Refine
Year of publication
- 2019 (98) (remove)
Document Type
- Article (68)
- Doctoral Thesis (25)
- Preprint (5)
Language
- English (98) (remove)
Has Fulltext
- yes (98)
Is part of the Bibliography
- no (98) (remove)
Keywords
- phylogeny (3)
- species richness (3)
- Adhesion (2)
- Archaea (2)
- Cell differentiation (2)
- Haloferax volcanii (2)
- NMR spectroscopy (2)
- bioenergetics (2)
- brain metastases (2)
- environmental DNA (2)
Institute
- Biowissenschaften (98) (remove)
Ataxin-2 (human gene symbol ATXN2) acts during stress responses, modulating mRNA translation and nutrient metabolism. Ataxin-2 knockout mice exhibit progressive obesity, dyslipidemia, and insulin resistance. Conversely, the progressive ATXN2 gain of function due to the fact of polyglutamine (polyQ) expansions leads to a dominantly inherited neurodegenerative process named spinocerebellar ataxia type 2 (SCA2) with early adipose tissue loss and late muscle atrophy. We tried to understand lipid dysregulation in a SCA2 patient brain and in an authentic mouse model. Thin layer chromatography of a patient cerebellum was compared to the lipid metabolome of Atxn2-CAG100-Knockin (KIN) mouse spinocerebellar tissue. The human pathology caused deficits of sulfatide, galactosylceramide, cholesterol, C22/24-sphingomyelin, and gangliosides GM1a/GD1b despite quite normal levels of C18-sphingomyelin. Cerebellum and spinal cord from the KIN mouse showed a consistent decrease of various ceramides with a significant elevation of sphingosine in the more severely affected spinal cord. Deficiency of C24/26-sphingomyelins contrasted with excess C18/20-sphingomyelin. Spinocerebellar expression profiling revealed consistent reductions of CERS protein isoforms, Sptlc2 and Smpd3, but upregulation of Cers2 mRNA, as prominent anomalies in the ceramide–sphingosine metabolism. Reduction of Asah2 mRNA correlated to deficient S1P levels. In addition, downregulations for the elongase Elovl1, Elovl4, Elovl5 mRNAs and ELOVL4 protein explain the deficit of very long-chain sphingomyelin. Reduced ASMase protein levels correlated to the accumulation of long-chain sphingomyelin. Overall, a deficit of myelin lipids was prominent in SCA2 nervous tissue at prefinal stage and not compensated by transcriptional adaptation of several metabolic enzymes. Myelination is controlled by mTORC1 signals; thus, our human and murine observations are in agreement with the known role of ATXN2 yeast, nematode, and mouse orthologs as mTORC1 inhibitors and autophagy promoters.
Aim: To provide distribution information and preliminary conservation assessments for all species of the pineapple family (Bromeliaceae), one of the most diverse and ecologically important plant groups of the American tropics—a global biodiversity hotspot. Furthermore, we aim to analyse patterns of diversity, endemism and the conservation status of the Bromeliaceae on the continental level in the light of their evolutionary history.
Location: The Americas.
Methods: We compiled a dataset of occurrence records for 3,272 bromeliad species (93.4% of the family) and modelled their geographic distribution using either climate‐based species distribution models, convex hulls or geographic buffers dependent on the number of occurrences available. We then combined this data with information on taxonomy and used the ConR software for a preliminary assessment of the conservation status of all species following Criterion B of the International Union for the Conservation of Nature (IUCN).
Results: Our results stress the Atlantic Forest in eastern Brazil, the Andean slopes, Central America and the Guiana Highlands as centres of bromeliad diversity and endemism. Phylogenetically ancient subfamilies of bromeliads are centred in the Guiana highlands whereas the large radiations of the group spread across different habitats and large geographic area. A total of 81% of the evaluated bromeliad species are Possibly Threatened with extinction. We provide range polygons for 3,272 species, as well as newly georeferenced point localities for 911 species in the novel “bromeliad” r package, together with functions to generate diversity maps for individual taxonomic or functional groups.
Main conclusions: Diversity centres of the Bromeliaceae agreed with macroecological patterns of other plant and animal groups, but show some particular patterns related to the evolutionary origin of the family, especially ancient dispersal corridors. A staggering 2/3rds of Bromeliaceae species might be threatened with extinction, especially so in tropical rain forests, raising concerns about the conservation of the family and bromeliad‐dependent animal species.
