04 Fakultät Energie-, Verfahrens- und Biotechnik
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Item Open Access Insights into the structural and functional properties of the eukaryotic porin Tom40(2012) Gessmann, Dennis; Nußberger, Stephan (Prof. Dr.)Tom40 forms the preprotein conducting channel in the outer membrane of mitochondria enabling transport of up to 1500 different preproteins through an optimized pore environment. Moreover, Tom40 exhibits a voltage-dependent gating mechanism in terms of an ‘electrical switch’ making this eukaryotic beta-barrel a promising target for nanopore based applications. In this work, new bioinformatics methods were developed and verified through practical approaches to shed light on the structural elements of Tom40 facilitating its particular function in mitochondria. Based on these results, Tom40 proteins were designed with modified and optimized structural properties. TmSIP, a physical interaction model developed for TM beta-barrel proteins, was used to identify weakly stable regions in the TM domain of Tom40 from mammals and fungi. Three unfavorable beta-strands were determined for human Tom40A. Via CD and Trp-fluorescence spectroscopy it was shown that substitution of key amino acid residues in theses strands resulted in an improved resistance of the protein to chemical and thermal perturbations. Further, the mutated form of hTom40A was strictly found in its monomeric state. Equal improvements were gained for the apparent stability of Tom40 from Aspergillus fumigatus. Tom40 was isolated and purified in its native state from Neurospora crassa mitochondria. Time-limited proteolysis of native NcTom40 coupled to mass spectrometry revealed comparable protease-accessibility to VDAC isoform 1 from mammals suggesting a similar fold. Thus, a homology model of NcTom40 was developed on the basis of the solved mouse VDAC-1 crystal structure. It was found that Tom40 forms a 19-stranded beta-barrel with an N-terminal alpha-helix inside the pore. Further, a conserved ‘polar slide’ in the pore interior is possibly involved in preprotein translocation and a second conserved domain, termed ‘helix anchor region’, in arresting the helix inside the Tom40 pore. Based on the homology model of NcTom40, the structure and function of the N-terminal domain of Tom40 was addressed. Examination of the model structure revealed two different domains for the N-terminus, the inner-barrel and outer-barrel N-terminus. In vivo investigations showed that both parts prevent a heat-induced dysfunction of Tom40 in N. crassa mitochondria independently. By applying CD spectroscopy the predicted N-terminal alpha-helix could be allocated to the inner-barrel N-terminus. Further, in combination with Trp-fluorescence spectroscopy it was found that the N-terminal alpha-helix unfolds independently from the Tom40 beta-barrel, but is not necessary for pore stability or integrity. However, a conserved amino acid residue, Ile47 of NcTom40, in the inner-barrel N-terminus is essential for the structural integrity of the N-terminal alpha-helix. In conclusion, these results may offer a basis for future works on TM beta-barrel proteins with the aim to alter the structural properties in the absence of a high atomic resolution structure or an established knowledge of the biochemical and biophysical properties.Item Open Access Beiträge zur Biologie, Chorologie, Ökologie und Taxonomie der neophytischen Melde Atriplex micrantha und verwandter Arten(2004) Schwarz, Oliver Christoph; Kull, Ulrich (Prof. Dr.)Atriplex micrantha ist ein Neopyht, dessen