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Die kontinuierliche Messung des CO2-Gaswechsels homogener Sedimente einzelliger Grünalgen hat ergeben, daß das Kohlendioxyd während der ersten Belichtungsphase zunächst an einen primären, in den verdunkelten Zellen bereits vorhandenen CO2-Acceptor (AI) angelagert wird. AI ist nur im Licht zur Aufnahme und lockeren Bindung von Kohlendioxyd befähigt und gibt die während kurzer Lichtperioden (4-30 sec) aufgenommene CO2-Menge in der anschließenden Dunkelperiode sehr schnell wieder ab. Im Verlauf längerer Belichtungszeiten (> 30 sec) übergibt AI das locker gebundene Kohlendioxyd an den inzwischen in zunehmender Konzentration gebildeten CO2-Acceptor des Calvin - Zyklus (Ribulosediphosphat = AII). Die mit der Aufnahme und lockeren Bindung von Kohlendioxyd an den aktivierten Acceptor AI und der CO2-Weitergabe an AII zusammenhängenden Übergangserscheinungen werden eingehend diskutiert.
The change in allele frequencies within a population over time represents a fundamental process of evolution. By monitoring allele frequencies, we can analyze the effects of natural selection and genetic drift on populations. To efficiently track time-resolved genetic change, large experimental or wild populations can be sequenced as pools of individuals sampled over time using high-throughput genome sequencing (called the Evolve & Resequence approach, E&R). Here, we present a set of experiments using hundreds of natural genotypes of the model plant Arabidopsis thaliana to showcase the power of this approach to study rapid evolution at large scale. First, we validate that sequencing DNA directly extracted from pools of flowers from multiple plants -- organs that are relatively consistent in size and easy to sample -- produces comparable results to other, more expensive state-of-the-art approaches such as sampling and sequencing of individual leaves. Sequencing pools of flowers from 25-50 individuals at ∼40X coverage recovers genome-wide frequencies in diverse populations with accuracy r > 0.95. Secondly, to enable analyses of evolutionary adaptation using E&R approaches of plants in highly replicated environments, we provide open source tools that streamline sequencing data curation and calculate various population genetic statistics two orders of magnitude faster than current software. To directly demonstrate the usefulness of our method, we conducted a two-year outdoor evolution experiment with A. thaliana to show signals of rapid evolution in multiple genomic regions. We demonstrate how these laboratory and computational Pool-seq-based methods can be scaled to study hundreds of populations across many climates.
The entire chemical modification repertoire of yeast ribosomal RNAs and the enzymes responsible for it have recently been identified. Nonetheless, in most cases the precise roles played by these chemical modifications in ribosome structure, function and regulation remain totally unclear. Previously, we demonstrated that yeast Rrp8 methylates m1A645 of 25S rRNA in yeast. Here, using mung bean nuclease protection assays in combination with quantitative RP-HPLC and primer extension, we report that 25S/28S rRNA of S. pombe, C. albicans and humans also contain a single m1A methylation in the helix 25.1. We characterized nucleomethylin (NML) as a human homolog of yeast Rrp8 and demonstrate that NML catalyzes the m1A1322 methylation of 28S rRNA in humans. Our in vivo structural probing of 25S rRNA, using both DMS and SHAPE, revealed that the loss of the Rrp8-catalyzed m1A modification alters the conformation of domain I of yeast 25S rRNA causing translation initiation defects detectable as halfmers formation, likely because of incompetent loading of 60S on the 43S-preinitiation complex. Quantitative proteomic analysis of the yeast Δrrp8 mutant strain using 2D-DIGE, revealed that loss of m1A645 impacts production of specific set of proteins involved in carbohydrate metabolism, translation and ribosome synthesis. In mouse, NML has been characterized as a metabolic disease-associated gene linked to obesity. Our findings in yeast also point to a role of Rrp8 in primary metabolism. In conclusion, the m1A modification is crucial for maintaining an optimal 60S conformation, which in turn is important for regulating the production of key metabolic enzymes.
