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The estimation of the minimum time since death is one of the main applications of forensic entomology. This can be done by calculating the age of the immature stage of necrophagous flies developing on the corpse, which is confined to approximately 2–4 weeks, depending on temperature and species of the first colonizing wave of flies. Adding the age of the adult flies developed on the dead body could extend this time frame up to several weeks when the body is in a building or closed premise. However, the techniques for accurately estimating the age of adult flies are still in their beginning stages or not sufficiently validated. Here we review the current state of the art of analysing the aging of flies by evaluating the ovarian development, the amount of pteridine in the eyes, the degree of wing damage, the modification of their cuticular hydrocarbon patterns, and the increasing number of growth layers in the cuticula. New approaches, including the use of age specific molecular profiles based on the levels of gene and protein expression and the application of near infrared spectroscopy, are introduced, and the forensic relevance of these methods is discussed.
The strictly anaerobic acetogenic bacterium Acetobacterium woodii is metabolically diverse and grows on variety of substrates which includes H2 + CO2, sugars, alcohols and diols. It is unique in producing bacterial microcompartments (BMC) during growth on different substrates such as 1,2-propanediol, 2,3-butanediol, ethanol or fructose. In this study, we analyzed the genetic organization and expression of the BMC genes within the A. woodii genome, the previously described 18 gene pdu cluster as well as four other cluster potentially encoding one or two shell proteins. Expression analysis of respective gene clusters revealed that the pdu gene cluster is highly expressed during growth on 1,2-PD, 2,3-BD, ethanol and ethylene glycol. The promoter region upstream of the pduA gene was identified and used to establish a reporter gene assay based on chloramphenicol acetyl transferase as a reporter protein. The reporter gene assay confirmed the qPCR data and demonstrated that 1,2-PD is superior over ethanol and ethylene glycol as inducer. BMCs were enriched from cells grown on 2,3- BD and 1,2-PD and shown to have typical structure in electron micrographs. Biochemical analyses revealed several of the protein encoded by the pdu cluster to be part of the isolated BMCs. These data demonstrate a very unique situation in A. woodii in which apparently one BMC gene cluster in expressed during growth on different substrates.
Zur genomweiten Genexpressionsanalyse werden Microarray-Experimente verwendet. Ziel dieser Arbeit ist es, Methoden zur Präprozessierung von Microarrays der Firma Affymetrix zu evaluieren und die VSN-Methode für Experimente mit weniger als 1000 Zellen zu verbessern. Bei dieser Technologie wird die Expression jedes Gens durch mehrere Probessets gemessen. Jedes Probeset besteht aus einem Perfect-Match (PM) und einem dazugehörigen Mismatch (MM). Der Expressionswert pro Gen wird durch ein vierstufiges Verfahren aus den einzelnen Probe-Werten berechnet: Hintergrundkorrektur, Normalisierung, PM-Adjustierung und Aggregation. Für jeden dieser Schritte existieren mehrere Algorithmen. Dazu dienten die im affy-Paket des Bioconductor implementierten Methoden MAS5, RMA, VSN und die Methode sRMA von Cope et al. [Cope et al., 2006] in Kombination mit der Methode VSN von Huber et al. [Huber et al., 2002]. Den ersten Teil dieser Arbeit bildet die Reanalyse der Datensätze von Küppers et al. [Küppers et al., 2003] und Piccaluga et al. [Piccaluga et al., 2007] mit der VSN-Methode. Dabei konnte gezeigt werden, dass die VSN-Methode gegenüber Klein et al. [Klein et al., 2001] Vorteile zeigt. Bei beiden Datensätzen wurden zusätzliche Gene gefunden, die für die Pathogenese der jeweiligen Tumorarten wichtig sein können. Einige der zusätzlich gefunden Gene wurden durch andere wissenschaftliche Arbeiten bestätigt. Die Gene, die bisher in keinem Zusammenhang mit der untersuchten Tumorart stehen, sind eine Möglichkeit für die weitere Forschung. Vor allem der Zytokine/Zytokine Signalweg wurde bei beiden Reanalysen als überrepräsentiert erkannt. Da für einige Microarray-Experimente die Anzahl der Zellen und damit die Menge an mRNA nur begrenzt zur Verfügung stehen, müssen die Laborarbeit und die statistischen Analysen angepasst werden. Hierzu werden fünf Methoden für die Präprozessierung untersucht, um zu evaluieren, welche Methode geeignet ist, derartige Expressionsdaten zu verrechnen. Auf Basis eines Testdatensatzes der bereits zur Etablierung des Laborprozesses diente werden Expressionswerte durch empirische Verteilung, Gammaverteilung und ein linear gemischtes Modell simuliert. Die Simulation lässt sich in vier Schritte