A new cyclic lipopeptide, phototemtide A (1), was isolated from Escherichia coli expressing the biosynthetic gene cluster pttABC from Photorhabdus temperata Meg1. The structure of 1 was elucidated by HR‐ESI‐MS and NMR experiments. The absolute configurations of amino acids and 3‐hydroxyoctanoic acid in 1 were determined by using the advanced Marfey's method and comparison after total synthesis of 1, respectively. Additionally, three new minor derivatives, phototemtides B–D (2–4), were identified by detailed HPLC–MS analysis. Phototemtide A (1) showed weak antiprotozoal activity against Plasmodium falciparum, with an IC50 value of 9.8 μm. The biosynthesis of phototemtides A–D (1–4) was also proposed.
Biodiversity is threatened worldwide because of ongoing habitat loss and fragmentation, overexploitation, pollution, biological invasions and a changing global climate. Due to the major importance of biological diversity for modern human living, efficient conservation and management strategies are required to protect endangered habitats and species. For this purpose, ambitious multilateral agreements on regional and global scale were declared to prevent biodiversity loss.
Efficient biomonitoring methods are required to adequately implement these biodiversity conventions. Species monitoring as a core activity in biodiversity research is an effective tool to assess the status of species and trends within habitats. Data collection can be obtained with visual, electronic or genetic surveys. Still, these monitoring programs can be expensive, laborious and inefficient for accurate species assessments. New techniques based on environmental DNA (eDNA) allows for the detection of DNA traces in environmental samples (soil, sediment, water and air samples) and open up new possibilities for species monitoring. The eDNA methodology enables detection of single species in a qualitative (presence/absence) or (semi-) quantitative way. eDNA metabarcoding approaches can be an effective community structure assessment method.
This thesis, located at the interface between experimental and applied research, illustrates the suitability of the eDNA methodology in applied biomonitoring using the example of the water-borne crayfish plague pathogen Aphanomyces astaci (Schikora 1906). The obtained results provide new insights into A. astaci sporulation dynamics in natural water courses. A. astaci sporulation is influenced by seasonal variation of water temperatures and life history traits (molting, activity, mating) of infected crayfish. The results also imply a high transmission risk of A. astaci spores during the complete year. This thesis compares two eDNA methods, which are successfully and consistently detecting A. astaci spores. Each approach is suitable for different biomonitoring tasks due to the method-specific requirements. The obtained results also reveal spatial variation in A. astaci occurance in the tested water bodies. A. astaci spore estimates are positively correlated with population density and pathogen loads of captured A. astaci- positive crayfish. eDNA results show a downstream zoospore transport of up to three kilometres distance from a distribution hot spot area of A. astaci-infected crayfish. The eDNA methodology is helpful in gaining reliable information on A. astaci occurrence in large water bodies. This information is urgently needed to initiate efficient management decisions for the conservation of European crayfish species.
eDNA-based methods such as for A. astaci detection are a useful complement for conventional monitoring and should have a strong impact on conservation policy. eDNA methodology will be helpful for the practical implementation of the main aims of key conservation agreements and thus will make important contributions to biodiversity protection.
