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Die Rolle des Epstein-Barr-Virus bei der Entstehung des Burkitt-Lymphoms : virale microRNA-Expression und Erkennung viraler Genprodukte durch das angeborene Immunsystem (2012)

Sebastian Grömminger

Das Burkitt Lymphom ist ein aggressives B-Zelllymphom, das in tropischen Regionen Afrikas und in Neu Guinea endemisch auftritt und vor allem bei Kindern vorkommt. Die sporadische Form des Burkitt Lymphoms tritt weltweit in geringerer Häufigkeit auf und betrifft alle Altersschichten. In nahezu allen endemischen Fällen ist das Epstein-Barr Virus in den Tumorzellen nachweisbar, jedoch nur in ca. 20 % der sporadischen Fälle. Der Beitrag von EBV zur Entstehung EBV-positiver Burkitt Lymphome ist seit über 50 Jahren EBV-Forschung ungeklärt. Im Jahr 2004 wurden im Genom des Epstein-Barr Virus eine Reihe von microRNAs entdeckt, die potentiell für die Pathogenese des EBV-positiven Burkitt Lymphoms relevant sein könnten. Da die Expression der viralen microRNAs seither für das Burkitt Lymphom nur unvollständig beschrieben worden sind, wurden sie in dieser Arbeit systematisch analysiert und dadurch ein vollständiges Expressionsprofil erstellt. Es konnte dabei keine Unterscheidung zwischen endemischen und sporadischen Fällen erreicht werden, jedoch wurden hierbei erstmals Fälle identifiziert, die trotz nachgewiesener EBV-Assoziation keine viralen microRNAs enthielten. Neben den viralen microRNAs könnten im Burkitt Lymphom auch die zellulären microRNAs für die Tumorentstehung von Bedeutung sein. Deshalb wurde in dieser Arbeit auch die Expression der zellulären microRNAs aus Burkitt Lymphom-Biopsien charakterisiert. Durch hierarchisches „Clustering“ bildeten sich drei Gruppen, die hauptsächlich durch An- und Abwesenheit von zwei microRNAs (miR21 und miR92a) definiert wurden, denen onkogenes Potential zugeschrieben wird. Die Expressionsmuster der einzelnen Gruppen weisen auf zelluläre Mechanismen der Pathogenese des Burkitt Lymphoms hin. Die genetische Charakteristik des Burkitt Lymphoms ist eine Chromosomentranslokation, welche das Protoonkogen c MYC unter die Kontrolle von regulatorischen Elementen der Immunglobulingene bringt. Durch die somit erhöhte Transkription von c-MYC entfaltet das Genprodukt sein onkogenes Potential. Mutationen im offenen Leserahmen können dieses Potential zusätzlich verstärken. Da c MYC ein pleiotroper Transkriptionsfaktor ist und somit auf eine ganze Reihe zellulärer Prozesse Einfluss hat, bewirkt die Translokation massive Veränderungen in der Zelle. Vorangegangene Untersuchungen der Arbeitsgruppe zeigten, dass die antivirale Interferonantwort durch hohe c MYC-Expression unterdrückt wird. Diese Beobachtung liefert eine mögliche Erklärung für die Immunevasion von Burkitt Lymphom-Zellen, trotz Anwesenheit des EBV-Genoms. In Zelllinien, die aus Burkitt Lymphom-Biopsien generiert wurden, konnte gezeigt werden, dass EBV eine Interferoninduktion auslöst, die durch c-MYC unterdrückt wird. In dieser Arbeit konnte auch gezeigt werden, dass Epstein-Barr-virale Nukleinsäureprodukte durch den zytosolischen Rezeptor RIG-I Interferon induzieren, dieser aber durch die hohe c-MYC-Expression transkriptionell gehemmt wird. Neben RIG-I wurden weitere Rezeptoren und Mediatoren der Interferoninduktionskaskade identifiziert, die ebenfalls transkriptionell von c-MYC unterdrückt werden. Diese Ergebnisse stützen die Hypothese, dass c-MYC durch Unterdrückung der angeborenen Immunität die Immunevasion von Burkitt Lymphom-Zellen ermöglicht.