Vorkommen in Mitteleuropa seit fast hundert Jahren belegt werden konnte. Die Verbreitung entlang baden-württembergischer Autobahnen und Bundesstraßen, der Stand ihrer weltweiten Verbreitung, ihre Habitat-Ansprüche und ihre Begleitflora wurden untersucht. Es konnten neue Merkmale identifiziert werden, die in Bestimmungsschlüssel einflossen. Die gültige Nomenklatur wurde für A. micrantha, A. aucheri, A. hortensis, A. sagittata und A. oblongifolia recherchiert und Abbildungen der Typusbelege nachgewiesen. Die Fundgeschichte der A. micrantha am Locus classicus sowie die ersten Funde in Westeuropa wurden dargestellt. Die Qualität der in der Bestimmungsliteratur veröffentlichten Abbildungen der genannten Arten wurde miteinander verglichen und diskutiert. Eine entdeckte Unterart der A. micrantha wurde neu beschrieben. Es konnte anhand den ribosomalen ITS-Gensequenzen von 14 Arten nachgewiesen werden, dass A. micrantha, A. prostrata und A. patula in Übereinstimmung mit der morphologischen Einteilung zur Sektion Teutliopsis Dumort. gehören. A. oblongifolia muss jedoch entgegen ihrer bisherigen Zuordnung zur Sektion Teutliopsis der Sekt Dichospermum Dumort. zugeordnet werden. Außerdem wurden ökophysiologische Untersuchungen (Salztoleranz, Keimung, Wasserhaushalt, Photosynthese) von Atriplex micrantha und anderen Melden durchgeführt.Item Open Access Neurobiologische Untersuchungen zur Rolle von Dopamin bei risikoabhängigem Entscheidungsverhalten(2019) Mai, Bettina; Hauber, Wolfgang (apl. Prof. Dr.)Um das Überleben in einer sich ständig ändernden Umwelt zu sichern, müssen Menschen und Tiere tagtäglich eine Vielzahl von Kosten-Nutzen-abhängigen Entscheidungen fällen. Das Ziel dieses Entscheidungsprozesses ist es, eine situationsgerecht optimale Entscheidung zu treffen, bei der mit möglichst geringen Kosten der Nutzen maximiert wird. Der Präfrontalcortex (PFC) und der Nucleus Accumbens (Acb) sind die Schlüsselstrukturen eines neuralen Netzwerkes, welches eine wichtige Kategorie von Kosten-Nutzen-abhängigen Entscheidungen steuert, nämlich sogenannte risikoabhängige Entscheidungen. Beide Strukturen empfangen Dopamin-Signale aus dem Mittelhirn, die Informationen über Kosten und Nutzen kodieren. Das Ziel meiner Arbeit bestand darin, die noch unbekannte kausale Bedeutung von Dopamin-Signalen im PFC und im Acb bei risikoabhängigem Entscheidungsverhalten zu verstehen. Im Rahmen meiner Arbeit wurde das risikoabhängige Entscheidungsverhalten von Ratten beim Durchführen von Risikoaufgaben in Skinner-Boxen untersucht. Dabei hatte das Tier die Wahl zwischen zwei Hebeln. Bei dem „sicheren Hebel“ führte ein Hebeldruck sicher zu einer geringen Futterbelohnung. Bei dem „riskanten Hebel“ führte ein Hebeldruck entweder zu einer hohen oder gar keiner Futterbelohnung. Die Belohnungswahrscheinlichkeit, also die Wahrscheinlichkeit beim riskanten Hebel eine hohe Futterbelohnung zu erhalten, nahm entweder zwischen verschiedenen Sitzungen (konstante Risikoaufgabe) oder innerhalb einer Sitzung (absteigende Risikoaufgabe) ab. Aus meinen Messungen mit der konstanten Risikoaufgabe geht hervor, dass die permanente Inaktivierung der Dopamin-Innervation der orbitalen Subareale des PFC (OFC) sowie der Core- und Shell-Subareale des Acb (AcbC und AcbS) das risikoabhängige Entscheidungsverhalten nicht beeinträchtigt. Diese Befunde ließen sich in nachfolgenden Untersuchungen mit der absteigenden Risikoaufgabe erhärten: Tiere mit einer Blockade der Dopamin D1- und D2-Rezeptoraktivität des OFC beziehungsweise des Acb waren unverändert sensitiv gegenüber der abnehmenden