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Die Verarbeitung von Informationen im zentralen Nervensystem beruht auf dem Zusammenspiel von erregender und hemmender Neurotransmission. Die Übertragung von Signalen zwischen Neuronen erfolgt chemisch über die Ausschüttung von Neurotransmittern an spezialisierten Kontaktstellen, den Synapsen. Glyzin und gamma-Aminobuttersäure (GABA) sind die bedeutendsten inhibitorischen Neurotransmitter im zentralen Nervensystem von Säugern, welche Rezeptoren vom Glyzin- (GlyR) und GABAA-Typ (GABAAR) aktivieren. Diese ligandengesteuerten Ionenkanäle sind in postsynaptischen Membranen angereichert und mit intrazellulären Proteinen assoziiert. Die Rekrutierung der Rezeptoren in postsynaptischen Domänen ist ein an das zytoplasmatisch lokalisierte Protein Gephyrin gekoppelter Prozess. So bindet Gephyrin spezifisch an die intrazelluläre Domäne der beta-Untereinheit des GlyR (GlyR beta) und bildet für die Verankerung des Rezeptors ein gerüstartiges Netzwerk unterhalb der synaptischen Membran. Die gezielte Inaktivierung des Gephyrin-Gens führt in Mäusen zu einem postnatal letalen Phänotyp und zu dem Verlust der synaptischen Anreicherung des GlyR und bestimmter GABAA-Rezeptoren auf zellulärer Ebene. Gephyrin ist ein 93 kDa großes Protein, das nicht nur im zentralen Nervensystem (ZNS), sondern auch in anderen Organen wie Leber und Niere exprimiert wird, in denen es an der Synthese des Molybdän-Kofaktors von Oxido-Reduktasen beteiligt ist. Das Gephyrin-Protein wird durch 30 Exons codiert, von denen zehn als sogenannte Kassetten alternativ gespleißt werden können. Die bestuntersuchte Spleißvariante besitzt 736 Aminosäuren und ist in eine N- und eine C-terminale Domäne (Aminosäuren 1-181 bzw. 318-736) sowie eine zentrale Linker-Domäne unterteilt. Die N- und die C-terminalen Bereiche von Gephyrin sind den Proteinen MogA und MoeA aus E. coli homolog und werden daher auch als G-Domäne (N-terminal) bzw. E-Domäne (C-terminal) bezeichnet. In kristallographischen Untersuchungen wurde gezeigt, dass die G- und E-Domänen zur Tri- bzw. Dimerisierung befähigt sind. Diese speziellen Oligomerisierungseigenschaften der beiden Gephyrindomänen bilden wahrscheinlich die Grundlage für die Entstehung von Gephyrin-Clustern sowie eines hexagonalen Gephyrin-Gerüstes. Dieses Gerüst stellt den Verknüpfungspunkt zwischen Rezeptoren und dem Zytoskelett dar und ermöglicht somit die effiziente Clusterbildung und die zielgerichtete Anordnung einer großen Anzahl inhibitorischer Rezeptoren. In der vorliegenden Arbeit sollten die Rolle dieser beiden Domänen bei der Bildung membranassoziierter Gephyrinaggregate und die molekularen Mechanismen der Clusterbildung des Gephyrinmoleküls untersucht werden. Zu diesem Zweck wurden durch zielgerichtete Mutagenese unterschiedliche Gephyrin-Mutanten hergestellt, um die Fähigkeit der Oligomerisierung der G- und E-Domäne gezielt zu modifizieren. Dadurch sollte die Bedeutung der Oligomerisierung hinsichtlich der Aggregat- bzw. Clusterbildung untersucht werden. Außerdem sollten die Wechselwirkungen zwischen Gephyrin und anderen Proteinen und deren Einfluss auf die synaptische Lokalisation analysiert werden. Für diese Untersuchungen wurden auf der Basis von Röntgenstruktur-Daten spezifische Aminosäurereste an den bei der Oligomerisierung beteiligten Kontaktstellen ausgetauscht. In der G-Domäne wurden zu diesem Zweck vier separate Aminosäuren des Trimer-Interface durch Arginin ersetzt (GephRRRR). Analog hierzu wurden in der EDomäne einzelne Aminosäuren durch Arginin bzw. Glutamat substituiert (GephRER), um dadurch eine Dimersierung zu verhindern. Für die Kassette C5’ wird angenommen, dass deren Vorhandensein die Interaktion zwischen Gephyrin und GlyR beeinträchtigt, wodurch GlyR aus GABAergenen Synapsen ausgeschlossen wird. Daher wurde der Einfluss dieser Gephyrin-Spleißvariante (GephC5’), die zu einer Peptidinsertion innerhalb der G-Domäne führt, und einer Gephyrin-Mutante (Gephmut), die den