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An important goal is to identify the direct activation domain (AD)-interacting components of the transcriptional machinery within the context of native complexes. Toward this end, we first demonstrate that the multisubunit TFIID, SAGA, mediator, and Swi/Snf coactivator complexes from transcriptionally competent whole-cell yeast extracts were all capable of specifically interacting with the prototypic acidic ADs of Gal4 and VP16. We then used hexahistidine tags as genetically introduced activation domain-localized cross-linking receptors. In combination with immunological reagents against all subunits of TFIID and SAGA, we systematically identified the direct AD-interacting subunits within the AD-TFIID and AD-SAGA coactivator complexes enriched from whole-cell extracts and confirmed these results using purified TFIID and partially purified SAGA. Both ADs directly cross-linked to TBP and to a subset of TFIID and SAGA subunits that carry histone-fold motifs.
Die Transkription vieler Gene wird über den Acetylierungsgrad der Histone reguliert. Entsprechend erweiterte die Entdeckung von Histondeacetylase-Inhibitoren das Verständnis um Transkriptions-Repressoren und ihre Rolle in der Pathogenese beträchtlich. Zur Zeit stehen die Modifikationen der Histondeacetylasen (HDACs) sowie die biologischen Rollen der verschiedenen HDAC-Isoenzyme im Zentrum intensiver Forschungsarbeiten.
In der vorliegenden Arbeit wurde anhand verschiedener Zelllinien und mit murinem Primärmaterial nachgewiesen, dass das gut verträgliche Antiepileptikum Valproinsäure (VPA) ein potenter HDAC-Inhibitor ist. Dies zeigt sich daran, dass VPA in vivo die durch HDACs vermittelte transkriptionelle Repression aufhebt und zur Akkumulation hyperacetylierter Histone führt. In vitro Enzymassays weisen darauf hin, dass VPA selbst und nicht ein hypothetischer Metabolit die Histondeacetylasen hemmt. Darüber hinaus wurde mit Bindungs- und Kompetitionsstudien festgestellt, dass eine Interaktion von VPA mit dem katalytischen Zentrum der HDACs stattfindet.
Weitere Analysen zeigten, dass VPA bevorzugt Klasse I HDACs hemmt. Durch dieses Merkmal einer erhöhten Spezifität bei gleichzeitig guter Bioverfügbarkeit definiert VPA eine neue Klasse von HDAC-Inhibitoren. Hieraus ergeben sich Hinweise auf strukturelle Anforderungen, die ein HDAC-Inhibitor erfüllen muß, um spezifischer und weniger toxisch als konventionelle Chemotherapeutika zu wirken. Außerdem eröffnete das neu entdeckte pharmakologische Wirkungsspektrum von VPA auf HDACs Erkenntnisse um zusätzliche therapeutische Einsatzmöglichkeiten dieses etablierten Arzneimittels. Bereits jetzt wird VPA in klinischen Studien an Patienten mit Krebs verabreicht.
HDAC-Inhibitoren gelten als potentielle Medikamente für die Therapie maligner Neoplasien. Deshalb besteht großes Interesse an den molekularen Mechanismen, mit denen Substanzen dieser Wirkstoffklasse das Wachstum transformierter Zellen in vitro und in vivo hemmen. In den humanen Melanomzelllinien SK-Mel-37 und Mz-Mel-19 bewirken klinisch relevante VPA-Dosen eine zeit- und dosisabhängige Akkumulation von Zellzyklusinhibitoren und hyperacetylierten Histonen, morphologische Veränderungen und eine verringerte Proliferationsrate. Die verminderte Proliferation wird von einem veränderten Zellzyklusprofil und Apoptose unter Beteiligung sowohl der extrinsisch als auch der intrinsisch bedingten Caspase-Kaskade begleitet. Dies manifestiert sich in der Spaltung der Caspasen 3, 8 und 9, einer Schädigung der Mitochondrien, der apoptotischen PARP-Spaltung, einem Abbau der genomischen DNA und einer Inaktivierung des GFP-Proteins.
