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Neuronale Repräsentation intrinsischer cochleärer Signale im Colliculus inferior der Wüstenrennmaus
(2008)
Die vorliegende Arbeit untersucht die neuronale Repräsentation von cochleären Verzerrungsprodukten im auditorischen Mittelhirn der Wüstenrennmaus. Die hohe Sensitivität und die gute Frequenzauflösung des Hörorgans der Säugetiere basiert auf einer aktiven mechanischen Verstärkung der schallinduzierten Basilarmembranschwingung im Innenohr. Die äußeren Haarsinneszellen, die während des Transduktionsprozesses zyklisch ihre Länge ändern und dabei zusätzliche Schwingungsenergie in das System zurückführen, sind der zugrunde liegende Motor des aktiven cochleären Verstärkers. Die stark nichtlinearen Eigenschaften dieses Verstärkers führen allerdings bei gleichzeitiger Verstärkung mehrerer Frequenzkomponenten zur Generierung von Kombinationsschwingungen, welche im Ursprungssignal nicht vorhanden sind. Wird das Ohr beispielsweise durch zwei Töne mit den Frequenzen f1 und f2 stimuliert (f1<f2), so entstehen verschiedene Kombinationsschwingungen, deren prominenteste das quadratische (f2-f1) und das cubische (2 f1-f2) Verzerrungsprodukt sind. Diese Verzerrungen des Ursprungssignals breiten sich von ihrem Entstehungsort im Innenohr, dem Überlappungsbereich der Stimuluswanderwellen, im Flüssigkeitsraum der Cochlea aus und werden über das Mittelohr in den Gehörgang übertragen. Im Gehörgang sind sie mit Hilfe eines sensitiven Mikrophons als otoakustische Emissionen (DPOAE - distortion product otoacoustic emissions) messbar. Zusätzlich bilden sie an ihrem Resonanzort auf der Basilarmembran, vergleichbar mit einem externen Stimuluston gleicher Frequenz, eine eigene Wanderwelle aus und aktivieren den Transduktionsprozess. Die neuronalen Korrelate der cochleären Verzerrungsprodukte sind auf verschiedenen Stationen der Hörbahn messbar und cochleäre Verzerrungsprodukte können als separate Töne wahrgenommen werden. In der vorliegenden Arbeit wurden die neuronalen Korrelate und otoakustischen Emissionen von cochleären Verzerrungsprodukten erstmals simultan bestimmt. Durch den direkten Vergleich der neuronalen Aktivität mit der peripheren Emissionsmessung sollen eventuelle zentralnervöse Veränderungen der Repräsentation der cochleären Verzerrungsprodukte untersucht werden. Dazu wurde die elektrische Aktivität von 91 Neuronen des Colliculus inferior der Wüstenrennmaus während der Stimulation durch zwei hochfrequente Stimulustöne gemessen. Die Frequenzen der Stimulustöne waren so gewählt, dass die Frequenz eines, durch sie evozierten Verzerrungsproduktes, mit der charakteristischen Frequenz des jeweiligen Neurons übereinstimmte. In 95 % aller Messungen konnte eine robuste neuronale Aktivität während Zweitonstimulation gemessen werden, die sich auf die Stimulation durch ein spezifisches cochleäres Verzerrungsprodukt zurückführen lässt. Bei einem Teil der Versuche wurden die Verzerrungsprodukte durch direkte intracochleäre Auslöschung mit einem dritten Tonstimulus eindeutig als Quelle der neuronalen Aktivität bestätigt. Für Verzerrungsproduktfrequenzen oberhalb 1,3 kHz lassen sich die Antworten der Neurone im schwellennahen Bereich gut mit den simultan im Gehörgang bestimmten DPOAE-Pegeln erklären, was einen engen Zusammenhang zwischen intracochleärem Verzerrungsproduktpegel und DPOAE-Pegel nahe legt. Bei höheren Stimuluspegeln konnten die maximalen neuronalen Antworten auf den intracochleären Verzerrungsproduktstimulus signifikant von der Einzeltonantwort abweichen, wobei sowohl eine Erhöhung als auch eine Reduktion der Maximalantwort möglich war. Ein inhibitorischer bzw. verstärkender Einfluss der Stimulustöne auf die neuronale Verzerrungsproduktantwort wird als mögliche Ursache der Unterschiede diskutiert. Für Verzerrungsproduktfrequenzen unterhalb 1,3 kHz wurde ein deutlicher Unterschied zwischen dem intracochleären Verzerrungsproduktpegel und dem im Gehörgang gemessenen Emissionspegel deutlich. Ein Teil der getesteten tieffrequenten Neurone antwortete während Zweitonstimulation bereits für Stimuluspegel, die unterhalb der Reintonschwelle des Neurons lagen. Eine frequenzspezifische Verschlechterung der Mittelohrübertragungsleistung