The entire chemical modification repertoire of yeast ribosomal RNAs and the enzymes responsible for it have recently been identified. Nonetheless, in most cases the precise roles played by these chemical modifications in ribosome structure, function and regulation remain totally unclear. Previously, we demonstrated that yeast Rrp8 methylates m1A645 of 25S rRNA in yeast. Here, using mung bean nuclease protection assays in combination with quantitative RP-HPLC and primer extension, we report that 25S/28S rRNA of S. pombe, C. albicans and humans also contain a single m1A methylation in the helix 25.1. We characterized nucleomethylin (NML) as a human homolog of yeast Rrp8 and demonstrate that NML catalyzes the m1A1322 methylation of 28S rRNA in humans. Our in vivo structural probing of 25S rRNA, using both DMS and SHAPE, revealed that the loss of the Rrp8-catalyzed m1A modification alters the conformation of domain I of yeast 25S rRNA causing translation initiation defects detectable as halfmers formation, likely because of incompetent loading of 60S on the 43S-preinitiation complex. Quantitative proteomic analysis of the yeast Δrrp8 mutant strain using 2D-DIGE, revealed that loss of m1A645 impacts production of specific set of proteins involved in carbohydrate metabolism, translation and ribosome synthesis. In mouse, NML has been characterized as a metabolic disease-associated gene linked to obesity. Our findings in yeast also point to a role of Rrp8 in primary metabolism. In conclusion, the m1A modification is crucial for maintaining an optimal 60S conformation, which in turn is important for regulating the production of key metabolic enzymes.
UV inactivated KAPPA can be reactivated like other temperate phages by plating on uvirradiated host cells (indicator). The capacity of the indicator Serratia HY for multiplication of unirradiated KAPPA was about 0.1% survivors (colony formers). The induction of clear plaque (c·) mutants by irradiating extracellular KAPPA and plating on untreated indicator can be increased further about 2 to 4 times by using UV irradiated indicator. The increase of the number of c mutants under the latter conditions, with increasing UV dose given to the phage, was never a firstorder reaction. The highest frequency of c mutants obtained was about 4.5 per cent. Plating of unirradiated KAPPA on irradiated indicator (lowest survival fraction was 0.01%) never increased the spontaneous mutation rate to c. Two c mutants studied in detail belong to two different cistrons as shown in a complementation test (map distance about 5.3%). Only one of both was revertible to the phenotype c+ spontaneously and with a higher rate by UV. However, as shown in crossing experiments with the wild type, the backmutants do not have the original genotype but originated from mutations in at least two different intragenic suppressor loci; the map distances between them and the original c mutation were 0.64% and 0.13 per cent. Host range (h) and virulent (v) mutants could not be induced by irradiation of the free phage and plating on untreated indicator. This indicates that the UV induced high mutability of the c loci in KAPPA represents an exceptional case of behavior (UV-hot spot). Some unstable h mutants could be isolated by plating irradiated phage on irradiated indicator.
Vampire bats are the only mammals that feed exclusively on blood. To uncover genomic changes associated with this dietary adaptation, we generated a haplotype-resolved genome of the common vampire bat and screened 27 bat species for genes that were specifically lost in the vampire bat lineage. We found previously unknown gene losses that relate to reduced insulin secretion (FFAR1 and SLC30A8), limited glycogen stores (PPP1R3E), and a unique gastric physiology (CTSE). Other gene losses likely reflect the biased nutrient composition (ERN2 and CTRL) and distinct pathogen diversity of blood (RNASE7) and predict the complete lack of cone-based vision in these strictly nocturnal bats (PDE6H and PDE6C). Notably, REP15 loss likely helped vampire bats adapt to high dietary iron levels by enhancing iron excretion, and the loss of CYP39A1 could have contributed to their exceptional cognitive abilities. These findings enhance our understanding of vampire bat biology and the genomic underpinnings of adaptations to blood feeding.