Diese Analysen in Melanomzellen sprechen dafür, dass die weitgehend selektive Wirkung von VPA auf Klasse I HDACs der Mechanismus ist, mit dem diese Substanz das Wachstum bestimmter Tumorzellen hemmt. Durch Genexpressions-Analysen konnten außerdem neue Modelle zum Einfluss von VPA auf solide Tumoren postuliert werden. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Expression und Induzierbarkeit der Zellzyklusregulatoren p21WAF/CIP1 und p27Kip1 und des latent cytoplasmatischen Transkriptionsfaktors Stat1 Biomarker für die Sensitivität von Melanomzellen gegenüber HDAC-Inhibitoren sind. Im Einklang hiermit wird die proapoptotische Wirkung von VPA durch das Cytokin Interferon α und den S-Phase-Inhibitor Hydroxyharnstoff deutlich gesteigert. Diese Ergebnisse sprechen für den Einsatz von VPA in tierexperimentellen und klinischen Studien.
Aufgrund der Schlüsselrolle der HDACs für die physiologische und aberrante Genexpression ist es wichtig, die Mechanismen ihrer Regulation zu kennen. In der vorliegenden Arbeit wurde anhand zahlreicher kultivierter Zelllinien und mittels eines Mausmodells gezeigt, dass therapeutisch einsetzbare VPA-Dosen neben der Hemmung enzymatischer Aktivität auch zu einer isoenzymspezifischen Verringerung der Klasse I Histondeacetylase HDAC2 führen. Als Ursache hierfür konnten eine verstärkte Poly-Ubiquitinylierung und ein proteasomaler Abbau ermittelt werden. Gleichzeitig wurden die Beteiligung etlicher Proteasen und eine veränderte Synthese oder Prozessierung der HDAC2-mRNA als Mechanismen ausgeschlossen.
Expressionsanalysen identifizierten die E2 Ubiquitinkonjugase Ubc8 als von HDAC-Inhibitoren induziertes Gen. Mittels transienter Überexpression („Gain-of-Function“) und siRNA-Experimenten („Loss-of-Function“) konnte dieses Gen als limitierender Faktor des HDAC2-Umsatzes in vivo erkannt werden. Weiterhin wurde gezeigt, dass die E3 Ubiquitinligase RLIM spezifisch mit HDAC2 interagiert. Die Expression von RLIM beziehungsweise seine enzymatische Funktion beeinflusst die HDAC2-Konzentration in vivo. Hierbei kann VPA klar von dem HDACInhibitor Trichostatin A (TSA) abgegrenzt werden. Dieser hemmt ein breites Spektrum an HDACs und induziert Ubc8, führt aber gleichzeitig zu einem proteasomal vermittelten Abbau des RLIM-Proteins. Analysen mit überexprimiertem RLIM zeigten, dass TSA aufgrund dieses Mechanismus nicht in der Lage ist, den Abbau von HDAC2 zu induzieren. Somit ist im Rahmen dieser Arbeit die Ubiquitinylierungs-Maschinerie für HDAC2 charakterisiert worden. Hierdurch sind neue Aspekte zum Zusammenspiel zwischen dem Ubiquitin-Proteasom-System und der Transkriptionsrepression nachgewiesen worden.
Isoenzymspezifische HDAC-Inhibitoren können zur Aufklärung der Funktion einzelner Histondeacetylasen beitragen, insbesondere wenn Knock-Out-Studien zu aufwendig oder aufgrund embryonaler Letalität nicht durchführbar sind. Die Wichtigkeit dieser Analysen wird gerade bei HDAC2 deutlich, da diese Histondeacetylase in vielen soliden und hämatologischen Tumoren überexprimiert ist, und ihre Deregulation möglicherweise zur Krebsentstehung beiträgt. Die in der vorliegenden Arbeit identifizierte Regulation dieses HDAC-Isoenzyms könnte Hinweise auf den Ablauf eines malignen Transformationsprozesses geben. Darüber hinaus zeigt der nachgewiesene Regulationsmechanismus Erfordernisse und potentielle Zielstrukturen einer pharmakologischen Intervention auf. Schließlich könnten die Selektivität von VPA für Klasse I HDACs zusammen mit der Spezifität für HDAC2 die Gründe für die geringen Nebenwirkungen der VPA-Behandlung bei gleichzeitigem Auftreten antitumoraler Effekte sein.