bei tiefen Frequenzen wird als mögliche Ursache für die unterschwelligen Antworten der Neurone diskutiert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass cochleäre Verzerrungsprodukte einen substanziellen Anteil an der neuronalen Repräsentation von komplexen Stimuli haben können. Im Besonderen machen die vorgestellten Daten deutlich, dass die neuronalen Repräsentation der Grundfrequenz eines komplexen Klangs wesentlich von cochleären Verzerrungsprodukten beeinflusst sein kann. Dies bedeutet, dass bereits im Innenohr Tonhöheninformation extrahiert werden kann und damit die Relevanz in der Literatur diskutierter neuronaler Mechanismen zur Berechnung von Tonhöhe relativiert wird.
Die Schizophrenie ist eine der wesentlichen psychiatrischen Erkrankungen. Obschon seit langem bekannt, bleibt insbesondere die Schizophrenie trotz zahlreicher und aufwändiger Forschungsansätze hinsichtlich ihrer vielfältigen Erscheinungsmöglichkeiten bislang in ihrem Grunde unverstanden und rätselhaft. Neuere Studien der letzten Jahre lenkten das Interesse u.a. auf die Region des präfrontalen Cortex, dessen Grundfunktionen durch die Schizophrenie besonders alteriert zu sein scheinen. Morphometrische Arbeiten ergaben Hinweise für eine Reduktion des Neuropils in diesem Gebiet. Diesem zugrunde liegend wird eine Reduktion der dendritischen Substanz diskutiert. Diesen Hinweisen für eine Konnektivitätsalteration ist die vorliegende Studie nachgegangen. Es wurde die bislang kaum derartig untersuchte Area 9, als bedeutende und zentrale Region des präfrontalen Cortex, aus einem Kollektiv von 10 Schizophrenen und 8 Kontrollen für jeweils beide Hemisphären präpariert und mittels der Golgi-Methode dargestellt. Der Fokus lag hierbei auf dem basalen Dendritenbaum pyramidaler Neurone der Lamina III und V. Pro Lamina wurden 10 Zellen erfasst und damit pro Fall 40 Zellen (2 Laminae pro Hemisphäre) dargestellt. Insgesamt konnten so 720 Zellen graphisch dargestellt werden (400 Zellen bei Schizophrenen und 320 bei Kontrollen). Der basale Dendritenbaum dieser Zellen wurde morphometrisch mittels der Analyse nach Sholl, der Analyse der Dendritengenerationen und mittels eines Spannbreitenvergleichs ausgewertet. Die Ergebnisse der Sholl-Analyse und der Analyse der Dendritengenerationen bezogen auf die Lamina III beider Hemisphären ergeben eine in den mittleren und späteren Verzweigungsabständen bzw. Generationen nahezu durchgängige Tendenz erhöhter dendritischer Parameter des schizophrenen Kollektivs im Vergleich zu dem der Kontrollen. Statistische Signifikanz erlangt diese Tendenz in Bezug auf die Lamina III der rechten Hemisphäre sowohl in der IV. Generation (p = 0,03) als auch in einem Verzweigungsabstand von 100 μm (p = 0,01). Zudem ergibt sich in dem zusätzlich durchgeführten Spannbreitenvergleich erneut für die Lamina III eine fast durchgehend erhöhte Spannbreite des schizophrenen Kollektivs. In Lamina V dagegen ergibt sich ein weitgehend homogenes Bild beider Kollektive in allen verwandten Analysen. Die Annahme einer Reduktion des Neuropils basierend auf einer Verminderung der dendritischen Substanz im präfrontalen Cortex Schizophrener wird daher durch diese Studie der Lamina III und V der Area 9 und die hierbei angewandten Analysen nicht bestätigt. Dagegen finden sich bezogen auf die Lamina III der Area 9 morphometrisch Hinweise für eine vermehrte dendritische Substanz und eine heterogenere dendritische Architektur im schizophrenen Kollektiv. Diese Beobachtungen können einen wichtigen zusätzlichen Beitrag zu der bei dieser Erkrankung pathogenetisch diskutierten Konnektivitätsalteration darstellen. Als Erklärungsansätze dieser Ergebnisse bieten sich eine Rückbildungsstörung der embryonalen Dendritogenese, ein alterierter Subtyp pyramidaler Neurone der Lamina III oder eine unterschiedliche Ausprägung dieser Befunde bei den verschiedenen Subtypen der Schizophrenie an. Eine definitive Zuordnung der Ergebnisse zu einer der genannten Möglichkeiten ist anhand der Daten dieser Arbeit und des gegenwärtigen Standes der wissenschaftlichen Literatur nicht abschließend möglich. Diese Beobachtungen und die hiermit aufgeworfenen Fragen sind daher im Rahmen zukünftiger Studien zu validieren.