Verlust der Wechselwirkung mit dem GlyR bedingt, auf die Aggregatbildung von Gephyrinoligomeren untersucht. Bei dem Konstrukt Gephmut wurden, basierend auf Daten von Röntgenstrukturuntersuchungen, neun Aminosäuren (713-721) am Cterminalen Ende der E-Domäne durch den homologen Bereich des bakteriellen MoeA Proteins aus E. coli ersetzt. Zunächst wurden die einzelnen isolierten Domänen mittels Gelfiltration hinsichtlich ihres Oligomerisierungsverhaltens untersucht. Die Mutationen wurden hierzu in verkürzte Proteine eingeführt, bei denen nur die G- bzw. die E-Domäne exprimiert wurden. Diese Konstrukte wurden daher als GRRRR, GC5’ bzw. ERER und Emut bezeichnet. Bei diesen zeigte sich, dass die G-Domäne des Gephyrin-Wildtyps zu trimeren Proteinkomplexen oligomerisiert. Im Gegensatz hierzu war die Mutante GRRRR nicht in der Lage, Trimere zu bilden. Das Einfügen der C5’-Kassette führte ebenfalls zu einer Störung der Trimerisierung. Gelfiltrationsexperimente mit der E-Domäne ergaben, dass die mutierte Domäne ERER, im Gegensatz zum Wildtyp-Konstrukt, keine Dimere ausbildet. Bisherige Studien haben jedoch gezeigt, dass das Emut Polypeptid zur Dimerisierung befähigt ist. Das Oligomerisierungsverhalten des kompletten Gephyrin-Proteins wurde mittels blauer nativer Gelelektrophorese (BN-PAGE) analysiert. Für die hier beschriebenen Untersuchungen mit BN-PAGE wurde rekombinantes Gephyrin in Xenopus laevis Oozyten heterolog exprimiert. Die Analyse ergab, dass Wildtyp Gephyrin nativ als Hexamer vorliegt, welches durch ansteigende Konzentrationen des Detergenzes Natriumdodecylsulfat (SDS) in Trimere, Dimere und Monomere zerfällt. Sowohl GephRRRR und GephC5’ liegen nativ fast ausschließlich als Dimere vor, während GephRER nur trimere Aggregate formt. Die entsprechende Doppelmutante mit Mutationen in Gund E-Domäne war wie erwartet nur noch als Monomer existent. Die als Kontrolle eingesetzte Glyzinrezeptor-Bindungsmutante Gephmut bildete, ebenso wie der Wildtyp, Hexamere aus. Daraus folgt, dass die Oligomere der G- bzw E-Domäne Zwischenprodukte der Hexamerbildung darstellen. Die Analyse der Oligomerisierungseigenschaften der Mutanten wurde nachfolgend in humanen embryonalen Nierenzellen (HEK 293T) untersucht. Nach heterologer Expression von Wildtyp Gephyrin in HEK 293T-Zellen formen sich große, charakteristische Gephyrinaggregate. Die Oligomerisierungs-Mutanten GephRRRR, GephRER und GephC5’ aggregierten jedoch nicht, sondern waren diffus im Zytoplasma verteilt. Die wiederum als Kontrolle eingesetzte Bindungsmutante Gephmut hingegen wies eine normale Aggregation auf. Diese Ergebnisse bestätigen die grundlegende Rolle der Oligomerisierung von G- und E- Domänen für die Aggregatbildung von Gephyrin. Mittels GST-Pulldown und Kolokalisationsanalysen in HEK Zellen wurde die Wechselwirkung der Gephyrinmutanten mit der GlyR beta, dem Motorkomplexprotein Dynein light chain-1 (Dlc-1) und dem Guanin-Nukleotid-Austauschfaktor Collybistin (Cb) untersucht. Beide Ansätze weisen darauf hin, dass die Trimerisierung der G-Domäne an der Interaktion von Gephyrin mit Dlc-1 und die Dimerisierung der E-Domäne bei der Bindung an GlyR beta und Cb beteiligt ist. Die Mutante Gephmut zeigte in beiden Fällen einen totalen Verlust der Bindungsfähigkeit sowohl an das GlyR beta Bindungsmotiv als auch an Cb. Der Einbau der C5’ Kassette in Gephyrin scheint jedoch nicht dessen Bindung an den GlyR zu beeinflussen. Für die Analyse der Clusterbildung und des zielgerichteten Transports in Neuronen wurden Wildtyp und mutiertes Gephyrin in hippocampalen und spinalen Primärkulturen der Ratte exprimiert. Zur Überprüfung einer synaptischen Lokalisation wurde Gephyrin gemeinsam mit dem vesikulären inhibitorischen Aminosäure-Transporter (VIAAT), einem präsynaptischen Marker-Protein, detektiert. In beiden Kulturen wies Gephyrin eine punktartige Verteilung in den Neuriten auf und wurde gezielt an Synapsen angereichert. Im Kontrast dazu zeigten alle Oligomerisierungsmutanten, GephRRRR, GephC5’ und GephRER keine Ausbildung von Clustern sondern eine diffuse Verteilung im Zellkörper und in Dendriten. Das Konstrukt Gephmut wies jedoch Clusterbildung und eine punktförmige Verteilung auf. Diese Daten belegen, dass die Oligomerisierung der G- wie auch der E-Domänen für die Clusterbildung und synaptische Lokalisation von Gephyrin unerlässlich ist. Die Wechselwirkung mit dem GlyR und/oder Collybistin ist ebenfalls für die Anreicherung in der Synapse erforderlich, nicht jedoch für die Bildung der Gephyrin-Cluster. Die dargestellten Ergebnisse belegen die Rolle der spezifischen Oligomerisierungseigenschaften der G- und E-Domäne für die Ausbildung des hexagonalen Gephyringerüstes und dessen grundlegende Bedeutung für die spezifische Anreicherung von Gephyrin an inhibitorischen Synapsen in Neuronen.
Ein gen-interner Transkriptionsstart koinzidiert mit einem Rekombinations-Hotspot imhumanen MLL-Gen
(2006)
Chromosomale Veränderungen des humanen MLL-Gens sind für 5-10% der akuten Leu-kämien im Säuglings- und Erwachsenenalter verantwortlich. Davon entstehen wiederum 5-10% der MLL-Aberrationen therapiebedingt. Das auf Bande 11q23 betroffene Gen wird als das Mixed Lineage Leukemia (MLL), Acute Lymphoblastic Leukemia (ALL-1), Human Homo-log of trithorax (HRX) oder als Human Trithorax 1 (Htrx1) bezeichnet. Mittlerweile sind fast 90 cytogenetische Aberrationen der Bande 11q23 bekannt. Die häufigsten Partnergene des MLL sind AF4 (40%), AF9 (27%), sowie ENL (7%), AF6 (6%), ELL (~5%) und AF10 (4%). Die Bruchpunkte von MLL-Translokationen sind nicht einheitlich über das 92 kb große humane MLL-Gen verteilt, sondern liegen alle in einer ca. 8.3 kb großen Bruchpunkts-clusterregion (bcr). Innerhalb dieser Region sind die Bruchpunkte nicht homogen verteilt. Bruchpunkte von Patienten mit de novo-Leukämien und einem Alter von über einem Jahr sind überwiegend in der 5’-Hälfte der bcr, dem sog. Subcluster I (SCI), lokalisiert. Die Bruchpunkte von Patienten mit therapiebedingten Leukämien sowie Säuglingen (<1 Jahr) liegen dagegen vornehmlich in der 3’-Hälfte der bcr, dem sog. Subcluster II (SCII). Da DNA-Doppelstrangbrüche (DNA-DSB) auf zwei unterschiedlichen Chromosomen eine aus-reichende Voraussetzung für das Entstehen chromosomaler Translokationen sind, stellte sich die Frage, ob aufgrund der inhomogenen Verteilung der Translokationsbruchpunkte innerhalb der MLL bcr, bestimmte Bereiche dieser Region für DNA-DSB besonders anfällig sind. Bisher konnte aufgeklärt werden, dass in SCII, durch Apoptose-auslösende Ereignisse oder cytotoxische Agenzien DNA-DSB sehr leicht induziert werden können. Durch Arbeiten in unserer Gruppe konnte im SCII ein ca. 200 bp großer Bereich um die MLL Intron 11/Exon 12-Grenze lokalisiert werden, in dem sich der größte Teil aller Etoposid-induzierten DNA-Doppelstrangbrüche konzentrierte. Dies galt jedoch nicht für eine perfekte TopoisomeraseII Konsensussequenz im Exon 12, die bisher mit einer Vielzahl Therapie-assoziierter Translokationsbruchpunkte in Verbindung gebracht wurde. Dieser Hotspot kolokalisiert außerdem mit einer scaffold/matrix attachment region (S/MAR), sowie einer DNaseI-hypersensitiven Stelle. Des Weiteren fanden sich in der Literatur Hinweise, dass SCII im Gegensatz zu SCI eine verstärkte Histonacetylierung besitzt. Die potentielle Anwesenheit eines Promotors wurde durch Computeranalysen bestätigt. In einer murinen embryonalen Fibroblasten-Zelllinie, die durch die Insertion einer LacZ/Neo-Kassette in Exon 4 des Mll-Gens einen Transkriptionsstop trug, wurden in anschließenden RT-PCR Experimenten sowohl alle Möglichkeiten des alternativen Spleißens ausge-schlossen, als auch der Start eines Transkripts unmittelbar vor Exon 12 detektiert. Zusätzlich durchgeführte Affymetrix-Chip-Experimente bestätigten die Anwesenheit von Mll-Transkript-signalen in der verwendeten Mll k.o.