The balance between peripheral T-cell reactivity and self-tolerance is achieved during T-cell development in the thymus. During thymic development T-cell sensitivity to self-antigens drives their selection and is dynamically regulated via multiple mechanisms. The microRNA miR-181 has been implicated as a post-transcriptional modulator of T-cell sensitivity due to its suppression of several negative regulators of T-cell receptor (TCR) signalling. By tuning developing thymocytes to be exquisitely sensitive to signals transduced through their TCR, miR-181 has previously been shown to be essential for the agonist selection of invariant natural killer T (iNKT) cells. In this thesis, we extend the knowledge on the developmental control elicited by miR-181 in the thymus to cover mucosal-associated invariant T (MAIT), regulatory T (Treg) and conventional T cells. Using a germline knock-out of mature miR-181a/b-1, we could show that all agonist-selected T cell populations are critically dependant on miR-181a/b-1, noting an absence of MAIT and a reduction of thymic-derived Tregs in miR-181a/b-1-deficient mice. Furthermore, we provided evidence that miR-181 is also required for the negative selection of conventional T cells, with miR-181a/b-1-deficient mice presenting with a near absence of apoptotic markers. Therefore, by heightening the TCR sensitivity to self-antigens, miR-181a/b-1 aids in the detection and subsequent elimination of autoreactive thymocytes. In addition, we characterised the murine primary miR-181a/b-1 transcript, which surprisingly has a transcription start site (TSS) more than 70kB upstream of the mature miRNA sequences. This shall hopefully lead to future research aimed at deciphering the upstream regulatory networks that promote dynamic miR-181a/b-1 expression in developing thymocytes. In summary, we present here a single miRNA subset with broad implications in T-cell development. In disagreement with central dogma that individual miRNAs generally provide weak to moderate modulation over cellular pathways, we showcase the miR-181 family subset, miR-181a/b-1, as an efficient regulator of TCR signalling pathways. Due to the sensitive nature of TCR signalling during thymocyte selection, miR-181a/b-1 elicits gross effects, which are essential for agonist selection, central tolerance and generating a functional self-tolerant peripheral T cell repertoire. We therefore conclude that miR-181a/b-1 is fundamental in T-cell development as a whole.
Numerous cell–cell and cell–matrix interactions within the bone marrow microenvironment enable the controlled lifelong self-renewal and progeny of hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs). On the cellular level, this highly mutual interaction is granted by cell adhesion molecules (CAMs) integrating differentiation, proliferation, and pro-survival signals from the surrounding microenvironment to the inner cell. However, cell–cell and cell–matrix interactions are also critically involved during malignant transformation of hematopoietic stem/progenitor cells. It has become increasingly apparent that leukemia-associated gene products, such as activated tyrosine kinases and fusion proteins resulting from chromosomal translocations, directly regulate the activation status of adhesion molecules, thereby directing the leukemic phenotype. These observations imply that interference with adhesion molecule function represents a promising treatment strategy to target pre-leukemic and leukemic lesions within the bone marrow niche. Focusing on myeloid leukemia, we provide a current overview of the mechanisms by which leukemogenic gene products hijack control of cellular adhesion to subsequently disturb normal hematopoiesis and promote leukemia development.
Synthesis and SAR of the antistaphylococcal natural product nematophin from Xenorhabdus nematophila
(2019)
The repeated and improper use of antibiotics had led to an increased number of multiresistant bacteria. Therefore, new lead structures are needed. Here, the synthesis and an expanded structure–activity relationship of the simple and antistaphylococcal amide nematophin from Xenorhabdus nematophila and synthetic derivatives are described. Moreover, the synthesis of intrinsic fluorescent derivatives, incorporating azaindole moieties was achieved for the first time.
The ability to vocalize is ubiquitous in vertebrates, but neural networks leading to vocalization production remain poorly understood. Here we performed simultaneous, large scale, neuronal recordings in the frontal cortex and dorsal striatum (caudate nucleus) during the production of echolocation and non-echolocation calls in bats. This approach allows to assess the general aspects underlying vocalization production in mammals and the unique evolutionary adaptations of bat echolocation. Our findings show that distinct intra-areal brain rhythms in the beta (12-30 Hz) and gamma (30-80 Hz) bands of the local field potential can be used to predict the bats’ vocal output and that phase locking between spikes and field potentials occurs prior vocalization production. Moreover, the fronto-striatal network is differentially coupled in the theta-band during the production of echolocation and non-echolocation calls. Overall, our results present evidence for fronto-striatal network oscillations in motor action prediction in mammals.