Die vorliegende Arbeit diente der Gewinnung neuer Erkenntnisse über die historische Entwicklung und Typisierung von Fragesätzen. Die Analyse basiert auf Materialien verschiedener indogermanischer Sprachen (Griechisch, Armenisch, Gotisch, Altkirchenslavisch, Altrussisch) sowie einer außerindogermanischen kaukasischen Sprache (Altgeorgisch). Primär wurden Bibeltexte aus dem Alten und Neuen Testament anhand von Faksimileausgaben und elektronischen Textcorpora untersucht. Die Arbeit demonstrierte anhand von über 540 Beispielen, welche Kriterien, graphische oder grammatische Mittel, Fragewortstellung oder Satzgliederfolge, in den überlieferten Texten für die Entschlüsselung von Fragesätzen hilfreich waren. Für jede betrachtete Sprache wurde eine möglichst ausführliche Klassifikation der Hauptfragesatztypen vorgelegt. Ferner gehörte zum Untersuchungsobjekt der Arbeit die in den Fragesätzen implizierte Antworterwartung. Für die weitere Analyse dieser Erscheinung wurden die Fragesätze aufgrund ihrer formalen Kennzeichen für Antworterwartung und Bedeutung eingeteilt. Anhand des übereinzelsprachlichen Vergleiches war es möglich, die spezifischen interrogativen Charakteristika aufzuzeigen, die in den einzelnen Sprachen für die jeweiligen schriftlich fixierten Perioden typisch waren. Wenn relevant, wurden auch Daten aus jüngeren Sprachstufen herangezogen. Die zum Schluss vorgestellte Gegenüberstellung von indogermanischen und kaukasischen Sprachen war erforderlich, um nicht nur genetisch bedingte sprachspezifische Charakteristika von Fragesätzen aufzuzeigen, sondern auch allgemeinsprachliche spezifische Merkmale zu eruieren.