Belohnungswahrscheinlichkeit. Allerdings war unter Blockade der D1- und D2-Rezeptoraktivität im AcbC die generelle Präferenz für die riskante Handlungsoption signifikant verringert. Dopamin-Signale im PFC und im Acb scheinen also nicht an der Erfassung des Risikos und dessen Veränderung beteiligt zu sein. Meine Daten sprechen vielmehr dafür, dass die Dopamin-Rezeptoraktivität im AcbC die generelle Präferenz für riskante Handlungsoptionen reguliert. Die dem risikoabhängigem Entscheidungsverhalten zugrunde liegende Neurobiologie ist komplex und die Datenlage teilweise uneinheitlich. Ein wesentlicher Grund dafür sind die in der Literatur verwendeten verschiedenartigen Risikoaufgaben, die auf unterschiedlichen Risikokonzepten basieren. Aus diesem Grund unterscheiden sich sowohl die erforderlichen kognitiven Leistungen als auch die beteiligten neuralen Schaltkreise in den verschiedenen Risikoaufgaben und die Effekte von dopaminergen Manipulationen sind teilweise inkonsistent. Meine Befunde sprechen dafür, dass Dopamin-Signale im AcbC die Präferenz von Tieren für Handlungsoptionen steigern, die trotz eines hohen Risikos mit hohem Nutzen verbunden sind. Bei den hier untersuchten risikoabhängigen Entscheidungen unterstützen die Dopamin-Signale im AcbC demnach nicht die Risikoerfassung an sich, sondern sie verstärken generell die Präferenz für kostenintensive Handlungsoptionen, die mit einer höheren, riskanten Belohnung verknüpft sind. Möglicherweise führt eine solche Dopamin-vermittelte Regulation von Handlungspräferenzen zu einer höheren biologischen Fitness und bildet damit einen Selektionsvorteil. Die Daten stehen im Einklang mit klinischen Befunden, wonach Suchtmittel und Medikamente, welche die Dopamin-Transmission erhöhen, riskante Entscheidungen des Menschen fördern. Meine Daten zeigen, dass der AcbC eine der Strukturen zu sein scheint, welche diese Wirkungen vermittelt.Item Open Access Das zoonotische Potenzial feliner und boviner Foamyviren (Spumaretrovirinae) : Etablierung und Anwendung serologischer Nachweisverfahren und Identifikation einer zellulären antiretroviralen Restriktion(2007) Romen, Fabian; Jeske, Holger (Prof. Dr. rer. nat.)Foamy- oder Spumaretroviren (FV) gehören in die Retrovirus Unterfamilie Spumaretrovirinae. Sie sind in Primaten, Katzen, Rindern und Pferden weltweit verbreitet und erreichen teilweise einen hohen Durchseuchungsgrad. Beim Menschen hat man sie bislang nur vereinzelt – indikativ für eine Inter-Spezies-Übertragung ausschließlich bei Personen, die intensiven Kontakt zu Primaten hatten - gefunden. Zur Zeit weiß man nur wenig über die Übertragungs- und Abwehrmechanismen der FV- Infektionen. Zur Entwicklung eines Diagnosesystems für das feline und bovine FV (FFV und BFV), wurden mittels Immunoblot Experimenten die Gag Strukturproteine als diagnostische Antigene identifiziert. Anschließend wurde ein „GST-capture“ ELISA mit den FV Antigenen Gag, Bet und der Ektodomäne von Env etabliert und validiert. Die ELISAs wurden für die Durchführung von Studien mit Katzen- und Rinder-Feldseren eingesetzt. Dies ergab bei Schweizer Katzen eine Prävalenz von 36%. Für FFV wurde für die Bestimmung des Stadiums einer Infektion ein modifizierter Assay zur spezifischen Unterscheidung von IgG und IgM Antikörpern entwickelt. FFV Infektionen waren nicht mit einer Erkrankung der Tiere assoziiert. Rinder aus Polen waren zu 42% FV-positiv. In Deutschland lag die BFV-Prävalenz bei 7%. Antikörper gegen Antigene des bovinen FV wurden neben dem Serum auch in Rohmilch detektiert. Dies vereinfacht die Überwachung großer Herden von Milchkühen. Zusätzlich