In natural environments, background noise can degrade the integrity of acoustic signals, posing a problem for animals that rely on their vocalizations for communication and navigation. A simple behavioral strategy to combat acoustic interference would be to restrict call emissions to periods of low-amplitude or no noise. Using audio playback and computational tools for the automated detection of over 2.5 million vocalizations from groups of freely vocalizing bats, we show that bats (Carollia perspicillata) can dynamically adapt the timing of their calls to avoid acoustic jamming in both predictably and unpredictably patterned noise. This study demonstrates that bats spontaneously seek out temporal windows of opportunity for vocalizing in acoustically crowded environments, providing a mechanism for efficient echolocation and communication in cluttered acoustic landscapes.
One Sentence Summary: Bats avoid acoustic interference by rapidly adjusting the timing of vocalizations to the temporal pattern of varying noise.
Die Einwirkung von UV-Strahlen (254 mµ) auf Bakterien und auf DNS führt zur Bildung einer Reihe von Photoprodukten. Thymin bildet ein Thymin-Dimeres und mindestens zwei weitere Photoprodukte. Aus Cytosin entstehen Uracil und ebenfalls mindestens zwei weitere Photoprodukte. Das Thymin-Dimere läßt sich durch Bestrahlung mit UV-Licht in wäßriger Lösung zu 87% wieder in Thymin zurückverwandeln. Bei den übrigen Photoprodukten gelingt diese Reaktion nicht.
Die durch UV-Strahlen verursachten biologischen Schäden in der Bakterienzelle dürften weitgehend auf die Bildung von dimerem Thymin zurückzuführen sein. Demgegenüber sind die übrigen Photoprodukte, die erst bei höherer UV-Dosis auftreten, nur von untergeordneter biologischer Bedeutung.
Die von der Strahlendosis abhängige Bildung der Thymin-Photoprodukte in Zellen von E. coli wurde quantitativ untersucht.
Eine Denaturierung der nativen DNS durch Erhitzen oder durch Abspalten der Purine zur Apurinsäure hat zur Folge, daß die Bildung des Thymin-Dimeren und eines der übrigen Thymin-Photoprodukte besonders stark begünstigt wird.
Auf der Oberfläche von Erythrozyten, Thrombozyten und Neutrophilen befinden sich mehrere hundert verschiedene polymorphe, ungekoppelt vererbte Blutgruppenantigene. Dementsprechend birgt jede Bluttransfusion das Risiko einer Immunisierung gegen fremde Blutgruppenmerkmale. Auch während der Schwangerschaft können aufgrund väterlich vererbter Antigene Alloantikörper induziert werden. Deshalb muss das Blut vor jeder Transfusion oder während einer Schwangerschaft auf das Vorhandensein irregulärer erythrozytärer Antikörper untersucht werden. Dabei greifen die aktuellen diagnostischen Verfahren auf primäre, stabilisierte Testerythrozyten von Blutspendern zurück, deren relevante Blutgruppenantigene bekannt sind. Antikörperspezifitäten können anhand von Agglutinationsreaktionen der Testzellen mit dem zu untersuchenden Patientenplasma auf ein oder mehrere Antigene zurückgeführt werden. Ist jedoch ein Antikörper gegen ein häufiges, ein hochfrequentes oder ein nicht-polymorphes, ubiquitäres Antigen gerichtet, kann in Ermangelung Antigen-negativer Testzellen keine adäquate Diagnostik gewährleistet, die Verträglichkeit der Transfusion also nicht definitiv sichergestellt werden. Auch der medizinische Einsatz therapeutischer Antikörper, welche Antigene adressieren, die auch auf Erythrozyten exprimiert werden, führt zunehmend zu Problemen. Tests auf granulozytäre Antikörper sind mangelhaft bezüglich ihrer Robustheit, besitzen eine unzureichende Auflösung und sind zudem meist zeitaufwändig und daher teuer. Antikörper gegen humane Plättchenantigene spielen insbesondere in der Schwangerschaft eine Rolle; sie vermögen bei Neugeborenen thrombozytopenische Blutungen bis hin zu massiven Hirnblutungen zu verursachen, die zu schweren Entwicklungsstörungen führen können. Bisher erfolgt jedoch mangels geeigneter Reagenzien keine standardisierte pränatale Untersuchung auf thrombozytäre Antikörper. In dieser Arbeit wurde ein neuartiges Verfahren für die Identifikation und Differenzierung irregulärer Blutgruppenantikörper