Nisin-producing Lactococcus lactis strains show a high degree of resistance to the action of nisin, which is based upon expression of the self-protection (immunity) genes nisI, nisF, nisE, and nisG. Different combinations of nisin immunity genes were integrated into the chromosome of a nisin-sensitive Bacillus subtilis host strain under the control of an inducible promoter. For the recipient strain, the highest level of acquired nisin tolerance was achieved after coordinated expression of all four nisin immunity genes. But either the lipoprotein NisI or the ABC transporter-homologous system NisFEG, respectively, were also able to protect the Bacillus host cells. The acquired immunity was specific to nisin and provided no tolerance to subtilin, a closely related lantibiotic. Quantitative in vivo peptide release assays demonstrated that NisFEG diminished the quantity of cell-associated nisin, providing evidence that one role of NisFEG is to transport nisin from the membrane into the extracellular space. NisI solubilized from B. subtilis membrane vesicles and recombinant hexahistidine-tagged NisI from Escherichia coli interacted specifically with nisin and not with subtilin. This suggests a function of NisI as a nisin-intercepting protein.
Physiological conditions which lead to changes in total carotenoid content in tomato plantlets were identified. Carotenoid levels were found to increase after the onset of a dark period during a normal 24h cycle. This rapid initial increase is followed by a steady decrease in carotenoid content throughout the night. A decrease in the expression of several carotenogenic genes, namely pds, zds (carotenoid desaturases) and ptox (plastid terminal oxidase), was observed following the removal of the light (when carotenoid content is at its highest). An increase in gene expression was observed before the return to light for pds and zds (when carotenoid levels were at their lowest), or following the return to light for ptox. The phytoene desaturation inhibitor norflurazon leads to a decrease coloured carotenoid content and, in the light, this correlated with pds and zds gene induction. In the dark, norflurazon treatment led to only a weak decrease in carotenoid content and only a small increase in pds and zds gene expression. The striking absence of phytoene accumulation under norflurazon treatment in the dark suggests a down-regulation of carotenoid formation in darkness. However, prolonged dark conditions, or treatment with photosynthetic inhibitors, surprisingly led to higher carotenoid levels, which correlated with decreased expression of most examined genes. In addition to light, which acts in a complex way on carotenoid accumulation and gene expression, our results are best explained by a regulatory effect of carotenoid levels on the expression of several biosynthetic genes. In addition, monitoring of protein amounts for phytoene desaturase and plastid terminal oxidase (which sometimes do not correlate with gene expression) indicate an even more complex regulatory pattern.
Different interaction modes of two cytochrome-c oxidase soluble CuA fragments with their substrates
(2003)
Cytochrome-c oxidase is the terminal enzyme in the respiratory chains of mitochondria and many bacteria and catalyzes the formation of water by reduction of dioxygen. The first step in the cytochrome oxidase reaction is the bimolecular electron transfer from cytochrome c to the homobinuclear mixed-valence CuA center of subunit II. In Thermus thermophilus a soluble cytochrome c552 acts as the electron donor to ba3 cytochrome-c oxidase, an interaction believed to be mainly hydrophobic. In Paracoccus denitrificans, electrostatic interactions appear to play a major role in the electron transfer process from the membrane-spanning cytochrome c552. In the present study, soluble fragments of the CuA domains and their respective cytochrome c electron donors were analyzed by stopped-flow spectroscopy to further characterize the interaction modes. The forward and the reverse electron transfer reactions were studied as a function of ionic strength and temperature, in all cases yielding monoexponential time-dependent reaction profiles in either direction. From the apparent second-order rate constants, equilibrium constants were calculated, with values of 4.8 and of 0.19, for the T. thermophilus and P. denitrificans c552 and CuA couples, respectively. Ionic strength strongly affects the electron transfer reaction in P. denitrificans indicating that about five charges on the protein interfaces control the interaction, when analyzed according to the Brønsted equation, whereas in the T. thermophilus only 0.5 charges are involved. Overall the results indicate that the soluble CuA domains are excellent models for the initial electron transfer processes in cytochrome-c oxidases.