In dieser prospektiven, randomisierten, doppelblinden und plazebo-kontrollierten Studie wurde an einem Kollektiv von 23 Hausstaubmilben-Allergikern (Grad 1° - max. 2° nach WHO/GINA) die entzündungshemmende Wirkung einer 5-wöchigen n-3 PUFA Supplementierung (0,69 g/ Tag) nach niedrig dosierten Allergeninhalationen untersucht. Die Probanden wurden durch Randomisierung entweder auf die Gruppe A (n=12) oder auf die Gruppe B (n=11) verteilt. Gruppe A nahm über einen Zeitraum von 5 Wochen eine Fettsäuremischung aus EPA 450 mg/Tag, DHA 180 mg/Tag, GLA 60 mg/Tag und STA 60 mg/Tag ein. Gruppe B wurde über den gleichen Zeitraum mit einer Kontroll-Fettsäuremischung aus ungesättigten und einfach gesättigten Fettsäuren supplementiert. Nach 3 Wochen wurden die Probanden täglich an 5 aufeinander folgenden Tagen in 2 zusammenhängenden Wochen mit niedrig dosierten Milbenallergenen provoziert. Die Sputuminduktion erfolgte bei den Visiten 1 (V1), 2 (V2) und 12 (V12) jeweils eine Stunde nach den Provokationen, gemäß einer standardisierten, bereits vorbeschriebenen Technik. Blutproben wurden vor der Supplementierung, nach 3 Wochen und nach ein- und zweiwöchiger Allergenprovokation entnommen. Das Sputum wurde nach der Induktion sofort aufbereitet und die ECP-Konzentrationen im Sputumüberstand und in den Serumproben mit Hilfe eines Chemiluminescence-Immunoassay (Biermann, Bad Nauheim, Deutschland) bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass die EPA-Konzentrationen im Plasma und in den Erythrozytenmembranen während der Supplementierung signifikant höhere Werte in der n-3 PUFA-Gruppe aufwiesen, was für eine gute Compliance der Probanden über den gesamten Supplementierungszeitraum spricht. Außerdem war der Prozentsatz an eosinophilen Granulozyten im Sputum nach täglicher Allergenprovokation in der Plazebogruppe tendenziell größer als in der n-3 PUFA Gruppe, die Anstiege der ΔECP-Konzentrationen im Sputum beider Gruppen verfehlten nur knapp die Signifikanzgrenze (p < 0,06 und p < 0,09). Der prozentuale Anteil der Eosinophilen im Serum unter n-3 PUFA Supplementierung war deutlich geringer verglichen mit der Plazebogruppe. Innerhalb der Plazebogruppe kam es bei dem prozentualen Anteil eosinophiler Granulozyten im Serum zu einem signifikanten Anstieg zwischen Visite 2 und Visite 7 (p = 0,002), bzw. zwischen Visite 2 und Visite 12 (p = 0,01). Ebenso kam es innerhalb der n-3 PUFA Gruppe bei dem prozentualen Anteil eosinophiler Granulozyten im Serum zu einem signifikanten Anstieg zwischen Visite 2 und Visite 7 (p = 0,003), bzw. zwischen Visite 2 und Visite 12 (p = 0,02). Beim Vergleich zwischen der Plazebo- und der n-3 PUFA Gruppe fällt ein signifikanter Unterschied bezüglich des prozentualen Anteils der eosinophilen Granulozyten im Serum bei Visite 7 (p = 0,02) und bei Visite 12 (p = 0,04) mit niedrigeren Werten in der n-3 PUFA-Gruppe auf. Verglichen mit der Plazebogruppe waren die ΔECP-Serum-Konzentrationen in der n-3 PUFA Gruppe nach einer Woche Allergeninhalation bei Visite 7 signifikant niedriger (Plazebo: 20,52 ng/ml ± 9,93; n-3 PUFA: -1,68 ng/ml ± 4,36; p < 0,05). Dieser Unterschied war nach 2-wöchiger Allergeninhalation bei Visite 12 immer noch deutlich vorhanden, erreichte aber nicht mehr das Signifikanzniveau (Plazebo: 158,46 ng/ml ± 58,17, n-3 PUFA: 131,63 ng/ml ± 33,66; p >0,05). In beiden Gruppen war jedoch im Verlauf zwischen Visite 7 und Visite 12 ein signifikanter Anstieg der ΔECP-Serum-Konzentrationen im Serum zu verzeichnen. Zusammenfassend kann man sagen, dass die Supplementierung mit n-3 PUFA aufgrund dieser Ergebnisse als eine mögliche Methode zur entzündungshemmenden, nicht medikamentösen Therapie bei Patienten mit leichtgradigem Asthma bronchiale anzusehen ist. Unsere Untersuchung liefert Hinweise, dass eine Reduzierung der bronchialen Entzündungsreaktion mittels einer 5-wöchigen täglichen Nahrungsergänzung mit 0,69 g n-3 PUFA bei Probanden mit allergischem Asthma möglich ist.