-Zelllinie. In nachfolgenden Versuchen konnte durch eine weitere Kartierung der Transkriptionsstart auf bis zu +/- 15 bp an der Intron 11/Exon12-Grenze festgelegt werden. Um nun die im Mausmodell gewonnenen Resultate auch im humanen System zu überprüfen, wurden die homologen Regionen des murinen und humanen Mll/MLL-Gens vor ein Luci-ferasereportergen kloniert. Durch RT-PCR konnte der gen-interne Transkriptionsstart im SCII des humanen MLL-Gens ebenfalls lokalisiert werden. Damit wurde gezeigt, dass genetische Instabilität und Transkriptionsinitiation im SCII des humanen MLL-Gens kolokalisieren. Durch die anfangs durchgeführten in silico-Analysen in Maus und Mensch, wurden Deletions-mutanten generiert, mit deren Hilfe die Bedeutung der einzelnen Module dieser Promotor-region ermittelt wurde. Hierbei zeigte sich, dass die Anwesenheit von zwei Retroelementen in der menschlichen Sequenz eine Enhancer-Funktion vermittelt. Dagegen zeigte die homologe murine Sequenz, für die keine erhöhte Anfälligkeit für DNA-DSB bekannt ist, nur schwache Promotoraktivität. Da Histon Modifikationen beim Prozess der Transkription eine entscheidende Rolle spielen, wurde auch die nähere Umgebung des gen-internen Promotors in den murinen k.o.-Zellen untersucht. In der k.o.-Linie zeigte die Region stromaufwärts der putativen Transkriptionsinitiation die Signatur von inaktivem Chromatin (di-methyliertes H3 K9), wohingegen stromabwärts von Mll Exon 12 Chromatinstrukturen nachgewiesen wurden, die aktiv transkribiert werden (tri-methyliertes H3K4), und damit einen weiteren Beweis für die besondere Chromatinstruktur dieser Region lieferten. Durch Western-Blot Experimente wurde das Protein, das durch das Transkript des gen-internen Promotors kodiert wird, nachgewiesen. Das verkürzte murine Mll-Protein wird also, wie sein humanes Pendant, proteolytisch durch die Taspase1 gespalten, so dass sich ein MLL-Mini-Komplex ausbilden kann.
G protein-coupled receptors (GPCRs) comprise the largest membrane protein family and play an essential role in signal transduction through the cell membrane. They are currently the targets of approximately 50 % of the pharmaceuticals on the market (Klabunde and Hessler, 2002). However, only one high-resolution GPCR structure has been determined up to now, that of bovine rhodopsin (Palczewski et al., 2000). The GPCR activation and regulation mechanisms are still unknown and other GPCR structures are thus required. MePNet (Membrane Protein Network) was a European consortium dedicated to structural studies of GPCRs. The approach was to produce 100 GPCRs in three expression systems (Escherichia coli, Pichia pastoris and Semliki Forest Virus infected mammalian cells) in order to select at each step of the process (production, solubilization, purification) the constructs that fulfilled quantity and quality (functionality) requirements for crystallization trials. In our team, we screened 38 of the 100 targets in P. pastoris. For each receptor, the clone with the highest production level was identified by dot-blot. The size and homogeneity of each receptor were then analyzed by Western-blot. The human adenosine A2A receptor showed a well-defined and pronounced single band and was thus selected for further characterization. The adenosine A2A receptor is a GPCR mainly localized in the central nervous system and, as it antagonizes dopaminergic activity, it has great potential as a drug target for the treatment of Parkinson’s disease. Functional characterization by binding assays with the specific antagonist [3H]-ZM241385 demonstrated a Bmax of 56 +/- 3 pmol/mg i.e. pmol of binder per milligram of total membrane protein, and a KD of 0.40 +/- 0.02 nM. Receptor production was then improved by lowering the induction temperature, decreasing the induction time and adding DMSO to the medium. For large-scale production, fermention reached around 300 g cells (wet weight)/L culture, which provided 43 mg of functional receptor in membranes per liter of culture. Functional solubilization was achieved with dodecyl-β-D-maltoside and the soluble yield was increased to 70-80 % of the membrane content by addition of cholesteryl hemisuccinate and increasing the ionic strength. The receptor was successfully purified via Ni-NTA and monomeric avidin chromatography in the presence of the antagonist ZM241385. This strategy produced a pure, homogeneous and stable receptor preparation with functionality demonstrated by radioligand binding assays. The total receptor yield after purification was routinely around 20 % of the membrane functional receptor content and 2 g of membranes provided 4 mg of pure receptor for crystallization trials. GPCRs are very difficult targets for crystallization, and co-crystallization with antibody fragments has been shown to be a successful method for crystallization of membrane proteins. In order to develop such a tool for the adenosine A2A receptor, a single-chain Fv (scFv) fragment specific to the purified receptor was selected by phage display. The receptor was functionally immobilized on the surface of streptavidin beads and after two rounds of selection, 6 different phages were identified several times. After production in E. coli and purification via Ni-NTA affinity chromatography, 4 out of the 6 scFv fragments were sufficiently enriched to be tested by ELISA. For the ELISA, the receptor was functionally immobilized via the biotinylation domain of the construct in a 96-well streptavidin-coated plate. The antibody fragments binding to the receptor were identified based on interaction with HRP-conjugated protein L. One scFv fragment gave a positive ELISA signal 10 fold above background and titration of the scFv fragment binding to the receptor was specific and saturable. However no complex of scFv fragment and receptor was observed on gel filtration. In order to have a more sensitive detection method, the scFv fragment was labeled with fluorescein: a complex was then observed up on gel filtration but the binding appeared to be non-specific. A pull-down assay with immobilized non-labeled scFv fragment finally confirmed the specificity of the binding, but also the low affinity of the interaction. Affinity maturation of this specific scFv fragment by a random mutagenesis and selection process should improve this parameter in order to obtain an adapted tool for co-crystallization.
Anhand einer osmotischen Auffschlussmethode für B. subtilis konnte ohne Zugabe von Detergenzien erreicht werden, dass die beiden Modifikationsproteine SpaB und SpaC in löslicher Form vorliegen. Demzufolge handelt es sich bei dem Subtilin-Synthetase-Komplex nicht um einen starren membranständigen Komplex, sondern um eine transiente Assoziation der SpaB/C-Proteine mit dem Transportprotein SpaT während der Modifikationsreaktion. Durch Interaktionsstudien mit heterolog produzierten Subtilinpräpropeptid (SubHAHis) konnte eine spezifische Interaktion mit dem löslichen SpaC-Protein gezeigt werden. Komplementationsversuche zeigten, dass der DspaC amyE::spaS-Stamm durch das SpaCsowie das EriC-, jedoch nicht durch das NisC-Protein komplementiert wird. Ebenfalls ist ein C-terminal verkürztes bzw. verlängertes SpaC-Protein nicht in der Lage ist, Subtilin richtig zu modifizieren. Mit Hilfe einer in vitro Mutagenese der ligandierenden Aminosäuren Cystein 303, Cystein 349 und Histidin 350 konnte gezeigt werden, dass das Zink-Ion des SpaC-Proteins an der katalytischen Reaktion beteiligt ist. Beim Ausschalten der Aminosäuren Histidin 212 und Tyrosin 304 konnte ebenfalls ein Ausfall der Subtilinproduktion beobachtet werden. Es wäre denkbar, dass beide Aminosäuren in einer Säure/Base-Reaktion bei der Subtilinmodifikation involviert sein könnten. Die Aminosäure Tryptophan 302 hingegen bildet mit dem C-terminalen ALL-Motiv des Proteins ein hydrophobes Cluster, was eine Rolle beider Elemente in Stabilisation des Reaktionszentrums und Substratbindung nahe legt. Für das SubHAHis konnte gezeigt werden, dass es von der Modifikationsmaschinerie akzeptiert und auch produziert wird, jedoch entsteht ebenfalls ein Heterodimer