Durch natürliche Selektion werden Funktionen, die dem Überleben und dem Fortpflanzungserfolg eines Organismus dienen, optimiert. Da die Struktur eines Organs dessen Funktion und umgekehrt die Funktion eines Organs dessen Struktur bestimmt, kann durch das Studium der Morphologie die Funktionsweise von Organen verstanden werden. Trotz des umfangreichen Wissens über die Struktur von Nervensystemen sowohl auf mikro- als auch auf makroskopischer Ebene, ist es weiterhin unklar, wie Bewusstsein und ein kohärentes Abbild der Umwelt im Gehirn erzeugt werden. Der Grund hierfür ist vor allem die gewaltige Komplexität neuronaler Netzwerke, die unmöglich geistig erfasst werden können. Eine Möglichkeit, das Gehirn ohne das detaillierte Wissen über all seine Bestandteile zu verstehen, bietet das Studium von Optimierungsprinzipien und deren Anwendung in theoretischen Modellen. So wie eingangs erwähnt die Funktion von Organen durch natürliche Selektion optimiert wird, sollte auch die Funktion neuronaler Netzwerke optimiert werden und neuronale Netzwerke sollten entsprechend solcher Optimierungsprinzipien aufgebaut sein. Ein wichtiges Prinzip, das essenziell für die Effizienz neuronaler Netzwerke ist, ist die Minimierung der Verbindungslänge zwischen Neuronen. Basierend auf diesem Prinzip wurde im Rahmen dieser Dissertation eine algorithmische Methode etabliert, die es ermöglicht Vorhersagen der relativen Position von Neuronen anhand ihrer Verbindungen zu treffen. Diese neuronale Platzierungsmethode beruht darauf, dass Neuronen mit ähnlicher Verbindungsnachbarschaft näher zueinander platziert werden als zu Neuronen mit weniger ähnlichen Verbindungsnachbarn, wodurch die durchschnittliche Verbindungslänge minimiert wird. Nach der Etablierung dieser Methode, wurde diese benutzt um Modelle zu erstellen, die es ermöglichen die Entstehung neuronaler Karten und kortikaler Faltungen im Zusammenhang mit der Konnektivität und der Anzahl der Neuronen zu untersuchen.
Neuronale Karten sind geordnete Muster auf der Oberfläche des Kortex, die durch die präferierte Aktivität einzelner Neuronen in Antwort auf Stimuli einer Modalität beobachtet werden können. Im visuellen Kortex existieren sogar mehrere Karten, je nachdem welche Qualität visueller Stimuli man betrachtet. Abhängig von der Präferenz für einen Sehwinkel, ein stimuliertes Auge oder der Orientierung eines Balken-Stimulus, können retinotopische Karten, Karten mit streifenartigen Mustern oder Karten mit sogenannten „Pinwheel“-Strukturen beobachtet werden. Pinwheels sind periodische Strukturen, die sichtbar werden indem man die Orientierungspräferenz von Neuronen für die spezifische Orientierung eines Balken-Stimulus mit der entsprechenden Farbe des Farbkreises visualisiert. Da diese Strukturen eine Ähnlichkeit mit bunten Windrädern haben, werde sie als Pinwheels bezeichnet. Die in dieser Dissertation erstellten Modelle sagen vorher, dass die Entstehung strukturierter neuronaler Karten im Allgemeinen von der Anzahl der Neuronen abhängt. In der Tat könnte diese Abhängigkeit auch für neuronale Karten im Kortex gelten. Während strukturierte Karten im visuellen Kortex in verschiedenen Säugerordnungen wie Primaten, Karnivoren und Huftieren existieren, sind sie in kleinen Nagern mit weniger Neuronen nicht vorhanden, trotz ähnlicher Verbindungsspezifizität. Folglich müssen Unterschiede in der Struktur neuronaler Karten im Kortex nicht zwangsläufig mit einer unterschiedlichen Funktionsweise zusammenhängen, sondern könnten auch durch allgemeine Optimierungsprinzipien beim Aufbau neuronaler Netzwerke bedingt werden. Eine weitere Gemeinsamkeit zwischen verschiedenen Säugetierordnungen ist, dass die relative Dichte der Pinwheels ziemlich genau bei der Zahl Pi liegt. Entsprechend der Ergebnisse dieser Dissertation könnte dies dadurch erklärt werden, dass für neuronale Karten ähnlicher Struktur die Anzahl der Neuronen pro Pinwheel relativ konstant ist. Unterschiede in der räumlichen Dichte der Pinwheels könnten dann einfach durch Unterschiede in der Dichte der Neuronen erklärt werden.