Cellular models of aging (2012)

Paula Ludovico Heinz D. Osiewacz Vitor Costa William C. Burhans

Revision der Spinnenfamilie Psechridae (Arachnida: Araneae): Biodiversitätsforschung und Phylogenie mithilfe morphologischer und molekularer Methoden (2012)

Steffen Bayer

Die vorliegende, publikationsbasierte Dissertation, bestehend aus den drei Einzelpublikationen Bayer (2011, 2012) und Bayer und Schönhofer (2012), verfolgte das Ziel, die Spinnenfamilie Psechridae zu revidieren. Weiterhin sollten die phylogenetische Position dieser Familie im System der höheren Webspinnen (Araneomorphae) sowie die phylogenetischen Beziehungen der einzelnen Arten innerhalb der beiden Gattungen der Psechridae untersucht werden. In Form von morphologisch-taxonomischen Bearbeitungen wurden die beiden die Psechridae bildenden Gattungen Psechrus und Fecenia revidiert, wobei sämtliches Typus- Material sowie reichhaltiges, weiteres Material eingehend beschrieben, illustriert und diagnostiziert wurde. Hierbei wurden auch intraspezifische Variabilität sowie die Prä- Epigynen subadulter Weibchen, die in taxonomischen Arbeiten bislang nur eine unwesentliche Rolle gespielt haben, beschrieben, illustriert und taxonomisch ausgewertet. Zudem wurden im Rahmen dieser Untersuchungen bereits Überlegungen über mögliche Verwandtschaftsbeziehungen innerhalb der beiden Gattungen angestellt. ...

Paradoxer Schlaf als Parameter zur Messung der Stressbelastung bei Giraffen (Giraffa camelopardalis) (2012)

Florian Sicks

Das Wohlbefinden von Tieren zu schützen ist im Grundgesetz der Bundesrepublik Deutschland festgeschrieben. Das Wohlbefinden eines Tieres wissenschaftlich zu bewerten ist jedoch eine bislang ungelöste Herausforderung. Die Biologie nähert sich dem Problem, subjektive Empfindungen eines Tieres objektiv darzustellen, vorrangig über die Messung der Stressbelastung. Die Stressantwort eines Organismus setzt sich allgemein aus einer Kombination von vier Systemen zusammen: einer Verhaltensreaktion, einer Antwort des vegetativen Nervensystems, einer neuroendokrinen Antwort und einer Immunantwort. Der in Zoos am häufigsten untersuchte Parameter zur Messung der Stressbelastung ist die Analyse der Cortisolmetaboliten-Konzentration im Kot der Tiere. Da jedoch nicht in jeder Stresssituation das „Stresshormon“ Cortisol ausgeschüttet wird, ist es für eine exakte Bewertung der Stressbelastung notwendig, weitere Systeme der Stressantwort wie beispielsweise das Verhalten zu erfassen. Die Chronoethologie verfolgt diesen Ansatz, indem sie Änderungen des Zeitmusters im Verhalten eines Tieres als Antwort auf Veränderungen in der Umwelt oder eines endogenen Faktors erfasst und diese nach Kriterien der Befindlichkeit bewertet. Hier könnte zukünftig das Schlafverhalten eine herausragende Stellung einnehmen, da es von allen vier Stressantwortsystemen beeinflusst wird. Zudem wird aus der medizinischen Schlafforschung berichtet, dass sich insbesondere die Dauer, die ein Organismus im Paradoxen Schlaf (PS) verbringt, durch Stress verändert. Dennoch fand das Schlafverhalten zur Messung der Stressbelastung bei Zoo- und Wildtieren bislang kaum Beachtung. Ziel dieser Arbeit war es daher, die Anwendbarkeit des PS als Parameter zur Messung der Stressbelastung bei Zoo- und Wildtieren zu erforschen, um letztlich die Beurteilung des Wohlbefindens von Tieren weiter zu objektivieren. Aufgrund ihrer einzigartigen Schlafstellung während des PS sowie ihrer hohen Sensibilität gegenüber Umweltveränderungen wurde die Giraffe (Giraffa camelopardalis) als Modelltier für diesen non-invasiven Forschungsansatz gewählt. Im Rahmen der Arbeit wurde in 645 Nächten das Schlafverhalten von 17 Giraffen unterschiedlichen Alters und Geschlechts beobachtet und analysiert. Um stressbedingte Veränderungen im PS-Muster erkennen zu können, wurden die Giraffen zunächst unter „Normalbedingungen“ beobachtet, um hieraus Referenzwerte zu generieren. Anschließend wurden unterschiedliche als stressintensiv einzustufende Situationen wie Nahrungsmangel, Transport, Veränderungen in der Herdenstruktur, Auswirkungen einer Geburt auf das Muttertier sowie verschiedene singuläre Ereignisse hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf das PS-Muster der Giraffen untersucht und den Referenzwerten gegenübergestellt. Um die Methode der Schlafbeobachtung als Parameter der Stressbelastung zu validieren, wurde zusätzlich ein bei Wiederkäuern etablierter, bereits genannter Stress-Parameter eingesetzt: die Messung der Cortisolmetaboliten-Konzentration im Kot mit Hilfe eines Enzymimmunoassays. Diese Methode wurde hier erstmalig an Giraffen angewendet. Durchschnittlich hielt eine Giraffe unter Normalbedingungen 27 Minuten pro Nacht paradoxen Schlaf. Dabei war die nächtliche PS-Dauer in hohem Maße vom Alter abhängig. Während juvenile Giraffen im Mittel 63 Minuten PS pro Nacht aufwiesen, verbrachten gealterte Giraffen nur 4,5 Minuten pro Nacht in der PS-Stellung. Infolge eines Stressors veränderte sich die PS-Dauer der Tiere: So zeigten alle vier transportierten Giraffen in den ersten Nächten nach ihrem Transport keinen PS oder stark reduzierte PS-Zeiten. Parallel erhöhte sich nach dem Transport die Cortisolmetaboliten-Konzentration im Kot aller Giraffen für mehrere Tage. Auch die untersuchten Veränderungen in der Herdenstruktur hatten in den meisten Fällen signifikante Veränderungen der PS-Dauer zur Folge. Die stärkste im Rahmen dieser Arbeit beobachtete Veränderung des Schlafverhaltens bewirkte der Tod eines Giraffenbullen: Die adulte Giraffenkuh hielt in der Folge für eine Dauer von 21 Tagen keinen paradoxen Schlaf mehr. Ihre Cortisolmetaboliten-Konzentration im Kot stieg nach dem Tod des Bullen hingegen nicht an. Die beobachteten Giraffenmütter zeigten nach der Geburt ihrer jeweiligen Jungtiere ebenfalls eine reduzierte PS-Dauer. Hingegen hatten neugeborene Giraffen, die an Nahrungsmangel litten und innerhalb weniger Tage verstarben, eine höchst signifikant längere PS-Dauer als gleichalte Jungtiere, die überlebten. Während bei Nahrungsknappheit eine erhöhte PS-Dauer helfen kann Energie zu sparen, ist eine Reduktion der PS-Dauer als Resultat erhöhter Aufmerksamkeit zu interpretieren, wie sie im Zuge der Feindvermeidung in Stress-Situationen sinnvoll ist. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die PS-Dauer im Gegensatz zur Cortisolmetaboliten-Konzentration von allen beobachteten Stressoren beeinflusst wurde. Dabei veränderte sich die PS-Dauer in Abhängigkeit des jeweiligen Stressors graduell unterschiedlich, was Rückschlüsse auf die Intensität des Stressors ermöglicht. Der PS ist infolge dieser Ergebnisse hervorragend als Parameter zur Messung der Stressbelastung bei Giraffen geeignet. Die Analyse des PS kann dabei helfen, die Auswirkungen von subjektiv als stressintensiv oder stressarm eingestuften Situationen auf das Wohlbefinden eines Tieres objektiv zu bewerten. Darüber hinaus ermöglicht die kontinuierliche Überwachung des PS-Musters, z.B. mit Hilfe moderner Videosoftware, Beeinträchtigungen des Wohlbefindens, wie sie beispielsweise durch Unterernährung, Verletzung oder Krankheit hervorgerufen werden, frühzeitig zu erkennen, was ein zeitnahes Eingreifen zum Wohle des Tieres möglich macht.