zwischen dem SubHAHis und den Modifikationsproteinen SpaB und SpaC, an dessen Formation der Hexa-Histidin-Tag maßgeblich beteiligt ist. Eine mögliche Heterodimerformation im Subtilinproduzenten ATCC 6633 konnte unter bestimmten Bedingungen ebenfalls nachgewiesen werden, was auf eine mögliche kovalente Zwischenstufe bei der Lanthioninbrückenbildung hinweist. Des Weiteren konnte durch in vitro Mutagenese-Studien gezeigt werden, dass die katalytische Reaktion des SpaC-Proteins an der Heterodimerformation beteiligt ist. Das SpaC-SubHAHis Heterodimer konnte erfolgreich angereichert und mittels Peptidmassenkartierung eindeutig als kovalentes Heterodimer zwischen den beiden Proteinen identifiziert werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass bei der Modifikation des Subtilinpräpropeptids durch das SpaC-Protein eine transiente kovalente Bindung zwischen dem Präpropeptid und dem SpaCProtein ausgebildet wird. Die Bildung eines möglichen Heterodimers zwischen SpaC und dem Subtilinpräpropeptid konnte ebenfalls unter bestimmten Bedingungen beim Wildtyp nachgewiesen werden. Dieser Befund legt nahe, dass es sich bei der Heterodimerbildung um eine katalytische Zwischenstufe bei der Modifikation des Präpropeptids durch das SpaC handeln könnte, welches durch die Anwesenheit des Hexa-Hisitidin-Tags arretiert wird. Neben dem bekannten Subtilinproduzenten B. subtilis ATCC 6633 konnten weitere Stämme der W23-Untergruppe der Spezies B. subtilis als Subtilinproduzenten identifiziert werden, was impliziert, dass ein Merkmal der W23-Gruppe die Produktion von Subtilin ist und diese als Biomarker dienen könnte. Des Weiteren konnte beobachtet werden, dass ein um die Aminosäuren Glycin und Serin C-terminal verlängertes Subtilin (Subtilin-GS) eine gesteigerte Subtilin-Autoinduktion hervorruft. Durch die Zugabe von Mangan zu einer Subtilin-Produzierenden Kultur konnte ebenfalls gezeigt werden, dass das Mangan alleine einen steigernden Einfluss auf die Induktion des PspaB-Promotors besitzt, während eine gesteigerte Aktivität des PspaS-Promotors nur bei der gleichzeitigen Anwesenheit von Subtilin beobachtet werden konnte. Durch die gezielte Zugabe von Mangan und Subtilin-GS ist es dementsprechend möglich, eine erhöhte Autoinduktion und somit eine erhöhte Produktion an Subtilin zu erreichen.
Die Arbeit stellt einen Beitrag zur Fauna von Rovigno dar. Sie enthält eine kritische Übersicht der in der Adria gefundenen Holothurienarten und einen Bestimmungsschlüssel, der sich hauptsachlich auf äußere Merkmale stützt. Der Bestimmungsschlüssel, die Beschreibung der Arten, sowie die Fundkarten und Abbildungen sollen das Auffinden und genaue Bestimmen der Holothurien ermöglichen. Daran schließen sich einige Bemerkungen über ihr Vorkommen in Abhängigkeit von der Meerestiefe und Bodenbeschaffenheit an. An verschiedenen Stellen sind biologische Notizen eingefügt, die sich auf die Lebensweise und Fortpflanzung (jedoch nicht auf Larvenformen, über die verhältnismäßig wenig bekannt ist) beziehen. Die Angaben über die Fortpflanzungszeit besitzen großes praktisches Interesse, weil neuerdings auch in der Adria einige Holothurienarten (H. tubulosa und polii) zur Herstellung von "Trepang" gefischt werden sollen. Da im Gegensatz zu anderen Meeren die Adria bei großem Artenreichtum sehr individuenarm ist, dürfte durch ungehemmtes Ausfischen in kurzer Zeit die Individuenzahl so stark herabgesetzt sein, daß sich ein Fischen gar nicht mehr lohnt. Es scheint daher notwendig, während der Hauptfortpflanzungszeiten dieser Arten streng durchzuführende Schonzeiten festzulegen. Die Arbeit stützt sich vor allem auf eigene Beobachtungen und Untersuchungen. Die meisten Tiere wurden längere Zeit hindurch in Aquarien gehalten und lebend beobachtet. Die voneinander stark abweichenden Beschreibungen der älteren Untersucher verlangten aber auch ein eingehendes Studium der Holothurien-Literatur der Adria. Die verwendete Literatur ist in dem Literaturverzeichnis aufgeführt.