etabliert, welches auf gentechnisch hergestellten, xenogenen Testzellen basiert, die einzelne definierte humane Blutgruppenantigene auf ihrer Oberfläche präsentieren. Die nicht humanen Zellen co exprimieren Fluorochrome, anhand derer Antikörper-markierte Testzellen durchflusszytometrisch voneinander unterscheidbar sind. Weiterhin können die generierten Testzellen zur Depletion von Antikörpern aus polyagglutinierenden Plasmen unter Erhalt der anderen Antikörperspezifitäten verwendet werden. Diese Technologie könnte die konventionelle Diagnostik erheblich erleichtern und bietet zudem die Möglichkeit, therapeutische Antikörper (wie z. B. anti-CD38, anti CD47, etc.), die häufig zu Interferenzen mit der Routinediagnostik führen, spezifisch prädiagnostisch aus Patientenproben zu entfernen.
Hyperparasitic fungi on black mildews (Meliolales, Ascomycota) : hidden diversity in the tropics
(2022)
Hyperparasitism on plant-parasitic fungi is a widespread but rarely studied phenomenon. Here, for the first time, we compile in a checklist information provided by peer-reviewed literature for fungi growing on colonies of black mildews (Meliolales, Ascomycota), a species-rich group of tropical and subtropical plant-parasitic microfungi. The checklist contains information on 189 species of contact-biotrophic microfungi in 82 genera. They belong to seven morphological groups: dematiaceous hyphomycetes, moniliaceous hyphomycetes, pycnidioid, perithecioid, catathecioid, and apothecioid fungi. By the fact that species accumulation curves do not reach saturation for any tropical country, it is evident that the knowledge of the diversity of hyperparasitic fungi on Meliolales is incomplete. A network analysis of records of hyperparasitic fungi, their host fungi and host plants shows that genera of hyperparasitic fungi are generalists concerning genera of Meliolales. However, most species of hyperparasitic fungi are restricted to meliolalean hosts. In addition to hyperparasitic fungi, diverse further microorganisms use meliolalean colonies as ecological niche. Systematic positions of most species are unknown because DNA sequence data are lacking for species of fungi hyperparasitic on Meliolales. We discuss the specific challenges of obtaining DNA sequence data from hyperparasitic fungi. In order to better understand the diversity, evolution and biology of hyperparasitic fungi, it is necessary to increase sampling efforts and to undertake further morphological, molecular, and ecological studies.
The European Beech is the dominant climax tree in most regions of Central Europe and valued for its ecological versatility and hardwood timber. Even though a draft genome has been published recently, higher resolution is required for studying aspects of genome architecture and recombination. Here, we present a chromosome-level assembly of the more than 300 year-old reference individual, Bhaga, from the Kellerwald-Edersee National Park (Germany). Its nuclear genome of 541 Mb was resolved into 12 chromosomes varying in length between 28 and 73 Mb. Multiple nuclear insertions of parts of the chloroplast genome were observed, with one region on chromosome 11 spanning more than 2 Mb which fragments up to 54,784 bp long and covering the whole chloroplast genome were inserted randomly. Unlike in Arabidopsis thaliana, ribosomal cistrons are present in Fagus sylvatica only in four major regions, in line with FISH studies. On most assembled chromosomes, telomeric repeats were found at both ends, while centromeric repeats were found to be scattered throughout the genome apart from their main occurrence per chromosome. The genome-wide distribution of SNPs was evaluated using a second individual from Jamy Nature Reserve (Poland). SNPs, repeat elements and duplicated genes were unevenly distributed in the genomes, with one major anomaly on chromosome 4. The genome presented here adds to the available highly resolved plant genomes and we hope it will serve as a valuable basis for future research on genome architecture and for understanding the past and future of European Beech populations in a changing climate.