Im Rahmen der Arbeit wird empirisch untersucht, welche Reaktionen die Veröffentlichung von Periodenergebnissen als Teil der Unternehmenspublizität am deutschen Kapitalmarkt auslöst, welches die Bestimmungsfaktoren für das Ausmaß der Kapitalmarktreaktionen sind und ob Unternehmen in der Lage sind, durch ihre Publizitätsentscheidungen die Kapitalmarktreaktionen auf die Veröffentlichung von Periodenergebnissen zu beeinflussen. Kapitalmarktreaktionen auf die Veröffentlichung von Periodenergebnissen werden im Rahmen dieser Arbeit anhand von Aktienkursen und Handelsvolumen (Informationsgehalt) sowie anhand von Geld-Brief-Spannen (Informationsasymmetrie) gemessen. Als Ergebnis kann ein erhöhtes Ausmaß an abnormalen Renditen und Handelsvolumen am Tag der Ergebnisankündigung festgestellt werden, was darauf hinweist, dass Ergebnisankündigungen Informationsgehalt besitzen. Weiterhin kann festgestellt werden, dass durch Ergebnisankündigungen anhand von Geld-Brief-Spannen gemessene Informationsasymmetrien sinken. Weiterhin zeigt sich, dass die Kapitalmarktreaktion umso stärker ist, je mehr zusätzliche Informationen zusammen mit dem Periodenergebnis veröffentlicht werden. In diesem Zusammenhang kann auch gezeigt werden, dass sowohl Aktienkurs- und Handelsvolumenreaktionen als auch Geld-Brief-Spannen bei Anwendung international anerkannter Rechnungslegungsgrundsätze größer sind als bei Anwendung handelsrechtlicher Grundsätze. Dabei zeigt sich, dass Aktienkursreaktionen und Geld-Brief-Spannen über den Untersuchungszeitraum, der als Gewöhnungsphase an international anerkannte Rechnungslegungsgrundsätze angesehen werden kann, sinken und das Handelsvolumen steigt. Darüber hinaus kann gezeigt werden, dass die Kapitalmarktreaktion umso geringer ausfällt, je mehr oder je qualitativ hochwertiger die Unternehmenspublizität vor der Ergebnisankündigung ausfällt.
This work presents a contribution to the literature on methods in search of lowdimensional models that yield insight into the equilibrium and kinetic behavior of peptides and small proteins. A deep understanding of various methods for projecting the sampled configurations of molecular dynamics simulations to obtain a low-dimensional free energy landscape is acquired. Furthermore low-dimensional dynamic models for the conformational dynamics of biomolecules in reduced dimensionality are presented. As exemplary systems, mainly short alanine chains are studied. Due to their size they allow for performing long simulations. They are simple, yet nontrivial systems, as due to their flexibility they are rapidly interconverting conformers. Understanding these polypeptide chains in great detail is of considerable interest for getting insight in the process of protein folding. For example, K. Dill et al. conclude in their review [28] about the protein folding problem that "the once intractable Levinthal puzzle now seems to have a very simple answer: a protein can fold quickly and solve its large global optimization puzzle simply through piecewise solutions of smaller component puzzles".
Ziel der vorliegenden Arbeit war die spektroskopische Untersuchung der aromatischen Aminosäuren L-Phenylalanin (Phe), L-Tyrosin (Tyr) und L-Tryptophan (Trp) in der Gasphase. Dabei sollte bei den in der isolierten Gasphase als neutral vorliegenden aromatische Aminosäuren, der Übergang zur Bildung von Zwitterionen mit fortschreitender Solvatisierung untersucht werden. Der Wechsel von einer neutralen Konformation der Aminosäuren hin zum Zwitterion sollte sich mit Hilfe der IR/R2PI-Schwingungsspektroskopie beobachten lassen.Die Untersuchung wurde an dem bereits gut erforschten Niedertemperatursystem Phenol/NH3 begonnen und durch die Hochtemperatursubstanzen der aromatischen Aminosäuren L-Phenylalanin, L-Tyrosin und L-Tryptophan sowie deren Wassercluster erweitert. Aminosäuren besitzen mehrfache Einfachbindungen, um welche sich die Methyl-, Carboxyl- und Aminogruppen relativ frei drehen können. Daraus resultieren in der Potenzialhyperfläche auch mehrere minima; dies bedeutet die Existenz von verschiedenen Konformeren selbst bei tiefen Temperaturen. Durch intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen (H-Bindung) werden die Konformer-Geometrien sehr stark beeinflusst, wobei diese wiederum die intermolekularen Geometrien beeinflussen. Durch die intramolekularen Kräfte sind nicht alle Konformeren zur Ausbildung intermolekularen H-Bindungen fähig, da diese schon durch die intramolekularen H-Bindungen abgesättigt sind. Solche Konformere, die bei den aromatischen Aminosäuren intramolekularen H-Bindungen, der