The North Arnerican species of the genus Cremastocheilus are reviewed. These belong to 5 subgenera, Macropodina, Trinodea, Anatinodia, Mymcotonus, and Cremastocheilus. Taxonomie changes are: She inclusion of Crernastocheilus nitens and C. chapini in the subgenus Cremastocheilus rather than Myrmecotonus. Also Anatinodia is elevated to subgeneric status. A key to the subgenera is provided, as is a key to the species of the 5 subgenera, recognizing that the 35 species in the subgenus Cremastocheilus are in need of revision. A critical review of the host records, geographic distribution, and ecology of the Tribe Crernastocheilini (Family Scarabaeidae. subfamily Cetoniinae) is provided. This contains enormous numbers of new records for both the genera Genuchinus and CremastocheiLus both from the literature and from the extensive field work that is reported here for the first time. A Summary of the host records is presented in tabular form. This table shows the association of all species of Cremastocheilus with ants as adults and the larvae either associated with the vegetable material of the ant nests or with vegetable material in rodent burrows. Genuchinus is shown to be a general predator on soft bodied insects while the other genera of the Cremastocheilini are associated with plants, particularly bromeliads. A detailed study of the external morphology and sexual dimorphism of the genera Genuchinus and Crernastocheilus is presented. All species of Cremastocheilus can be sexed with the naked eye by the difference in the shapes of the abdominal terminal Segments, wherein males have the posterior border of the last ventral abdominal segment either straight or slightly bowed, while females have this border broadly rounded. There are other microscopic sexual differences in the structure of the legs. The rest of the external morphology is also presented, particularly from the point of view of adaptations to either a predaceous or rnyrmecophilous existente. Particularly adapted for predation are the pointed maxillae which are used for piercing prey. Particularly adapted for myrmecophily are the mentum, the maxillae, the generally thick exoskeleton, trichomes on both the anterior and posterior angles of the pronotum, the elytra, and the legs (which are adapted to the nest substrate of the host ant nests. Exocrine glands are described for Genuchinus ineptus and at least 1 species of each of the 5 subgenera of Cremastocheilus. In general, there are no gland cells nor glandular areas in Genuchinuc that are comparable to those of Cremastocheilus. The gland cells and glandular areas are quite extensive andvariable arnong species of Cremastocheilus. The frontal gland of some Cremastocheilus (strongly developed in C. castaneus and the C. canaliculatus species group, but weakly developed in the C. wheeleri species group) is described for the first time. Because these glands are not found in Genuchinus ineptuc, a species with general predatory habits, it is thought that these play a role, as yet unknown, in interactions with ants. The life cycles of the subgenera of Cremastocheilus are described. The general life cycle entails adult beetles eclosing in ant nests during the summer and then undertaking dispersal flights. The adults then enter ant nests and ovenivinter there, eating ant larvae during the Winter. Another dispersal flight occurs in the spring during which the adults mate and enter ant nests again. The females then lay eggs and the adults die. The eggs hatch and the larvae spend 3 instars feeding upon vegetable material in the nests. The lmae then pupate in typical scarabaeine earthen cells made of fecal material and soil. These eclose in the summer and the cycle is repeated. Variation from species to species is largely in the timing. Leaving the nest in late Summer, mating seems to be triggered by rainfall in all the species studied. Mating of C. (Macropodina) beameri takes place in rodent burrows. Males seem attracted to females from a distance but the mechanism of this remains obscure. In the subgenus Trinodia, mating takes place on sandy washes or roadsides where females land. In the subgenus Myrmecotonus, maüng also takes place in sandy areas. In C. (Cremastocheilus) mating takes place on sand bars along rivers in the southeastern U.S. and in sand dunes in northeastern U.S. The femaies dig down into the sand. Males locate these places by some unknown mechanism and then dig down to copulate with the females. Field experiments showed unequivocaily that males dig only into areas occupied by females. No sex-specific Sex attractant glands have been located in females so far. Dispersal to ant nests occurs after mating except for C. (Macropodina) beameri which lays its eggs in the rodent burrows and then probably disperses to ant nests. Beetle activity going in and out of nests was studied using wire hardware cloth screens over entrances to Mynnecocystus nests. The mesh size was such that the ants could move freely in or out but the beetles got stuck by their thoraces. The direction then could be interpreted by the direction in which they got stuck. By this method, C. stathamae was shown to leave nests from 23 June to 1 September with a peak on 6 July, just after the beginning of the summer rains. Beetles entered nests from June 23 to August 3, however 39% entered on July 16, probably pulsed by the leaving time which was correlated with the rains. Life cycle timing: C. (Macropodina) develop in the nests of Wood rats (Neotoma sp.]