Hydrogen-bonded networks along and bifurcation of the E-pathway in quinol:fumarate reductase (2012)

Elena Herzog Wei Gu Hanno D. Juhnke Alexander H. Haas Werner Mäntele Jörg Simon Volkhard Helms C. Roy D. Lancaster

The E-pathway of transmembrane proton transfer has been demonstrated previously to be essential for catalysis by the diheme-containing quinol:fumarate reductase (QFR) of Wolinella succinogenes. Two constituents of this pathway, Glu-C180 and heme b(D) ring C (b(D)-C-) propionate, have been validated experimentally. Here, we identify further constituents of the E-pathway by analysis of molecular dynamics simulations. The redox state of heme groups has a crucial effect on the connectivity patterns of mobile internal water molecules that can transiently support proton transfer from the b(D)-C-propionate to Glu-C180. The short H-bonding paths formed in the reduced states can lead to high proton conduction rates and thus provide a plausible explanation for the required opening of the E-pathway in reduced QFR. We found evidence that the b(D)-C-propionate group is the previously postulated branching point connecting proton transfer to the E-pathway from the quinol-oxidation site via interactions with the heme b(D) ligand His-C44. An essential functional role of His-C44 is supported experimentally by site-directed mutagenesis resulting in its replacement with Glu. Although the H44E variant enzyme retains both heme groups, it is unable to catalyze quinol oxidation. All results obtained are relevant to the QFR enzymes from the human pathogens Campylobacter jejuni and Helicobacter pylori.