Art COOH-NH2-pi ausbilden, werden als geschlossene Konformere bezeichnet. Bei den offenen Konformeren ist die Carboxylgruppe frei. Für die elektronische Anregung der Aminosäuren und ihren Aggregaten wurde hier die 1C-R2PI-Methode angewendet. Dabei wurden die Moleküle mit einem UV-Photon resonant angeregt und mit einem zweiten, „farbgleichen“ Photon ionisiert. Durch die Auftragung der Anregungswellenlänge gegen die Ionenintensität erhält man ein R2PI-Spektrum. Die charakteristischen Schwingungen der Moleküle wurden durch die IR/R2PI-Methode ermittelt. Bei Einstrahlung auf einer UV-Resonanz wird zunächst ein (konstantes) Ionensignal erhalten. Mit Hilfe eines IR-Laser wird vorher der elektronische schwingungslose Grundzustand depopuliert, dadurch wird immer dann eine Ionensignal-Abschwächung erhalten, wenn eine IR-Resonanz (Schwingungsbande) durchlaufen wird. Durch Auftragung der IR-Wellenzahl gegen die Ionenintensität erhält man IR/R2PI-Spektren. Die eingesetzte IR/R2PI-Spektroskopie erlaubt die Bestimmung der Geometrien von AAA und AAA-(H2O)1,2 Clustern über die Messung der Vibrationsspektren im OH- und NH-Bereich, die dann mit den theoretisch berechneten Spektren (DFT/ MP2) verglichen wurden.
The reggie protein family consists of two homologous members, reggie-1 and reggie-2, also termed flotillin-2 and flotillin-1, respectively, that are ubiquitously expressed and evolutionarily well conserved, suggesting an important but so far ill-defined function. In various cell types, both reggies have been found to be constitutively associated with lipid rafts by means of acylation modifications and oligomerization. Lipid rafts are glycosphingolipid- and cholesterol-rich membrane microdomains which have been implicated in several cellular processes including membrane transport and signal transduction through growth factor receptors. However, the molecular details of these processes are still poorly understood. With the observation that reggies colocalize with activated glycosylphosphatidylinositolanchored proteins (GPI-APs) and Fyn kinase in rafts, a role for these proteins in signaling events has been suggested. In agreement with that, we have previously shown that reggie-1 becomes multiply tyrosine phosphorylated by Src kinases in response to epidermal growth factor (EGF) stimulation, pointing to a function for reggie-1 in growth factor signaling. Furthermore, overexpression of reggie-1 enhances spreading on fibronectin substrate in a tyrosine-dependent manner, thus revealing a role for reggie-1 in regulation of actin cytoskeleton through growth factor receptors. Due to the similarity shared by reggie proteins at amino acid level and to their ability to form hetero-oligomeric complexes, the first aim of this study was to analyze the putative tyrosine phosphorylation of reggie-2 in growth factor stimulated cells. Similarly to reggie-1, reggie-2 was found to be multiply tyrosine phosphorylated by Src kinase and to exist in a molecular complex with Src, with the degree of co-immunoprecipitation dependent on the activity of Src. Recent studies from us have also shown that administration of EGF results in the endocytosis of reggie-1 from the plasma membrane into endosomes, which is in line with a proposed role for reggies in membrane trafficking processes. In order to characterize in detail the endocytic mechanism that mediates the uptake of reggie-1, the dependency of reggie-1 endocytosis on clathrin and dynamin was investigated by means of overexpressing a variant form of Eps15 or a dominant negative form of dynamin-2. In either case the translocation of reggie-1 into endosomes in response to EGF was not affected, and this, together with the results that reggie-1 colocalized with cholera toxin (CTX) but not with transferrin receptor (TfnR) during EGF signaling, indicates that reggie-1 is taken up by means of a dynaminindependent, raft-mediated pathway. These findings are very well in line with recent data showing the pathway of entry into cells of reggie-2 as a raft-mediated endocytic pathway. The endocytosis of reggie-2 in response to EGF was also analyzed in this study. Similarly to reggie-1, in growth factor stimulated cells reggie-2 underwent a translocation from the plasma membrane to endosomes where the two reggies were found to colocalize with each other, suggesting that epidermal growth factor signaling might trigger the endocytosis of reggie oligomers. In addition, colocalization with both the late endosomal marker LAMP3/CD63 and epidermal growth factor receptor (EGFR) was detected, again indicating a function for