. Females lay about 40 eggs each. The 3 larval instars to pupation take about 1 month. Pupae are found from late August to weil into September. In other subgenera as well, larvae are found in parts of the nest devoid of ants, The timing is similar in all the subgenera found with ants. Mortality factors: While ants attack Cremastocheilus adults, there is no evidence that they are ever killed by ants nor is there evidence that ants kill larvae nor hard earthen pupae cases which protect the pupae. During dispersal fiights and mating, the adults are exposed to predation and evidence is presented that shows predation by horned toads, spiders, magpies, and tiger beetles. Probably most mortality occurs in the larval and pupd stages where the beetles are attacked by internal parasites and fungus. Further rnortality is caused by limitation of the food supply during the larval stage. Reentering nests: Females of C. (Macropodina) beameri select specific rodent and other burrows, attract males for rnating. and then enter the burrow for oviposition. C. stathamae are carried into the ants nests from as far away as 25ft. The beetles appear to land spontaneously after flying randomly over M. depilis nesting areas. Then the wander about waiting for the ants to carry them into the nests. Cremastocheilus hirsutus fly low over the ground searching for Pogonomyrrnex barbatus nests, land. and move straight for the nest entrances which they enter unhindered. Among all species, the ants frequently eject beetles but the net rnovement is in. Ants frequently attacked Cremastocheilus in laboratory observation nests when they were introduced. These attacks seldom resulted in the death of the beetles and the beetles were eventually ignored. When the beetles entered brood chambers, where they fed upon larvae, they were mostly ignored and even licked assiduously by the ants. A principle defensive behavior by the beetles is feigning death (letisimulation). The beetles give off an unpleasant "dead fish odor when collected in the I field. Experiments show that this substance functions to fend off some predators but further experiments indicated that these substances were ineffective against both ants and kangaroo rats. Experiments with various species of Cremastocheilus adults indicate that the adults eat only ant larvae. The beetles will eat larvae of non-host ants but show preferences for the larvae of their normal hosts. Under the same experimental conditions. Genuchinus ineptus adults will feed on a variety of insect adults and larvae. Field experiments on the function of trichome secretions did not indicate that they function to attract ants at a distance nor are they involved in worker acceptance. Laboratory experiments in which areas with a high concentration of gland cells were presented to ants showed that no ants were attracted. Laboratory introduction of Cremastocheilus hamisii adults into Fomica schau.si nests yielded many interactions including ants licking the anterior pronotal angles, the mentum area where the frontal glands empty and a carina over the eye with a dense pad of short setae. These are areas of concentration of gland cells and these are the first observations of licking by ants in specific sites containing exocrine glands. Radioisotope experiments showed food exchange among ants but never from ants to beetles. Other experiments showed that ants can pick up radioactivity from the beetles without feeding on trichome secretions. Evolutionary pathways: Adult Cremastocheilini probably followed the evolutionary route from adult predation on soft bodied insects to specialized feeding upon ant brood and the subsequent development of the beetle larvae in vegetable material in the ant colonies. Thus Genuchininseptus makes a logical outgroup in that they are general predators probably feeding mostly on Diptera larvae associated with Sotol plants in the field. The rnajor evolutionary step taken by Cremastocheiluswas to specialize on ant brood. Then the species radiated into ant colonies inhabiting southwestem North Arnenca. Most of the ant hosts invaded have quantities of vegetable material in their nests sufficient to support several developing scarab larvae. Host colonies are large, contain accessible brood, and are usually dominant foragers Evidence supports the idea that the species of Cremastocheilus have differentes in behavior and morphology that reflect adaptation to the behavioral ecology of different species of ants rather than different evolutionary levels of integration into ant colonies.
Rhizostomen von Ambon
(1898)
Die im Folgenden behandelten Rhizostomen wurden bei der Insel Ambon (Molukken) im Januar und Februar 1893 von Herrn Prof. R. SEMON gesammelt. Die Sammlung enthält 34 wohl erhaltene Individuen, die sich mit je einer Art auf 8 Genera vertheilen. Davon waren 2, den Polyrhiziden angehörige Gattungen noch nicht bekannt, Cassiopeja und Toxoclytus, letztere bisher nur im Atlantischen und - wenn wir die fragliche Cephea Dubreuillii von Reynaud auch zu Toxoclytus ziehen wollen - irn Indischen Ozean gefunden, sind in je einer neuen Art vertreten. Die umfangreiche, mehrere Originale (zum Theil aus den Museum GODEFPROY) enthaltende Rhizostomensammlung des Zoologischen Instituts in Jena und des Museums für Naturkunde zu Berlin, für deren Benutzung ich Herrn Geh. Rath MÖBIUS und Herrn Dr. W. WELTNER zu grosseln Dank verpflichtet bin, lieferten mir werthvoIles Vergleichsmaterial. Bei der anatomischen und systematischen Vergleichung ging ich in erster Linie auf die grundlegende Monographie der Medusen von HAECKEL zurück, die dessen System und untereinander sich befehdenden Vorschläge von CLAUS und VANHÖFFEN zur Kontrolle jeder einzelnen Bestimmung heranziehend.