit auf die Quantifizierung der Doxorubicinmenge gerichtet, die nach Applikation der nanopartikulären Formulierungen im Gehirn vorliegt. Enthält u.a. die Publikationen: Publikation 1: Transport of drugs across the blood-brain barrier by nanoparticles – A review Journal of Controlled Release – Special Issue: Drug delivery research in Europe Status: accepted, geplantes Erscheinungsdatum: 01.2012 Publikation 2: Increased numbers of injections of doxorubicin bound to nanoparticles lead to enhanced efficacy against rat glioblastoma 101/8 Wohlfart et al. 2009, Journal of Nanoneuroscience, Volume 1, Number 2, December 2009, pp. 144-151 (8) Publikation 3: Treatment of glioblastoma with poly (isohexyl cyanoacrylate) nanoparticles Wohlfart et al. 2011, International Journal of Pharmaceutics 415 (2011) 244-251 Publikation 4: Drug delivery to the brain using surfactant-coated poly (lactide-co-glycolide) nanoparticles: Influence of the formulation parameters Gelperina et al. 2010, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 74 (2010) 157–163 Publikation 5: Efficient chemotherapy of rat glioblastoma using doxorubicin-loaded PLGA nanoparticles with different stabilizers Wohlfart et al. 2011, PloS One May 2011, Volume 6, Issue 5, e 19121 Publikation 6: Kinetics of transport of doxorubicin bound to nanoaprticles across the blood-brain barrier Wohlfart et al. 2011, Journal of Controlled Release (2011), doi:10.1016/j.jconrel.2011.05.010, in press

Strukturelle Organisation und Mobilisierung des Primaten-spezifischen Non-LTR-Retrotransposons SVA (2011)