zur Sero-diagnostik wurde BFV-Infektiösität direkt aus Blutzellen und aus Milch, nicht aber aus Speichel infizierter Rinder isoliert. Milch könnte demnach als Überträger von Infektiösität für Interspezies-Übertragungen in Betracht kommen. Groß angelegte Untersuchungen von humanen Proben sind derzeit in Vorbereitung. Parallel wurde untersucht, ob auf FV ein zellulärer, antiretroviraler Abwehr-mechanismus auf Basis von APOBEC3 einwirkt, wie er bei HIV-Infektionen entdeckt wurde. Wir zeigen, dass feline FV mit defektem Bet Protein ebenfalls gezielt durch eine hier erstmals identifizierte feline APOBEC3-Cytidin-Desaminase supprimiert werden. Virusgenom-Sequenzierung und biostatistische Auswertung zeigten eine signifikante Genomhypermutation. Das akzessorische Protein Bet übernimmt - wie die vorliegende Studie zeigt - bei FV die Rolle von HIV-1 Vif und wirkt APOBEC3 entgegen. Über den Mechanismus der APOBEC3 Inhibition ist bislang fast nichts bekannt, er unterscheidet sich jedoch von dem bei HIV-1. Die Inhibition von APOBEC3-Proteinen durch die FV Bet-Proteine ist spezies-spezifisch. Diese Spezifität ist ein weiterer Faktor den FV, die von Nicht-Primaten zum Menschen übertragen werden, überwinden müßten.Item Open Access Die Rolle von Dopamin bei der Steuerung des flexiblen Verhaltens der Ratte(2010) Calaminus, Carsten; Hauber, Wolfgang (Prof. Dr.)DA moduliert auf vielfältige Weise instrumentelles Verhalten. Dabei sind sog. Vorhersagefehlersignale in kurzfristigen, wenige Millisekunden dauernden Aktivitätsänderungen, aber auch in Änderungen im Minutenbereich verschlüsselt. Auch die Wahrscheinlichkeit, mit der bestimmte Ereignisse auftreten, ist in kurzfristigen Aktivitätsänderungen DAerger Neurone kodiert. Darüber hinaus spielt die basale DA-Freisetzung per se eine wichtige Rolle. Die Präsenz einer basalen DA-Konzentration ist vielfach Voraussetzung dafür, daß bestimmte Hirnfunktionen - wie z.B. die Motorik realisiert - werden können. Das ist deutlich an den Ausfallserscheinungen zu erkennen, wie sie bei Morbus Parkinson zu Tage treten. Diese DA-Signale in verschiedenen Zeitfenstern steuern auf komplexe Weise instrumentelles Verhalten. Verschiedene Hypothesen spezifizieren den Beitrag, den DA hierbei leistet. Die Vorhersagefehlertheorie schreibt DA-Signalen eine bedeutsame Rolle bei instrumentellen Lernvorgängen zu. Die incentive salience-Hypothese dagegen besagt, daß DA-Signale für die Übertragung der motivationalen Eigenschaften einer Belohnung auf den zugehörigen belohnungsprädiktiven Stimulus verantwortlich sind. DA erfüllt diese verhaltenssteuernde Funktion durch die Modulation v.a. von zwei Schaltkreisen: der limbischen und der assoziativen Funktionsschleife. Die limbische Funktionsschleife steuert motivationale Funktionen, die assoziative Schleife verschiedene Lernfunktionen. Dabei sind v.a. Signale relevant, die über die D1 und die D2-Rezeptoren übermittelt werden. Ein wesentliches, noch weitgehend offenes Problem war, auf welche Weise DA-Signale in der limbischen und assoziativen Schleife zur Steuerung instrumentellen Verhaltens beitragen. Bisherige Untersuchungen legten nahe, daß der Beitrag von DA in den einzelnen Teilstrukturen der Schleifen nicht einheitlich ist und das Muster der beteiligten DA-Rezeptoren ebenfalls heterogen zu sein scheint. In der vorliegenden Untersuchung wurde die Rolle von DA-Signalen in 2 Strukturen der limbischen und einer Teilstruktur der assoziativen Schleifen untersucht. Eine Blockade der DA-Rezeptoren im OFC, der Teil der limbischen Funktionsschleife ist, beeinträchtigte eine spezielle Form des