einteilen: Wahl der Verteilung, Simulation der Expressionsmatrix, Simulation der differentiellen Expression, Sortierung der Probes innerhalb des Probesets. Anschließend werden die fünf Präprozessierungsmethoden mit diesen simulierten Expressionsdaten auf ihre Sensitivität und Spezifität untersucht. Während sich bei den empirisch und gammaverteilt simulierten Expressionsdaten kein eindeutiges Ergebnis abzeichnet, hat sVSN bei den Daten aus dem linear gemischten Modell die größte Sensitivität und die größte Spezifität. Der in dieser Arbeit entwickelte sVSN-Algorithmus wurde zum ersten Mal angewendet und bewertet. Abschließend wird ein Teildatensatz von Brune et al. verwendet und hinsichtlich der fünf Präprozessierungsmethoden untersucht. Die Ergebnisse der sVSN-Methode wird im Detail weiter verfolgt. Die zusätzlich gefunden Gene können durch bereits veröffentlichte Arbeiten bestätigt werden. Letztendlich zeigt sich, dass neuere statistische Methoden (wie das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte sVSN) bei der Analyse von Affymetrix Microarrays einen Vorteil bringen. Die sVSN und sRMA Methoden zeigen Vorteile, da die Probes nach der Normalisierung gewichtet werden, bevor diese aggregiert werden. Die MAS5-Methode schneidet am schlechtesten ab und sollte bei geringen Zellmengen nicht eingesetzt werden. Für die Analyse mit geringer Menge an mRNA müssen weitere Untersuchungen vorgenommen werden, um eine geeignete statistische Methode für die Analyse der Expressionsdaten zu finden.
Anaplastic large cell lymphoma (ALCL) and classical Hodgkin lymphoma (cHL) are lymphomas that contain CD30-expressing tumor cells and have numerous pathological similarities. Whereas ALCL is usually diagnosed at an advanced stage, cHL more frequently presents with localized disease. The aim of the present study was to elucidate the mechanisms underlying the different clinical presentation of ALCL and cHL. Chemokine and chemokine receptor expression were similar in primary ALCL and cHL cases apart from the known overexpression of the chemokines CCL17 and CCL22 in the Hodgkin and Reed-Sternberg (HRS) cells of cHL. Consistent with the overexpression of these chemokines, primary cHL cases encountered a significantly denser T cell microenvironment than ALCL. Additionally to differences in the interaction with their microenvironment, cHL cell lines presented a lower and less efficient intrinsic cell motility than ALCL cell lines, as assessed by time-lapse microscopy in a collagen gel and transwell migration assays. We thus propose that the combination of impaired basal cell motility and differences in the interaction with the microenvironment hamper the dissemination of HRS cells in cHL when compared with the tumor cells of ALCL.
Social insects dominate arthropod communities worldwide due to cooperation and division of labor in their societies. This, however, makes them vulnerable to exploitation by social parasites, such as slave‐making ants. Slave‐making ant workers pillage brood from neighboring nests of related host ant species. After emergence, host workers take over all nonreproductive colony tasks, whereas slavemakers have lost the ability to care for themselves and their offspring. Here, we compared transcriptomes of different developmental stages (larvae, pupae, and adults), castes (queens and workers), and sexes of two related ant species, the slavemaker Temnothorax americanus and its host Temnothorax longispinosus. Our aim was to investigate commonalities and differences in group‐specific transcriptomes, whereupon across‐species differences possibly can be explained by their divergent lifestyles. Larvae and pupae showed the highest similarity between the two species and upregulated genes with enriched functions of translation and chitin metabolism, respectively. Workers commonly upregulated oxidation‐reduction genes, possibly indicative of their active lifestyle. Host workers, but not workers of the slavemaker, upregulated a “social behavior” gene. In slavemaker queens and workers, genes associated with the regulation of transposable elements were upregulated. Queens of both species showed transcriptomic signals of anti‐aging mechanisms, with hosts upregulating various DNA repair pathways and slavemaker queens investing in trehalose metabolism. The transcriptomes of males showed enriched functions for quite general terms realized in different genes and pathways in each species. In summary, the strong interspecific commonalities in larvae, pupae, and workers were reflected in the same enriched Gene Ontology (GO) terms. Less commonalities occurred in the transcriptomes of queens and males, which apparently utilize different pathways to achieve a long life and sperm production, respectively. We found that all analyzed groups in this study show characteristic GO terms, with similar patterns in both species.