In südlichen Gefilden wächst so manches, was in Maßen genossen dem Wohlbefinden dient. Dies gilt nicht nur für Heilkräuter und Rotwein, sondern vermutlich auch für andere für den Mittelmeerraum typische Getränke und Speisen. Auf der Suche nach diesen "natürlichen Apotheken" erfassen Wissenschaftler aus Deutschland und sechs weiteren europäischen Ländern derzeit seltene Unterarten bewährter Nutzpflanzen wie Thymian, Olive, Wein und Orange. Sie erforschen, ob die seit Jahrhunderten überlieferten Schutzund Heilungskräfte der Gewächse einer wissenschaftlichen Prüfung standhalten und worauf sie beruhen. Die Frankfurter Gruppe um Prof. Dr. Walter Müller hat dabei insbesondere Stoffe im Blick, die das Nervensystem beeinflussen. Macht mediterrane Kost wirklich geistig fit?
Die Mitteltemperatur hat sich in den vergangenen 120 Jahren um mindestens 0,6 Grad Celsius erhöht. Für die nächsten hundert Jahre wird ein weiterer Anstieg um 1,4 bis 5,8 Grad Celsius prognostiziert. Auswirkungen dieser Erwärmung sind heute schon in der Tierwelt in unseren Regionen zu spüren: So ziehen einige Vogelarten im Winter nicht mehr in ferne Gefilde, sondern überwintern deutlich näher an ihren Brutgebieten. Verschiedene Tier- und Pflanzenarten, wie die Zebraspinne (Argiope bruennichi) oder das Salomonsiegel (Polygonatum odoratum), breiten sich stärker nach Norden aus. Immer häufiger gerät die friedliche Koexistenz von Tieren ins Wanken: Wegen der gestiegenen Temperaturen erwachen die Siebenschläfer deutlich früher aus ihrem Winterschlaf und stellen eine Bedrohung für höhlenbrütende Singvögel dar.
Von Schnecken und Menschen : beeinflussen Umweltchemikalien die Entwicklung und Fortpflanzung?
(2003)
In allen Stämmen des Tierreichs werden Entwicklung und Fortpflanzung durch chemische Botenstoffe gesteuert. Obwohl die generelle Strategie der endokrinen Kontrolle im Laufe der Evolution weitgehend unverändert blieb, bildeten die verschiedenen systematischen Gruppen stark divergierende Hormonsysteme aus. Gleichwohl werden einige Hormonklassen, etwa die zu den Steroiden gehörenden Geschlechtshormone der Wirbeltiere, auch von wirbellosen Tieren, wie den Stachelhäutern (Echinodermaten) oder den Vorderkiemerschnecken (Prosobranchier), als Signalstoffe verwendet.
Wer tagtäglich in die Mikrowelt eintaucht, dem geht weniger die sichtbare Welt verloren, vielmehr zieht er Gewinn aus den Strukturen der sonst unsichtbaren Feinheiten aus belebter und unbelebter Natur . Vielleicht lüftet nicht jede Probe spektakulär Neues, aber es offenbaren sich ständig wechselnde ästhetische Momente im unerschöpflichen Reichtum des Mikrokosmos. In jenem abgedunkelten Raum, in dem sich das Raster-Elektronenmikroskop mit seinen tuckernden Vakuumpumpen befindet, blicken wir auf Fernsehmonitore, die durch den nachleuchtenden Elektronenstrahl eine plastische, sehr tiefenscharfe Gebirgswelt zaubern, eine Kraterlandschaft, scheinbare Phantasiegebilde, die beispielsweise von der Unterseite des Lavendelblattes stammen.