instrumentellen Lernens, nämlich das Umlernen einmal gelernter S-O-Assoziationen. Dieser Befund konnte mit Hilfe der von Schulz erstmalig postulierten Vorhersagefehlerhypothese erklärt werden. Die Intensität des instrumentellen Verhaltens blieb jedoch von der Blockade unbeeinträchtigt. D.h., DA scheint im OFC keine motivationalen Aufgaben bei der Steuerung des instrumentellen Verhaltens der Tiere zu erfüllen, und beide DA-Rezeptor-Subtypen sind gleichermaßen an der Vermittlung dieses Verhaltens beteiligt. Im NAC führt demgegenüber eine Blockade der DA-Rezeptoren zu keiner Störung des Umlernverhaltens, vielmehr war hier die Intensität des Verhaltens generell verringert. DA-Signale im NAC über sowohl die D1- als auch die D2-Rezeptoren dienen also der Steuerung der motivationalen Komponente des instrumentellen Verhaltens. Eine mögliche Erklärung wäre, daß die motivationale Wirkung, die von den Stimuli ausgeht, reduziert war (incentive salience). Hierfür sind vermutlich DA-Signale relevant, die in einem mittleren Zeitfenster, d.h. Minutenbereich, übermittelt werden. Interessanterweise führte die Blockade der DA-Rezeptoren nicht zu Störungen des instrumentellen Lernverhaltens. Dies stimmt mit der Annahme überein, daß der NAC eine untergeordnete Rolle bei assoziativen Lernvorgängen spielt. Betrachtet man die DA-Modulation von OFC und NAC, wird deutlich, daß DA in unterschiedlichen Teilbereichen derselben Funktionsschleife abweichende Funktionen erfüllt. Während DA im OFC vornehmlich an der Steuerung des Umlernverhaltens beteiligt ist, steuern DA-Signale im NAC hauptsächlich motivationale Komponenten des Verhaltens. Bei Betrachtung des pDMS wird deutlich, daß die DA-Modulation eine Anpassung des instrumentellen Verhaltens an belohnungsprädiktive Stimuli ermöglicht. Die Tiere waren beeinträchtigt, ihr instrumentelles Verhalten an Signale anzupassen, die verschiedene Belohnungsmengen signalisierten. Auch wenn einige Details dieser Modulation noch der genaueren Klärung bedürfen, bleibt festzuhalten, daß DA-Signale im pDMS an der Steuerung kognitiver Verhaltensweisen mitwirken und nicht wie im NAC die motivationale Komponenten des Verhaltens steuern. Eine mögliche Erklärung für die beobachteten Verhaltensbeeinträchtigungen nach einer DA-Läsion im pDMS könnte ebenfalls die schon erwähnte Vorhersagefehlerhypothese von Schultz liefern. Hier scheinen DA-Signale im Subsekunden- bis Millisekundenbereich zu der Anpassung des Verhaltens an belohnungsprädiktive Stimuli beizutragen. Dies ist eine der ersten Arbeiten, die zeigen konnte, daß eine DA-Modulation der assoziativen Schleife für die von ihr erbrachten kognitiven Leistungen wichtig ist.Item Open Access Die Rolle des Nucleus accumbens bei der Akquisition und Expression von instrumentellem Verhalten der Ratte(2003) Giertler, Christian; Hauber, Wolfgang (Prof. Dr.)Der Nucleus accumbens wird als Schnittstelle aufgefasst, über den limbische und corticale Strukturen, die eine belohnungsbezogene Analyse von sensorischen Signalen vornehmen, Zugang zum motorischen System erhalten. Aufgrund der bekannten Verschaltung der beteiligten Transmittersysteme kommt als Überträger dieser "corticalen Informationen" insbesondere der Neurotransmitter Glutamat in Frage. Darüber hinaus erhält der Nucleus Accumbens dopaminerge Afferenzen, die an einer Vielzahl von Funktionen der neuronalen Belohnungsprozessierung beteiligt zu sein scheinen. Ob der Nucleus accumbens dabei an der Vermittlung von zielgerichtetem Verhalten beteiligt ist oder nur eine Aktivierung bewirkt, die den allgemeinen motivationalen Einfluss von emotional