A method which serves to isolate the gonads from the sea cucumber (Holothuria polii) is outlined. Criteria that will secure a well determined status of maturity of the sperm are given. From this preparation a deoxyribonucleic acid is made, purified and analysed. It is concluded that the analytical data are in compliance with the theory of Crick and Watson. The ratio of Moles for this DNA while its nitrogen to phosphorus ratio on weight basis is 1,67.
Specialized surveillance mechanisms are essential to maintain the genetic integrity of germ cells, which are not only the source of all somatic cells but also of the germ cells of the next generation. DNA damage and chromosomal aberrations are, therefore, not only detrimental for the individual but affect the entire species. In oocytes, the surveillance of the structural integrity of the DNA is maintained by the p53 family member TAp63α. The TAp63α protein is highly expressed in a closed and inactive state and gets activated to the open conformation upon the detection of DNA damage, in particular DNA double-strand breaks. To understand the cellular response to DNA damage that leads to the TAp63α triggered oocyte death we have investigated the RNA transcriptome of oocytes following irradiation at different time points. The analysis shows enhanced expression of pro-apoptotic and typical p53 target genes such as CDKn1a or Mdm2, concomitant with the activation of TAp63α. While DNA repair genes are not upregulated, inflammation-related genes become transcribed when apoptosis is initiated by activation of STAT transcription factors. Furthermore, comparison with the transcriptional profile of the ΔNp63α isoform from other studies shows only a minimal overlap, suggesting distinct regulatory programs of different p63 isoforms.
Die akute myeloische Leukämie (AML) ist eine aggressive Erkrankung des Knochenmarks, welche die Hämatopoese beeinträchtigt und zu Knochenmarksversagen führt. Trotz des Fortschritts in der AML-Therapie bleibt die Prognose für die meisten Patienten schlecht, sodass neue Therapieansätze für die Behandlung dringend benötigt werden. Autophagie, ein kataboler Abbauprozess von zellulären Komponenten, ist nachweislich an der Entstehung von AML beteiligt. Als zentraler Regulator von Zellüberleben, Homöostase und Stoffwechsel, dient die Autophagie als Nährstoffquelle durch die Wiederverwertung von Makromolekülen während begrenzter Energieversorgung. AML-Zellen benötigen ein konstantes Nährstoff- und Energieniveau, um ihre Vermehrung aufrechtzuerhalten. Dies wird durch eine Umstellung von Stoffwechselwegen, insbesondere des mitochondrialen Stoffwechsels einschließlich der oxidativen Phosphorylierung (OXPHOS) und des Tricarbonsäurezyklus (TCA), erreicht.
Mehrere Studien haben die Hemmung der Autophagie für die Behandlung von Krebs als vielversprechenden Ansatz vorgestellt. Doch eine Monotherapie mit Autophagie-Inhibitoren erzielte nur eine geringfügige Wirksamkeit. Eine mögliche Erklärung hierfür ist die Entstehung von Kompensationsmechanismen, die zum Ausgleich der Autophagie-Hemmung in Krebszellen entstehen. Bis heute sind diese Kompensationsmechanismen kaum untersucht. Ziel dieser Arbeit ist es, ein geeignetes Autophagie-Gen zu identifizieren, mit dem sich die Rolle der Autophagie-Hemmung für das Überleben von AML-Zellen untersuchen lässt. Zusätzlich sollen die kompensatorischen Mechanismen, die durch die Autophagie-Hemmung in AML-Zellen entstehen können, untersucht werden, um neue metabolische Angriffspunkte zu identifizieren, die für Kombinationstherapien genutzt werden können.