Besides transcription, RNA decay accounts for a large proportion of regulated gene expression and is paramount for cellular functions. Classical RNA surveillance pathways, like nonsense-mediated decay (NMD), are also implicated in the turnover of non-mutant transcripts. Whereas numerous protein factors have been assigned to distinct RNA decay pathways, the contribution of long non-coding RNAs (lncRNAs) to RNA turnover remains unknown. Here we identify the lncRNA CALA as a potent regulator of RNA turnover in endothelial cells. We demonstrate that CALA forms cytoplasmic ribonucleoprotein complexes with G3BP1 and regulates endothelial cell functions. A detailed characterization of these G3BP1-positive complexes by mass spectrometry identifies UPF1 and numerous other NMD factors having cytoplasmic G3BP1-association that is CALA-dependent. Importantly, CALA silencing impairs degradation of NMD target transcripts, establishing CALA as a non-coding regulator of RNA steady-state levels in the endothelium.
Die Zellwand von Arabidopsis thaliana enthält große Menge an Hemicellulosen und Pektinen, deren Bestandteile sich hauptsächlich von UDP-Glucuronsäure ableiten. Die Bildung von UDP-Glucuronsäure wird in Pflanzen überwiegend durch die UDP-Glucose Dehydrogenase (UGD) katalysiert, die UDP-Glucose unter der Bildung von NADH in UDP-Glucuronsäure umwandelt. Arabidopsis thaliana besitzt vier UGD-Gene und ein Pseudogen, welche starke Homologien zu Genen anderer bekannter pflanzlicher UDP-Glucose Dehydrogenasen zeigen. Mit Hilfe von Promotor::GUS-Reportergenpflanzen und real time-PCR-Analysen konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die vier UGD-Gene nicht nur in verschiedenen Geweben und zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Morphogenese exprimiert werden, sondern auch in unterschiedlicher Stärke. Dabei scheint jedoch zu jedem Zeitpunkt der Morphogenese, bis auf die Samenentwicklung, eine der vier UGD-Isoformen in Arabidopsis thaliana exprimiert zu werden. Eine biochemische Charakterisierung der verschiedenen Isoformen zeigte einen sehr ähnlichen Km-Wert von ca. 43 µM für NAD+, während sich die Km-Werte für UDP-Glucose deutlich voneinander unterschieden (123 - 335µM). Alle Isoformen unterlagen einer feedback-Hemmung durch UDP-Xylose. Dabei war eine starke Hemmung durch UDP-Xylose korreliert mit einer hohen Affinität zu UDP-Glucose. Neben NAD+ konnten alle untersuchten Isoformen in geringem Maße auch NADP+ als Cofaktor verwenden. Allerdings verringerte sich die Enzymaktivität dadurch um etwa 80%. Alternative Zuckersubstrate konnten dagegen nicht umgesetzt werden. Die biochemischen Unterschiede zwischen den UGD-Isoformen und die differentielle Expression ihrer entsprechenden Genekönnten eine wichtige Rolle bei der Regulation der Zellwandbiosynthese spielen. Denn die irreversible Oxidation von UDP-Glucose zu UDP-Glucuronsäure durch UGD fungiert als eine der Schaltstellen, an welcher der Kohlenstofffluss derpflanzlichen Zelle in Richtung Zellwandbiosynthese gesteuert werden kann. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Analysen von Einfach-oder Doppel-knock out-Mutanten, bei denen durch eine T-DNA-Insertion ein oder zwei UGD-Gene ausgeschaltet waren, zeigte dementsprechend auch eine veränderte Zellwandzusammensetzung bei den Mutanten deltaUGD2, deltaUGD3 und deltaUGD1x deltaUGD4 und eine veränderte Funktion der Stomata bei deltaUGD1x deltaUGD4. Insgesamt waren die Phänotypänderungen gegenüber dem Wildtyp bei der Doppelmutante deltaUGD1x deltaUGD4 wesentlich ausgeprägter als bei den Einfachmutanten, was daran liegen könnte, dass der Ausfall eines UGD-Gens durch ein anderes kompensiert wird. Dafür sprechen auch die Ergebnisse der real time-PCR-Analyse, in der die Expression von UGD1, 2, 3 und 4 in sechs Tage alten Keimlingen des Wildtyps und der knock out-Mutanten untersucht wurde. Dort konnte nachgewiesen werden, dass sich das Ausschalten eines oder mehrerer UGD-Gene auf die Expression der übrigen UGD-Gene auswirkt.