bedeutenden Reizen auf das Verhalten vermittelt, ist nach wie vor unklar. Insbesondere elektrophysiologische Arbeiten weisen darauf hin, dass Neuronen im Nucleus accumbens eine Rolle bei der Vermittlung von zielgerichtetem Verhalten zukommt. Anderseits gibt es aber auch Hinweise, die darauf hindeuten, dass der Nucleus accumbens für die Zielgerichtetheit von instrumentellem Verhalten nicht zwingend notwendig zu sein scheint. Dies wird insbesondere durch Läsionen des Nucleus accumbens bestätigt, die zeigen dass die Zielgerichtetheit des Verhaltens durch die Läsionen nicht beeinträchtigt wird. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, die Rolle des Nucleus accumbens bei der Steuerung von zielgerichtetem Verhalten zu untersuchen. Dazu wurde der Frage nachgegangen, inwieweit die Steuerung von zielgerichtetem Verhalten durch belohnungsprädiktive Hinweisreize durch pharmakologische Beeinflussung der Neurochemie des Nucleus accumbens beeinträchtigt wird oder nicht. Die Wirkung der Beeinflussung wurde sowohl während des Erlernens (Akquisition) als auch während Ausführung (Expression) von instrumentellen Verhaltensweisen untersucht. Die Erwartung von Belohung ist ein wichtiger Faktor bei der Führung von instrumentellem Verhalten. Dies zeigt sich unter anderem dadurch, dass die Reaktionszeit von instrumentellem Verhaltensantworten durch die zu erwartende Belohungsmenge determiniert wird. In der hier vorgestellten Arbeit wurde den Ratten eine Hebeldruck-Reaktionszeit-Aufgabe beigebracht, die durch Hinweisreize geführt wurde, die mit zwei unterschiedlichen Belohungsstärken (1 versus 5 Pellets) assoziiert waren. Die zu erwartende Belohungsstärke wurde für jeden Versuchsdurchgang zufällig ausgewählt und zuvor durch einen optischen Hinweisreiz angezeigt. Die unbehandelten, trainierten Ratten (Kontrolltiere) zeigten stets eine deutliche Führung der Reaktionszeiten durch die erwarte Belohungsmenge, d.h. die Reaktionszeiten der instrumentellen Hebelbewegungen waren umso kürzer, je höher die zu erwartete Belohungsmenge war. Das erste Experiment zeigte, dass eine bilaterale Blockade der non-NMDA Rezeptoren mit CNQX oder der NMDA-Rezeptoren mit AP5 im Nucleus Accumbens zu einer generellen Zunahme der Reaktionszeiten führte, jedoch die Führung der Reaktionszeiten durch Hinweisreiz-assoziierte Belohnungsstärken erhalten blieb. Eine indirekte Stimulation der dopaminergen Rezeptoren im Nucleus Accumbens (durch Amphetamin) führte zu einer Abnahme der Reaktionszeiten und beeinträchtigte die Führung der Reaktionszeiten durch die Hinweisreiz-assoziierte Belohnungsstärken. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Nucleus Accumbens offenbar die Intensität instrumenteller Verhalten, sowohl über ionotrope Glutamatrezeptoren als auch über Dopaminrezeptoren vermittelte Signale, moduliert. Demgegenüber scheinen zumindest die ionotrope Glutamatrezeptoren im Nucleus Accumbens an Steuerung von zielgerichtetem Verhalten durch belohnungsprädiktive Hinweisreize nicht beteiligt zu sein. Im zweiten Experiment geht hervor, dass eine Inaktivierung des Nucleus Accumbens, durch das Lokalanästhetikum Lidocain, keine Effekte hatte auf die Reaktionszeiten sowie deren Führung durch die Hinweisreiz-assoziierte Belohnungsstärken hatte. Als mögliche Erklärung für dieses unerwartete Ergebnis wird angenommen, dass eine komplette Inaktivierung des Nucleus Accumbens zu einer funktionellen Reorganisation des beteiligen Netzwerkes führt und damit neue Übertragungswege, unter Umgehung des Nucleus Accumbens, verwendet werden, um die Intensität instrumentellen Verhaltens