Julija Raiz

SVA-Elemente repraesentieren die juengste Familie der Non-LTR-Retrotransposons, welche das humane Genom fortwaehrend modifizieren. SVA-Elemente zeichnen sich durch ihre Organisation aus zusammengesetzten repetitiven Elementen aus. Um Rueckschluesse auf den Assemblierungsprozess, der zur gegenwaertigen Organisation der SVA-Elemente fuehrte, und ueber transkriptionelle Regulation dieser Elemente zu ziehen, wurden Unterschiede in der Struktur der 116 SVA-Elemente, die auf humanem Chromosom 19 lokalisiert sind, detailliert untersucht. SVA-Elemente konnten in sieben unterschiedliche Strukturvarianten eingeteilt werden, einschliesslich neuer Varianten wie SVA2, 3`-verkuerzte Elemente und Elemente mit 5`- flankierenden Transduktionen. Ich habe auch eine extrem erfolgreiche human-spezifische 5`-Transduktionsgruppe identifiziert, SVA_F1, die trotz ihres jungen evolutionaeren Alters ca. 32% aller Mitglieder der SVA-Subfamilie SVA_F umfasst. Die transkriptionelle Kontrolle einer retrotransponierten und 5`-verkuerzten SVA_F-Kopie durch den Promotor des MAST2-Gens diente als urspruengliches Source-Element dieser umfangreichen 5`- Transduktionsgruppe, die mindestens 84 Elemente einschliesst. Die zusaetzlichen 5`- sowie 3`-Transduktionsereignisse der vollstaendigen Alu-Sequenzen bei Mitgliedern der SVA_F1-Transduktionsgruppe 4 weisen auf ihre wichtige Rolle in der erfolgreichen Expansion im humanen Genom hin. Diese nachtraeglich erworbenen Alu-Sequenzen machen SVA_F1-Familienmitglieder offensichtlich zum besseren Substrat fuer die Trans- Mobilisierung durch die L1-Proteinmaschinerie. Die unterschiedlichen konsekutiven 5`- Tansduktionsereignisse der SVA_F1-Familienmitglieder deuten auf transkriptionelle Kontrolle ihrer Source-Elemente durch eine Vielzahl externer zellulaerer Promotoren hin, die im Laufe der Evolution in Keimzellen aktiv waren. Ausserdem zeigt die Existenz von 5`-Transduktionen, dass SVA-Elemente sich die 5`-flankierenden Sequenzen aneignen koennen. Die Daten zeigen auch, dass SVA-vermittelte 5-Tansduktionsereignisse alternatives RNA-Spleissen an putativen Spleissstellen involvieren. Aus der EST- Datenbankanalyse ist ersichtlich, dass Mitglieder der SVA_F1-Subfamilie auch gegenwaertig transkribiert werden. SVA-Elemente sind hoch aktiv im humanen Genom, aber der Mechanismus ihrer Retrotransposition wurde bislang nicht aufgeklaert. Vorangehende Analysen genomischer SVA-Kopien liessen auf eine L1-vermittelte Mobilisierung schliessen; allerdings wurde der experimentelle Beweis dieser Hypothese bislang nicht geliefert. Mit Hilfe der Zellkultur-basierten Trans-Mobilisierungsassays wurde in dieser Arbeit zum ersten Mal experimentell bewiesen, dass SVA-Elemente tatsaechlich durch die L1-kodierten Proteine in trans mobilisiert werden. Zu diesem Zweck wurden HeLa-Zellen mit einem vollstaendigen oder mit einem 5`-verkuerzten SVA-Retrotranspositionsreporterkonstrukt sowie mit einem L1-Expressionsplasmid bzw. Leervektor kotransfiziert und dann die jeweiligen Raten der SVA-Retrotransposition anhand Neo-resistenter Kolonien, die mindestens ein de novo-Retrotranspositionsereignis widerspiegeln, bestimmt. Die Experimente zeigen, dass die Entstehung der Neo-resistenten Kolonien von der