Identification and isolation of insecticidal oxazoles from Pseudomonas spp. (2012)

Florian Grundmann Veronika Dill Andrea Dowling Aunchalee Thanwisai Edna Bode Narisara Chantratita Richard ffrench-Constant Helge Björn Bode

Two new and five known oxazoles were identified from two different Pseudomonas strains in addition to the known pyrones pseudopyronine A and B. Labeling experiments confirmed their structures and gave initial evidence for a novel biosynthesis pathway of these natural oxazoles. In order to confirm their structure, they were synthesized, which also allowed tests of their bioactivity. Additionally, the bioactivities of the synthesis intermediates were also investigated revealing interesting biological activities for several compounds despite their overall simple structures.

Novel strategies to improve co-fermentation of pentoses with D-glucose by recombinant yeast strains in lignocellulosic hydrolysates (2012)

Mislav Oreb Heiko Dietz Alexander Farwick Eckhard Boles

Economically feasible production of second-generation biofuels requires efficient co-fermentation of pentose and hexose sugars in lignocellulosic hydrolysates under very harsh conditions. Baker’s yeast is an excellent, traditionally used ethanol producer but is naturally not able to utilize pentoses. This is due to the lack of pentose-specific transporter proteins and enzymatic reactions. Thus, natural yeast strains must be modified by genetic engineering. Although the construction of various recombinant yeast strains able to ferment pentose sugars has been described during the last two decades, their rates of pentose utilization is still significantly lower than D-glucose fermentation. Moreover, pentoses are only fermented after D-glucose is exhausted, resulting in an uneconomical increase in the fermentation time. In this addendum, we discuss novel approaches to improve utilization of pentoses by development of specific transporters and substrate channeling in enzyme cascades. Addendum to: T Subtil, E Boles. Competition between pentoses and glucose during uptake and catabolism in recombinant Saccharomyces cerevisiae. Biotechnol Biofuels 2012; 5: 14 PMID: 22424089 DOI: 10.1186/1754-6834-5-14

Application of amniotic fluid stem cells in basic science and tissue regeneration (2012)

Petra Klemmt

Human CLPP reverts the longevity phenotype of a fungal ClpP deletion strain (2013)

Fabian Fischer Andrea Weil Andrea Hamann Heinz D. Osiewacz

Mitochondrial maintenance crucially depends on the quality control of proteins by various chaperones, proteases and repair enzymes. While most of the involved components have been studied in some detail, little is known on the biological role of the CLPXP protease complex located in the mitochondrial matrix. Here we show that deletion of PaClpP, encoding the CLP protease proteolytic subunit CLPP, leads to an unexpected healthy phenotype and increased lifespan of the fungal ageing model organism Podospora anserina. This phenotype can be reverted by expression of human ClpP in the fungal deletion background, demonstrating functional conservation of human and fungal CLPP. Our results show that the biological role of eukaryotic CLP proteases can be studied in an experimentally accessible model organism.

The Janthinobacterium sp. HH01 genome encodes a homologue of the V. cholerae CqsA and L. pneumophila LqsA autoinducer synthases (2013)

Claudia Hornung Anja Poehlein Frederike S. Haack Martina Schmidt Katja Dierking Andrea Pohlen Hinrich Schulenburg Melanie Blokesch Laure Plener Kirsten Jung Andreas Bonge Ines Krohn-Molt Christian Utpatel Gabriele Timmermann Eva Spieck Andreas Pommerening-Röser Edna Bode Helge Björn Bode Rolf Daniel Christel Schmeisser Wolfgang R. Streit

Janthinobacteria commonly form biofilms on eukaryotic hosts and are known to synthesize antibacterial and antifungal compounds. Janthinobacterium sp. HH01 was recently isolated from an aquatic environment and its genome sequence was established. The genome consists of a single chromosome and reveals a size of 7.10 Mb, being the largest janthinobacterial genome so far known. Approximately 80% of the 5,980 coding sequences (CDSs) present in the HH01 genome could be assigned putative functions. The genome encodes a wealth of secretory functions and several large clusters for polyketide biosynthesis. HH01 also encodes a remarkable number of proteins involved in resistance to drugs or heavy metals. Interestingly, the genome of HH01 apparently lacks the N-acylhomoserine lactone (AHL)-dependent signaling system and the AI-2-dependent quorum sensing regulatory circuit. Instead it encodes a homologue of the Legionella- and Vibrio-like autoinducer (lqsA/cqsA) synthase gene which we designated jqsA. The jqsA gene is linked to a cognate sensor kinase (jqsS) which is flanked by the response regulator jqsR. Here we show that a jqsA deletion has strong impact on the violacein biosynthesis in Janthinobacterium sp. HH01 and that a jqsA deletion mutant can be functionally complemented with the V. cholerae cqsA and the L. pneumophila lqsA genes.

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