beeinflussen zu können. Im dritten Experiment wurde der Einfluss einer Blockade der NMDA- bzw. einer non-NMDA-Rezeptoren auf die Akquisition der Hebeldruck-Reaktionszeit-Aufgabe untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Blockade der NMDA- und non-NMDA-Rezeptoren während der frühen Akquisition (Tag 1-6) die Intensität der der instrumentellen Antwort verringerte, jedoch die tendenzielle Führung der Reaktionszeiten nicht beeinträchtigte. Des Weiteren zeigen die Ergebnisse, dass eine Blockade der NMDA- und non-NMDA-Rezeptoren während der frühen Phase der Akquisition (Tag 1-6) offenbar die Etablierung einer signifikanten und dauerhaften Führung der Reaktionszeiten durch die erwartete Belohnunkstärke während der späten Phase der Akquisition erheblich verzögerte. Die reduzierte Intensität der Verhaltensantworten während der frühen Phase der Akquisition, ist möglicherweise Ausdruck einer verminderten motivationalen Aktivierung, die während der Akquisition den zugrunde liegenden Lernvorgang indirekt selbst beeinflusst, indem lernbegünstigende Faktoren wie z.B. Aufmerksamkeit und Affektivität vermindert werden. Mögliche Interpretation der Ergebnisse: Die Intensität von instrumentellem Verhalten wird von multiplen Mechanismen beeinflusst. Einer dieser Mechanismen scheint die motivationale Aktivierung zu sein, die durch Pawlowsch konditionierte Hinweisreize des Kontextes hervorgerufen wird. Der Einfluss solcher Pawlowsch konditionierten Hinweisreize wird offenbar durch den Nucleus accumbens vermittelt, der dadurch die Intensität von instrumentellen Verhalten beeinflusst. Aus den Ergebnissen dieser Arbeit geht hervor, dass an diesem Vorgang die ionotrope Glutamatrezeptoren des Nucleus accumbens offenbar maßgeblich beteiligt sind. Demgegenüber scheint der Nucleus accumbens an der Dekodierung der Hinweis-Belohnungsstärke-Kontingenz nicht beteiligt zu sein und wird damit für die Expression von zielgerichtetem Verhalten vermutlich nicht benötigt.Item Open Access Chondrilla nucula (Porifera, Demospongiae) : an example of successful plasticity ; ecological and morphological aspects(2004) Sidri, Marzia; Brümmer, Franz (Prof. Dr.)Sponges (Porifera) represent an important component of the Mediterranean sessile benthic community. They are present both in shallow and deeper waters, on soft and hard bottoms and some species, namely the bath sponges, has an application in human life since a long time. In the last few decades, they also assumed an importance among the organisms producing bioactive compounds which application goes from the homeopathy to the classical medicine to the industry. The study of the taxonomy, ecology and biology of sponges has an history hundreds years old. Now, due to the new findings that render sponges an exploitable marine resource, a coupling of the traditional sciences with the new emerging applications (biotechnology) is urgently needed. The Northern Adriatic Sea was the craddle of the sponge science hosting 36% of the sponge species present in the whole Mediterranean Sea. For the present work, the sponge fauna of a channel-like bay called Limski kanal (Croatia) has been intensively studied for the first time and a list of sponges, including species new for this area, is the result of a series of surveys in twelve sampling sites along the channel. As an introduction to the classification of sponges, a guide to the identification of the most common Mediterranean species has been written and included. A study on the temporal dynamic of a sponge community (Limski kanal, Croatia) was made by using fixed frames that