Koexpression L1-kodierter Proteine abhaengig ist. Ich konnte auch zeigen, dass das vollstaendige SVA-Testkonstrukt - im Gegensatz zum 5`-verkuerzten SVA-Konstrukt - mit einer signifikant hoeheren Retrotranspositionsrate als die Kontrollkonstrukte, die zur Generierung der prozessierten Pseudogenformation eingesetzt wurden, trans-mobilisiert wird. Die Ergebnisse der Trans-Mobilisierungsassays belegen, dass SVA-Elemente ein bevorzugtes Substrat fuer die L1-Proteinmaschinerie darstellen, und ihre 5`-Region einschliesslich der Alu-homologen Sequenz fuer die hohe Retrotranspositionsrate essentiell ist. Die elf analysierten SVA de novo-Integrationsereignisse weisen Merkmale der L1- vermittelten Retrotransposition auf, wie Poly(A)-Enden, L1-EN-spezifische Konsensus- Zielsequenz (NNAUNA), Zielsequenz-Verdoppelungen (TSDs), Mikrohomologien und zusaetzliche Guanosin-Nukleotide am 5`-UEbergang. Zusammenfassend demonstrieren die Ergebnisse dieser Studien, dass ein signifikanter Teil der Mitglieder der human-spezifischen SVA-Subfamilie aus transkriptioneller Kontrolle ihrer Source-Elemente durch externe Promotoren hervorgeht. Durch die in dieser Arbeit durchgefuehrten in silico-Analysen wurde auch gezeigt, dass SVA-vermittelte 5`- Transduktionsereignisse zur strukturellen Vielfalt der SVA-Elemente fuehren, und eine neue Art von genomischen Umstrukturierungen darstellen, die zur Plastizitaet des humanen Genoms beitragen. Ausserdem bestaetigen die Ergebnisse der Trans- Mobilisierungsassays die Hypothese, dass SVA-Elemente tatsaechlich durch die L1- kodierte Proteinmaschinerie trans-mobilisiert werden. Dabei sind Module am 5`-Ende der SVA-Elemente fuer diesen Prozess hoechst relevant. Die Ergebnisse der Dualen-Luciferase-Reportergen-Assays unterstuetzen die Hypothese, dass innerhalb der SINE-R-Sequenz von SVA H19_27 cis-aktive Elemente vorhanden sind, die auf aehnliche Weise wie die cis-aktiven Elemente innerhalb der 5`LTR von HERV-K reguliert werden. Ausserdem wurde in dieser Arbeit die Existenz interner reguatorischer Sequenzen innerhalb der SVA-Sequenz bestaetigt. Mit Hilfe der Dualen-Luciferase-Reportergen- Assays konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass SVA-Elemente cis-aktive Elemente enthalten, die hauptsaechlich in der SINE-R-Region lokalisiert sind. Diese cis-aktiven Elemente werden auf aehnliche Weise wie die cis-aktiven Elemente innerhalb der 5`LTR von HERV-K reguliert. Die starke transkriptionelle Aktivitaet des vollstaendigen SVA- Testelements und des L1RP-Promotors in den Teratokarzinom-Zelllinien bekraeftigen die Annahme, dass haeufige SVA-Mobilisierung in Keimzellen durch die gleichzeitig hochregulierte SVA- und L1-Transkription bedingt sein koennte. Es konnte gezeigt werden, dass SVA-Elemente cis-aktive Elemente enthalten, die hauptsaechlich in der SINE-R-Region lokalisiert sind, und auf aehnliche Weise wie die cis- aktiven Elemente innerhalb der 5`LTR von HERV-K reguliert werden. Die starke transkriptionelle Aktivitaet des vollstaendigen SVA-Testelements und des L1RP-Promotors in Teratokarzinom-Zelllinien bestaetigen die Annahme, dass haeufige SVA- Retrotransposition in Keimzellen durch die gleichzeitig hochregulierte SVA- und L1- Transkription bedingt sein koennte.