Zu Beginn der Arbeit wurde ein gezielter CRISPR/Cas9 Screen in zwei humanen AML-Zelllinien durchgeführt, um Autophagie-Gene zu identifizieren, deren Verlust eine Proliferationsstörung in AML-Zellen verursacht, welche überwunden werden kann. Validierungsexperimente zeigten, dass der Verlust von ATG3 das Zellwachstum signifikant verminderte. Außerdem zeigte die Messung des Autophagie-Fluxes, dass der Verlust von ATG3 die Autophagie stark beeinträchtigte. Dies wurde durch eine Western-Blot-Analyse, die eine beeinträchtigte LC3-Lipidierung zeigte, und durch eine Immunfluoreszenzanalyse der Autophagosomen-Bildung mittels konfokaler Mikroskopie, die eine geringere Anzahl von Autophagosomen in ATG3-defizienten Zellen ergab, bestätigt. Deshalb wurde der Knockdown von ATG3 in AML Zellen verwendet, um die Mechanismen, die zum Ausgleichen der Autophagie-Hemmung entstehen, zu untersuchen. Zuerst wurde die Zellproliferation in fünf verschiedenen AML Zelllinien über sieben Tage betrachtet. In allen Zellenlinien führte der Verlust von ATG3 mittels small hairpin RNA zu verminderter Zellproliferation. Diese Ergebnisse zeigen die wichtige Rolle von ATG3 in der Autophagie und dass Autophagie-Hemmung durch ATG3-Verlust das Wachstum von AML-Zellen beeinträchtigt.
Da der Verlust von ATG3 die Proliferation von AML-Zellen beeinträchtigte, wurde eine Zellzyklusanalyse durchgeführt. Eine reduzierte S-Phase bestätigte die verminderte Proliferation in ATG3-depletierten AML-Zellen, doch der Zellzyklus war grundsätzlich nicht gestoppt. Darüber hinaus ergab die Analyse der Apoptose, dass diese unter dem Verlust von ATG3 erhöht war, aber etwa 50% der Zellen blieben vital. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass AML-Zellen trotz des Verlusts der ATG3-abhängigen Autophagie weiter proliferieren können.
Um die Mechanismen zur Kompensation der Autophagie-Hemmung zu untersuchen, wurden die Auswirkungen des ATG3-Verlusts auf die mitochondriale Homöostase untersucht. Die Mitophagie sowie das mitochondriale Membranpotenzial und die Masse unterschieden sich zwischen Kontroll- und ATG3-depletierten AML-Zellen nicht, was darauf hindeutet, dass die mitochondriale Homöostase durch den Verlust von ATG3 nicht beeinträchtigt ist. Als nächstes wurde die mitochondriale Funktion durch Messung des ATP-Spiegels und der OXPHOS untersucht. Die ATP-Level und die OXPHOS waren nach dem Verlust von ATG3 in AML-Zellen erhöht, was auf eine gesteigerte mitochondriale Aktivität bei Autophagie-Defizienz hinweist.
High-temperature tolerant enzymes offer multiple advantages over enzymes from mesophilic organisms for the industrial production of sustainable chemicals due to high specific activities and stabilities towards fluctuations in pH, heat, and organic solvents. The production of molecular hydrogen (H2) is of particular interest because of the multiple uses of hydrogen in energy and chemicals applications, and the ability of hydrogenase enzymes to reduce protons to H2 at a cathode. We examined the activity of Hydrogen-Dependent CO2 Reductase (HDCR) from the thermophilic bacterium Thermoanaerobacter kivui when immobilized in a redox polymer, cobaltocene-functionalized polyallylamine (Cc-PAA), on a cathode for enzyme-mediated H2 formation from electricity. The presence of Cc-PAA increased reductive current density 340-fold when used on an electrode with HDCR at 40 °C, reaching unprecedented current densities of up to 3 mA·cm−2 with minimal overpotential and high faradaic efficiency. In contrast to other hydrogenases, T. kivui HDCR showed substantial reversibility of CO-dependent inactivation, revealing an opportunity for usage in gas mixtures containing CO, such as syngas. This study highlights the important potential of combining redox polymers with novel enzymes from thermophiles for enhanced electrosynthesis.