Neben den Modellen für neuronale Karten wurde im Rahmen dieser Dissertation auch ein Modell kortikaler Faltungen mit derselben neuronalen Platzierungsmethode erstellt. Die Existenz kortikaler Faltungen wird gemeinhin damit erklärt, dass der Kortex ohne Faltungen wegen seiner verhältnismäßig großen Oberfläche nicht in den Schädel gepackt werden könnte. Allerdings haben Experimente gezeigt, dass die Faltungen nicht durch eine Restriktion des wachsenden Kortex an der Schädeloberfläche entstehen, da auch mit mehr Platz für die Expansion des Kortex die gleichen Faltungsmuster exprimiert werden. Interessanterweise entstehen die kortikalen Faltungen erst, wenn die Proliferation der Neuronen während der Entwicklung größtenteils abgeschlossen ist und die Neuronen anfangen ihre Verbindungen auszubilden. Um kortikale Faltungen basierend auf der Konnektivität zwischen Neuronen im Modell vorherzusagen, genügt es das allgemeine Muster einer starken lokalen, aber schwachen globalen Konnektivität zwischen Neuronen nachzubilden. Abhängig von Variationen dieser Konnektivität, der Anzahl der kortikalen Kolumnen und der Neuronenanzahl innerhalb dieser Kolumnen, können im Modell viele Eigenschaften kortikaler Faltungsmuster in Säugetieren vorhergesagt werden. Ähnlich wie in Säugetieren ist der Faltungsgrad der vom Modell vorhergesagt wird von dem Verhältnis zwischen Parametern, die die Größe und Dicke des Kortex beschreiben, abhängig. Dementsprechend werden mehr und mehr Faltungen mit steigender Anzahl der Kolumnen, aber gleicher Anzahl von Neuronen pro Kolumne vorhergesagt. Wie in Säugetieren entstehen dabei auch die größeren primären Faltungen zuerst bevor es innerhalb der größeren Faltungen zu kleineren Faltungen höherer Ordnung kommt. Neben der Abhängigkeit des Faltungsgrads von der Größe des Kortex können Variationen in der Konnektivität erklären, wie es einerseits zu stereotypischen Faltungsmustern kommen kann, aber andererseits auch warum der Faltungsgrad zwischen verschiedenen Säugerordnungen unterschiedlich mit der Größe des Kortex skaliert. Letztlich könnten pathologische Veränderungen der Konnektivität zu den entsprechenden Änderungen im Faltungsmuster führen.
Insgesamt wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass mittels einfacher Prinzipien, die die Verbindung zwischen Neuronen und deren relative Position zueinander beschreiben, komplexe neuroanatomische Strukturen vorhergesagt werden können. Da mit derselben Methode zur neuronalen Platzierung sowohl neuronale Karten als auch kortikalen Faltungen, also sehr unterschiedliche Strukturen vorhergesagt werden konnten, stellt sich die Frage, ob diese Strukturen durch einen gemeinsamen biologischen Mechanismus entstehen. Neuronale Zugkräfte sind ein möglicher Mechanismus, der die Entstehung kortikaler Faltungen erklären könnte. Auch wenn es eher unwahrscheinlich ist, dass die Entstehung neuronaler Karten von Zugkräften zwischen Neuronen abhängt, kann es nicht vollständig ausgeschlossen werden. Ob solche Kräfte an der Selbstorganisation neuronaler Netzwerke beteiligt sein könnten, ist eine interessante Fragestellung für zukünftige empirische Studien.
Acinetobacter baumannii is a Gram-negative pathogen that causes a multitude of nosocomial infections. The Acinetobacter trimeric autotransporter adhesin (Ata) belongs to the superfamily of trimeric autotransporter adhesins which are important virulence factors in many Gram-negative species. Phylogenetic profiling revealed that ata is present in 78% of all sequenced A. baumannii isolates but only in 2% of the closely related species A. calcoaceticus and A. pittii. Employing a markerless ata deletion mutant of A. baumannii ATCC 19606 we show that adhesion to and invasion into human endothelial and epithelial cells depend on Ata. Infection of primary human umbilical cord vein endothelial cells (HUVECs) with A. baumannii led to the secretion of interleukin (IL)-6 and IL-8 in a time- and Ata-dependent manner. Furthermore, infection of HUVECs by WT A. baumannii was associated with higher rates of apoptosis via activation of caspases-3 and caspase-7, but not necrosis, in comparison to ∆ata. Ata deletion mutants were furthermore attenuated in their ability to kill larvae of Galleria mellonella and to survive in larvae when injected at sublethal doses. This indicates that Ata is an important multifunctional virulence factor in A. baumannii that mediates adhesion and invasion, induces apoptosis and contributes to pathogenicity in vivo.