Dengue-Virus-Infektionen : eine szientometrische Analyse (2011)

Martin Müller

Das Dengue-Fieber, eine durch Flaviviren der Gattung Dengue-Virus hervorgerufene fieberhafte Infektion, galt lange Zeit als harmlose, auf tropische oder subtropische Gegenden Afrikas, Asiens und Amerikas beschränkte Krankheitsentität. Vor allem durch unkontrollierte Urbanisation mit unzureichender Abwasser- und Abfallentsorgung entstanden in zahlreichen Regionen geeignete Brutbedingungen für die Hauptvektoren dieser Krankheitserreger, Stechmücken der Gattung Aedes, die sich nach Ende des Zweiten Weltkriegs vor allem in Südostasien, Nordaustralien, Süd- und Mittelamerika und den karibischen und pazifischen Inselwelten dramatisch ausbreiteten und seit den achtziger Jahren des 20. Jahrhunderts immer wieder zu Explosivepidemien führen. Das Auftreten besonders pathogener Virusvarianten und die Kozirkulation der vier Serotypen DENV-1 bis DENV-4 hatte nicht nur zu einer Zuspitzung der Bedrohungslage in quantitativer Hinsicht geführt, sondern auch in qualitativer, denn in zunehmendem Maß treten die lebensbedrohlichen Krankheitsbilder, Hämorrhagisches Dengue-Fieber (DHF) und Dengue Schock- Syndrom (DSS), nun ebenfalls epidemisch auf. In Folge des internationalen Fernreiseverkehrs häufen sich auch importierte Dengue-Virus-Infektionen in Ländern, die nicht zu den Endemiegebieten gehören. Infektionen durch Dengue-Viren gehören damit zu den „emerging infectious diseases“ und zu den wichtigsten gesundheitspolitischen Herausforderungen unserer Zeit. Gegenstand dieser Analyse war unter anderem die Frage, ob sich die besondere Bedeutung dieser Krankheitsentität auch in der Publikationsaktivität der Wissenschaftswelt widerspiegelt, wo sich die maßgeblichen Forschungszentren befinden, die sich mit dieser Problematik beschäftigen, und ob die pandemische Dimension dieser Virusinfektion auch globale oder zumindest international kooperierende Forschungsanstrengungen nach sich zieht. Aus den verfügbaren Daten der führenden Online-Literaturdatenbanken ist ersichtlich, dass das Forschungsinteresse an allen Aspekten der Dengue-Forschung in den vergangenen Jahrzehnten kontinuierlich zugenommen hat. Sowohl die Zahl der publizierten Fachartikel wie auch die in Fachbeiträgen genannten Literaturstellen sind seit den sechziger und siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts deutlich angestiegen und erreichten in der sich bis zum Jahr 2007 erstreckenden Analyse einen Höhepunkt 2006. Unstrittig ist die Dominanz des Englischen als Wissenschaftssprache. Veröffentlichungen erfolgen bevorzugt in den weltweit 124 führenden virologischen, tropen- oder präventivmedizinischen sowie infektiologischen und entomologischen Fachzeitschriften, gelegentlich auch in renommierten medizinischen Periodika ohne Spezialisierung, z.B. Lancet. In mehr als Dreiviertel der Fälle ist als Publikationsform der wissenschaftliche Fachbeitrag (article) gewählt worden; andere Publikationsformen spielen eine deutlich untergeordnete Rolle. Als führende Wissenschaftsnation erweisen sich die USA, die auch über die meisten Forschungsinstitutionen verfügen. US-amerikanische Wissenschaftler sind maßgeblich an der Erarbeitung von wissenschaftlichen Erkenntnissen auf dem Gebiet der Dengue-Virus-Infektionen beteiligt, und zwar sowohl in quantitativer wie auch in qualitativer Hinsicht. In quantitativer Hinsicht, weil die USA im Zeitraum 1900 bis 2007 mit 1.816 Veröffentlichungen mehr als ein Drittel aller Publikationen zum Thema Dengue-Virus-Infektionen erarbeitet haben; unter qualitativen Aspekten, weil die Vereinigten Staaten sich mit einem H-Index von 83 und Spitzenplätzen bei der Zitationshäufigkeit einzelner Publikationen und besonders renommierter Wissenschaftler erkennbar einer herausragenden Resonanz in der Fachwelt erfreuen. Angehörige und Institutionen der Streitkräfte spielen hier eine nicht unwesentliche Rolle, beispielsweise in dem sie als Nuklei internationaler Forschungskooperationen fungieren. Zwar verfügen die USA als wirtschaftliche, wissenschaftliche und politische Großmacht über die notwendigen Ressourcen, um sich auch einem Arbeitsgebiet wie der Dengue-Virus-Forschung zuwenden zu können. Unmittelbar betroffen sind sie von dieser Infektionskrankheit allerdings nur in vergleichsweise geringem Maß, da es sich bei den in den USA beobachteten Dengue-Fällen überwiegend um importierte Fälle handelt. Zu beachten ist jedoch, dass US-amerikanische Staatsbürger in verschiedenen Hyperendemiegebieten beruflich präsent sind, was auch das Engagement der militärischen Forschungsinstitutionen erklären könnte. Die USA unterhalten intensive wissenschaftliche Kontakte zu Staaten, die zu den Hyperendemiegebieten des Dengue-Fiebers gehören, vor allem zu Thailand, Brasilien, Mexiko und Australien. Zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten wurden als Kooperationsartikel von Autoren dieser Staaten veröffentlicht. Die genannten Nationen zählen mittlerweile – nicht zuletzt wegen der offensichtlich durch die Ausbrüche zu Beginn des 21. Jahrhunderts induzierten Publikationswellen – zu den Ländern mit der größten Expertise auf dem Gebiet der Dengue-Virus-Forschung. Die Einbindung in ein Autorennetzwerk hat für die beteiligten Wissenschaftler erkennbar Vorteile, weil sie auf diese Art und Weise 125 bei zahlreichen Artikeln als Autoren registriert werden, ohne die Beiträge selbst verfasst zu haben, und zudem die Tendenz wechselseitigen Zitation der beteiligten Verfasser besteht. Derartige Kooperationen wirken sich positiv auf die quantitative und qualitative Bilanz der partizipierenden Wissenschaftler aus, da die Anzahl der Publikationen Einfluss auf die Vergabe von Fördermitteln haben kann und höhere Zitationsraten zum besseren Renommee eines Forschers in der Fachwelt beitragen. Zitationsraten können auch durch Selbstzitationen positiv beeinflusst werden.