reggies in signal transduction through growth factor receptors. EGFR has been reported to localize in rafts but, although this association is thought to be functional during EGF stimulation, how segregation of EGFR into rafts modulates its endocytosis and signaling is still under debate. Since reggie oligomers have recently been suggested to define a raft subtype, a further aim of this study was to investigate whether the depletion of reggies by means of small interfering RNA could interfere with the signaling and the trafficking through EGFR. Knockdown of reggie-2 resulted in an altered tyrosine phosphorylation of EGFR in response to EGF, while the degree of ubiquitination was not affected. Less efficient phosphorylation of tyrosine residues, especially of those which are docking sites for Grb2 and Shc, led in turn to an impaired activation of p38 and ERK1/2 MAPKs. Depletion of reggie-2 did not affect the early trafficking of activated EGFRs, with receptors being endocytosed and delivered to late endosomes as efficiently as in control cells. This would be in line with the normal degree of ubiquitination observed for EGFR, as ubiquitin moieties have been proposed to represent sorting tags that ensure receptor endocytosis into early endosomes and its proper intracellular trafficking. On the contrary, after prolonged EGF stimulation, depletion of reggie-2 resulted in a decreased downregulation of both receptor-bound ligand and EGFR, and in their accumulation in intracellular vesicles, thus pointing to a role for reggie-2 in the degradative pathway. Taken all together, these data ndicate that the association of EGFR with reggie-microdomains is likely to be important for proper receptor trafficking and signaling.
In the present work, the photo-protection mechanisms in plants and purple bacteria were investigated experimentally at the molecular level. For this purpose, several spectroscopic methods were combined and applied to elucidate the function of carotenoids, pigments of the photosynthetic apparatus, in photo-protection. The experiments were focused on the mechanisms involved in quenching of singlet and triplet states of the electronically excited (bacterio)chlorophylls. This photosynthetic reaction events occur on an ultrafast time-scale. Measuring such short-lived events, and understanding the underlying principles, demand some of the most precise experiments and exact measurement technologies currently available. This implies certain requirements for the light source used: a suitable wavelength within the absorption band of the sample, sufficient power, and, most importantly, a pulse duration short compared to the studied reaction. Nowadays, we can achieve all this requirements using femtosecond-spectroscopic systems, which produce laser pulses shorter than 100 femtoseconds (fs). Transient absorption spectroscopy provides important information on molecular dynamics interrogating electronic transitions. The technique is based on photochemical generation of transient species with femtoseconds pump pulses and measuring transient absorption changes of the sample using a second, time delayed probe pulse which in this case is a spectrally broad white-light pulse.
Cytochrome c oxidase (CcO), also called Complex IV of the aerobic respiratory chain, is located in the plasma membrane of prokaryotes and in the inner mitochondrial membrane of eukaryotes. The redox energy of dioxygen reduction is used to translocate protons across the membrane resulting in an electrochemical proton gradient. The generated proton gradient is exploited by the adenosine-5’-triphosphate synthase. In this work, bacterial four-subunit aa3-Type CcO from Paracoccus denitrificans (ATCC 13543, 4 SU-wt ATCC CcO) was used for analyses. 1) The recombinant homologously produced 4 SU-wt CcO (4 SU-wt rec CcO) was functionally compared with the native 4 SU-wt ATCC CcO. The 4 SU-wt rec CcO showed functional deficiencies as determined by UV-vis spectroscopy and electron paramagnetic resonance (EPR) studies. Total X-ray Reflection Fluorescence measurements show in both wild type CcOs the same ratio of the redoxactive Fe and Cu (2 Fe : 3 Cu) indicating full complement of the functional metals. If CcO contains only subunit I and II, it loses its functional integrity during continuous turnover activity. The importance of subunit III for integrity of CcO was demonstrated using 2 SU-wt rec CcO. Crystallisation trials of suicide inactivated 2 SU-wt rec CcOs have been ineffective using standard crystallisation conditions. Crystals of active 2 SU-wt rec CcO (positive control) have been obtained under these conditions and this result indicates possible structural changes in suicide inactivated 2 SU-wt rec CcO. The structure of active 2 SU-wt rec CcO was determined to 2.25 Å resolution. 