Arabidopsis cell walls contain large amounts of pectins and hemicelluloses, which are predominantly synthesized via the common precursor UDP-glucuronic acid. The major enzyme for the formation of this nucleotide-sugar is UDP-glucose dehydrogenase, catalysing the irreversible oxidation of UDP-glucose into UDP-glucuronic acid. Four functional gene family members and one pseudogene are present in the Arabidopsis genome, and they show distinct tissue-specific expression patterns during plant development. The analyses of reporter gene lines indicate gene expression of UDP-glucose dehydrogenases in growing tissues. The biochemical characterization of the different isoforms shows equal affinities for the cofactor NAD+ (~40 µM) but variable affinities for the substrate UDP-glucose (120–335 µM) and different catalytic constants, suggesting a regulatory role for the different isoforms in carbon partitioning between cell wall formation and sucrose synthesis as the second major UDP-glucose-consuming pathway. UDP-glucose dehydrogenase is feedback inhibited by UDP-xylose. The relatively (compared with a soybean UDP-glucose dehydrogenase) low affinity of the enzymes for the substrate UDP-glucose is paralleled by the weak inhibition of the enzymes by UDP-xylose. The four Arabidopsis UDP-glucose dehydrogenase isoforms oxidize only UDP-glucose as a substrate. Nucleotide-sugars, which are converted by similar enzymes in bacteria, are not accepted as substrates for the Arabidopsis enzymes.
Macrophages respond to the Th2 cytokine IL-4 with elevated expression of arachidonate 15-lipoxygenase (ALOX15). Although IL-4 signaling elicits anti-inflammatory responses, 15-lipoxygenase may either support or inhibit inflammatory processes in a context-dependent manner. AMP-activated protein kinase (AMPK) is a metabolic sensor/regulator that supports an anti-inflammatory macrophage phenotype. How AMPK activation is linked to IL-4-elicited gene signatures remains unexplored. Using primary human macrophages stimulated with IL-4, we observed elevated ALOX15 mRNA and protein expression, which was attenuated by AMPK activation. AMPK activators, e.g. phenformin and aminoimidazole-4-carboxamide 1-β-d-ribofuranoside inhibited IL-4-evoked activation of STAT3 while leaving activation of STAT6 and induction of typical IL-4-responsive genes intact. In addition, phenformin prevented IL-4-induced association of STAT6 and Lys-9 acetylation of histone H3 at the ALOX15 promoter. Activating AMPK abolished cellular production of 15-lipoxygenase arachidonic acid metabolites in IL-4-stimulated macrophages, which was mimicked by ALOX15 knockdown. Finally, pretreatment of macrophages with IL-4 for 48 h increased the mRNA expression of the proinflammatory cytokines IL-6, IL-12, CXCL9, and CXCL10 induced by subsequent stimulation with lipopolysaccharide. This response was attenuated by inhibition of ALOX15 or activation of AMPK during incubation with IL-4. In conclusion, limiting ALOX15 expression by AMPK may promote an anti-inflammatory phenotype of IL-4-stimulated human macrophages.
Alternative splicing (AS) is a major mechanism for gene expression in eukaryotes, increasing proteome diversity but also regulating transcriptome abundance. High temperatures have a strong impact on the splicing profile of many genes and therefore AS is considered as an integral part of heat stress response. While many studies have established a detailed description of the diversity of the RNAome under heat stress in different plant species and stress regimes, little is known on the underlying mechanisms that control this temperature-sensitive process. AS is mainly regulated by the activity of splicing regulators. Changes in the abundance of these proteins through transcription and AS, post-translational modifications and interactions with exonic and intronic cis-elements and core elements of the spliceosomes modulate the outcome of pre-mRNA splicing. As a major part of pre-mRNAs are spliced co-transcriptionally, the chromatin environment along with the RNA polymerase II elongation play a major role in the regulation of pre-mRNA splicing under heat stress conditions. Despite its importance, our understanding on the regulation of heat stress sensitive AS in plants is scarce. In this review, we summarize the current status of knowledge on the regulation of AS in plants under heat stress conditions. We discuss possible implications of different pathways based on results from non-plant systems to provide a perspective for researchers who aim to elucidate the molecular basis of AS under high temperatures.