The sponges of the Chinese Yellow Sea (2011)

Daniela Henkel

Sponges are one of the major components of benthic communities and are considered to be a key role organism in marine ecosystems. In addition to their importance in terms of biodiversity, sponges are becoming increasingly attractive to the industry, as they themselves or associated symbionts, produce various kinds of secondary metabolites of pharmaceutical properties. Some of them have already been clinically applied. The taxonomic characters of Porifera are limited to only a few morphological and histological characters. In addition, sponges of the same species often show a wide morphological variability, whereas the latter depends on different ecological parameters such as water depth and current conditions. Thus, the taxonomic classification of sponges often becomes a scientific challenge. The fauna of the Yellow Sea rates among the least studied worldwide. At the same time, according to the UN Atlas of the Ocean, the Yellow Sea is one of the most intensively exploited marine areas in the world. This is not least due to the dense human population living in the entire catchment area of the Yellow Sea region. In order to compile medium- and longterm conclusions about the anthropogenic impact on biota of the Yellow Sea, the knowledge of species and their distribution is of crucial importance, as these data form the baseline for all future conservation efforts. Until now the sponge fauna of the Chinese Yellow Sea is insufficiently investigated. Thus, there is only one publication on sponges from this region that has been released hitherto. This paper is dealing with only a view species. However, there is no reference concerning the present location of the voucher material, on which this publication is based on. Consequently, no scientific collection on Porifera from the Chinese part of the Yellow Sea exists to date. In order to compile a documentation of the recent sponge community of the Chinese Yellow Sea, 12 study sites along the coast of the Liaoning Peninsula, China, Northeast Yellow Sea, were investigated with focus on sponge distribution. The corresponding habitats were characterized in regard to their topographical features, abiotic parameters, and common composition of benthic megafaunal and macroalgal assemblages. Due to the lack of comparable studies, a comprehensive literature research on sponges of the shallow Northwest Pacific Ocean was required. As a result the first compilation of publications is presented, dealing with sponges from shallow depths of the northwestern Pacific Ocean. Abstract 2 In the course of this study, 31 sponge species in total were recorded, which are scientifically processed. With the exception of four all specimens were determined to species- level. Twelve out of the total number of species are new to science and are described and classified according to the recent taxonomic system of the phylum Porifera. The results of this study indicate considerable differences in species composition between investigated sites. It is shown that physical factors (particularly current regime, sedimentation, seasonally related variations in temperatures), as well the availability of suitable substrates are directly related to the diversity and abundance of investigated sponge communities. In this context possible adaptation strategies of the corresponding sponges were discussed in detail. Two sponge species, Clathria (Clathria) asodes and Antho (Acarnia) lithophoenix, formerly known exclusively from the northeastern Pacific Ocean, are now recorded from the Northwest Pacific Ocean for the first time. Furthermore, Penares hongdoensis, Clathria (Clathria) hongdoensis and Celtodoryx girardae were synonymized with Penares cortius, Clathria (Clathria) acanthostyli, and Celtodoryx ciocalyptoides respectively. Moreover, the occurrence of eight sponge species, which were known from previous records from the Yellow Sea, could be confirmed. As a result of this study the Asian origin of a sponge species that is invasive to the French and Dutch coasts of the Northeast Atlantic Ocean since the 1990s could be established. Moreover, it is demonstrated that Celtodoryx girardae from the northeastern Atlantic is in fact conspecific with Cornulum ciocalyptoides described by Burton (1935) from the Posiet Bay, Sea of Japan. Apart from taxonomic remarks, variations between populations from both oceans are examined and discussed thoroughly in regard to possible ecological implications. The community of documented sponges shows overlapping with the one from the Sea of Japan. According to the results it is assumed that the endemic degree of the sponges from the Chinese Yellow Sea is rather low to moderate. The material obtained in the course of this study was integrated in the collection of the Senckenbergischen Naturforschenden Sammlungen. Therefore, it is the first scientific collection of sponges from the Chinese Yellow Sea that can be consulted as a basis for all further studies on sponges of this region. The present study is the only investigation of sponges from Dalian and adjacent waters before the spill occurred in the Dalian harbour in July 2010. Therefore, it provides an essential baseline needed to assess the impact of the oil spill on benthic communities.

Identifizierung neuer antibiotischer Substanzen mittels verschiedener Bioassays und Massenspektrometrie / von Dorota Anna Urbanek (2011)