2) Terminal oxidases require four electrons for the cleavage of the dioxygen bond (O=O). In general, the catalytic cycle of CcO is described by the electron input and thus by the different redox states of the metal centres: the O, E, R, P and F state. The two-electron reduced R intermediate is able to donate four electrons for dioxygen reduction forming the P state. The P intermediate is an oxoferryl state implying the lack of an electron for the R -> P transition, because the metal centres can only provide three electrons (Fe+II forms Fe+IV and Cu+II forms Cu+I). The P state, where the dioxygen bond is already broken, shows an oxoferryl state (FeIV=O2-) and a nearby tyrosine is proposed to form a tyrosyl radical representing the donor of the missing electron. H2O2-induced artificial intermediates provide the opportunity to investigated different catalytic intermediates in detail. Mixing equimolar amounts of H2O2 to CcO in the O state induces the "two-electron" reduced PH state at high pH and the electronically equal "two-electron" reduced F• H state at low pH. The addition of an excess amount of H2O2 leads to the three-electron reduced FH state. Functional studies using the 4 SU-wt ATCC CcO have demonstrated a bound peroxide (O- - O-) intermediate during the catalytic cycle. Using EPR it was previously shown that Y167 hosts a radical species in PH/F• H state which suggests that Y167 could provide this "missing electron". While X-ray structural models of CcO and Fourier-transformed infrared (FTIR) measurements of oxygenated ("pulsed") 4 SU-wt ATCC CcO suggest a bound peroxide in the O state, UV-vis and EPR spectroscopic studies indicate that other intermediates may also contain such peroxide species. Equimolar and excess amounts of H2O2 induce the PH/F• H and FH states, respectively and catalase treatment of the FH state leads, contrary to the natural direction of the catalytic cycle, to the apparent transition of the FH -> PH/F• H states, which is accompanied by reappearance of an EPR signal from the Y167• radical. The novel PFH/F• FH states are presented here and we postulate that the FH state hosts a superoxide (or peroxide) adduct at CuB in the binuclear site. In addition, the novel P10 state is also introduced having a maximum at lambda = 612 nm in the difference absorption spectrum (minus the O state). The P10 state is induced by mixing CcO in the O state with a pH 10 buffer. This pH 10 induced state resembles standard P states such as PCO, PH and PR. However, the P10 state evolves out of the O state without addition of reduction equivalents. Using EPR spectroscopy it was shown that Y167 hosts a radical species in the P10 state such as in the PH state. In summary, all functional data presented here provide evidence for a peroxide bound during the O state. Finally, a new model for the natural catalytic cycle is proposed. If the O state contains a peroxide, it is also likely that the E and R state contain this species. Even the oxoferryl intermediates P and F states may complex a peroxide at CuB in the binuclear site. 3) The amino acid residue Y167, which hosts the radical in the PH/F•H states, is not directly part of the binuclear site of CcO. For identification of the primary electron donor, two tryptophan variants of CcO, W272F and W164F, which are located nearby the binuclear site, were produced. Evidence is provided that W272 is a kinetically fast electron donor for the O2 molecule. The electron is replenished by Y167, or probably by Y280 in the natural cycle. The Y167 radical is detectable by EPR spectroscopy after treatment with equimolar amounts of H2O2 in the active variant W164F, but is absent in the inactive variant W272F. 4) CcO contains two proton conducting pathways, the D- and the K-pathway. Proteoliposomes of the variants H28A and D30N, mutations located at the entrance of the D-pathway, both show the identical proton pumping activity as the 4 SU-wt rec CcO (pumped H+/e- = 1). The variant N113D shows abolished proton pumping (pumped H+/e- = 0), but a relative high cytochrome c oxidation activity (63 %). G196D displays no cytochrome c oxidation and proton pumping activity. Overall, the addition or removal of a negative charge within the D-pathway such as in D124N, N131D, N113D and G196D leads to a decoupled phenotype indicating the high degree of electrostatic coupling in CcO.