Dorota Urbanek

In dieser Arbeit sollten auf Grundlage eines in vitro Transkriptions-/Translations-Assays (TTA) neue Substanzen als Hemmer der bakteriellen Proteinbiosynthese gefunden werden. Um dieses Ziel verfolgen zu können, wurde zuerst ein zellfreies Testsystem aus kommerziellen Komponenten entwickelt und als Screening-Tool für Inhibitoren der bakteriellen Proteinbiosynthese evaluiert. Anhand des allgemein akzeptierten Bewertungskriteriums Z‘-Faktor konnte die Performance des etablierten Assays als exzellent eingeordnet werden. Mit diesem System war es nun möglich, Substanzen aus unterschiedlichen Quellen bei der Wirkstoffsuche als potentielle Antibiotika einzuordnen, welche die Proteinbiosynthese hemmen. In zwei nachfolgenden Projekten wurde die Praktikabilität dieses neuen Assays bei der Auffindung möglicher Antibiotika-Kandidaten bewiesen. In dem ersten Ansatz wurde ein virtuelles Screening der Substanzdatenbanken Specs und Asinex anhand eines Pseudorezeptormodells für Aminoglykoside durchgeführt. In Kombination mit dem TTA sowie einem Ganzzell-Assay gegen den gram-positiven Keim Bacillus subtilis 168 konnte eine Struktur mit Ähnlichkeit zu Vanilloiden als interessanter Ausgangspunkt für weitergehende Untersuchungen identifiziert werden. Die Entdeckung korreliert mit den antimikrobiellen Eigenschaften eines anderen Vanilloid, dem Capsaicin, für welches bisher aber keine Hemmung der Proteinbiosynthese in der Literatur beschrieben ist. Somit konnte gezeigt werden, dass anhand eines virtuellen Screenings sowie weiterer Assays neue Hemmer der bakteriellen Proteinbiosynthese effizient und effektiv gefunden werden können. In einem zweiten Screening-Projekt dienten pflanzliche Naturstoffe als Substanzquelle. Hierfür wurden auf der Grundlage der diterpenoiden Fusidinsäure, einem Proteinbiosynthesehemmer (PBS-Hemmer), tetra-und pentazyklische Isoprenoide ausgewählt. Aus einem Ensemble von terpenoiden Strukturen gingen nach TTA und einem zellbasierten Assay gegen Bacillus subtilis 168 in absteigender Aktivität die 18β-Glycyrrhetinsäure, 11- Keto-β-boswelliaäsure und Carnosolsäure als nennenswerte antimikrobiell wirksame Vertreter und PBS-Hemmer hervor. Auch zeigten sich diese Substanzen den Stoffen aus dem virtuellen Screening sowohl im TTA als auch in der Wirksamkeit gegen Bacillus subtilis 168 deutlich überlegen. Im nächsten Schritt erfolgte deshalb nur für diese drei Terpenoide eine Charakterisierung ihrer Auswirkungen auf das Proteom des gram-positiven Bakteriums Bacillus subtilis 168. Zusammenfassung 131 Dafür wurde eine komplette zweidimensionale gelelektrophoretische Methodik basierend auf der Differentiellen Gelelektrophorese (DIGE) etabliert. Sie umfasst eine Strategie zur schnellen Evaluierung der optimalen Anzucht des Testkeims Bacillus subtilis 168 unter Einfluss einer antimikrobiell wirksamen Substanz und ein einfaches Aufschlussverfahren, um einen kompatiblen Proteinextrakt für DIGE zu erhalten. Außerdem wurde ein preisgünstiges Markierungsverfahren mit dem 5(6)-Carboxyfluorescein-N-hydroxysuccinimid-Ester als Alternative zu den teuren DIGE-Cyan-Farbstoffen entwickelt, um die Fluoreszenzbildqualität eines neuen unbekannten Extraktes vor dem eigentlichen kostspieligen DIGE-Versuch zu überprüfen. Eine Quantifizierung regulierter Spots im Gel ist mit diesem billigen Verfahren ebenfalls möglich, stellt aber keinen Ersatz für den DIGE-Versuch dar. Die Ergebnisse der quantitativ vergleichenden Proteomanalyse vom behandelten und unbehandelten Bacillus subtilis 168 mittels DIGE bieten erstmals einen Einblick in die Einflussnahme der drei Terpenoide 18β-Glycyrrhetinsäure, 11-Keto-ß-boswelliaäsure und Carnosolsäure auf die Stressregulation und die Stoffwechseländerungen dieses Bakteriums. Außerdem beinhaltet die Arbeit einen Abgleich, inwieweit andere antimikrobiell wirksame Substanzen die regulierten Proteine der drei untersuchten Naturstoffe bei Bacillus subtilis 168 beeinflussen können. Aus den erhobenen Daten konnte dann ein Wirkmechanismus für 18β- Glycyrrhetinsäure und Carnosolsäure postuliert werden. 18β-Glycyrrhetinsäure greift wahrscheinlich am membranständigen Lipid-II-System der bakteriellen Zellwand an, da wie bei den Antibiotika Vancomycin, Nisin, Daptomycin, Ramoplanin und Bacitracin das Zellwandstress-Regulationsnetzwerk (LiaRS-System) als Warnsystem aktiviert wird. Außerdem konnte für 18β-Glycyrrhetinsäure und Carnosolsäure eine Theorie für Ihre PBSHemmung entwickelt werden. Beide beeinflussen gegebenenfalls die GTPase-Aktivität des Translationsfaktors EF-G durch Interaktion mit dem ribosomalen Bindezentrum für Translationsfaktoren. Dieses Bindungszentrum ist neben der dekodierenden Region auf der ribosomalen 30S-Untereinheit und dem Peptidyltransferase-Zentrum auf der ribosomalen 50S-Untereinheit eine extrem wichtige Region für die Funktionalität eines Ribosoms. Fusidinsäure greift auch an dieser Stelle an, indem es den EF-G-GDP-Ribosomkomplex stabilisiert. Natürlich wären weitere Studien nötig, z. B. eine Röntgenstrukturanalyse der Ribosomen von 18β-Glycyrrhetinsäure und Carnosolsäure behandelten Bakterien, um die Bindestelle für die PBS-Hemmung zweifelsfrei zu bestätigen.

Doctoral Thesis

Refine

Author

Year of publication

Document Type

Language

Keywords

Institute

207 search hits