have been photographed along a period of two years. Either seasonality, morphological variability, growth and degeneration phenomena have been observed, providing one more evidence of the incredible plasticity of the Porifera. Among the species in the Limski kanal, Chondrilla nucula (Porifera, Demospongiae) has been chosen as model organism. Firstly, its distribution, abundance and average coverage have been studied, showing that this species is very common along the channel, also in areas with a high sedimentation. Its distribution pattern depends mainly on light availability and kind of substrate. C. nucula is known as a very plastic species: here some macromorphological aspects related to the locomotion, the fragmentation events, the elimination of the sediment and the epibiosis are described in the attempt to give an overview on the successful life strategies of this sponge. Up to now only morphological studies on the oogenesis and spermatogenesis are available but the complete life cycle is unknown. In this study, macromorphological variations in specimens of C. nucula in reproduction and the first stages of embryogenesis have been described for the first time. Finally, in view of a biotechnological use of sponges as bioremediator organisms, the filtration and the bacterial retention rates of C. nucula have been investigated using clearance tests. In spite of a low filtration rate, the sponge showed high bacterial retention rates. This, together with the easy techniques required to farm it, makes of this sponge an eligible candidate for bioremediation. To achieve an effective conservation management plan and a sustainable exploitation of the marine resources, the knowledge on the biological and ecological characteristics of the benthic community and of the single species is absolutely necessary.Item Open Access Spatiotemporal stop-and-go dynamics of the mitochondrial TOM core complex correlates with channel activity(2023) Wang, Shuo; Nussberger, Stephan (Prof. Dr.)The TOM complex of the outer membrane of mitochondria is the main entry gate for nuclearencoded proteins from the cytosol into mitochondria. Single-molecule studies can reveal phenomena that remain hidden in ensemble measurements. In this thesis, total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy has been used to study the correlation between lateral protein diffusion and channel activity of the general protein import pore of mitochondria (TOM-CC) in membranes resting on ultrathin hydrogel films. Using electrode-free optical recordings of ion flux, it is shown that TOM-CC switches reversibly between three states of ion permeability associated with protein diffusion. While freely diffusing TOM-CC molecules are predominantly in a high permeability state, non-mobile molecules are mostly in an intermediate or low permeability state. This behavior can be explained by the mechanical binding of the two protruding Tom22 subunits to the hydrogel and a concomitant combinatorial opening and closing of the two β-barrel pores of TOM-CC. TOM-CC is thus the first β-barrel membrane protein complex to exhibit membrane state-dependent mechanosensitive properties.Item Open Access Serotonin und seine lichtähnliche Wirkung im circadianen System der Ratte(2000) Kalkowski, Andreas; Wollnik, Franziska (Prof. Dr.)Nach dem derzeitigen Wissen ist bei Säugetieren der Sitz des circadianen Schrittmachers im suprachiasmatischen Nucleus (SCN) lokalisiert. worden. Photische Informationen der Retina erreichen den SCN über eine direkte Projektion, den retinohypothlamischen Trakt und über eine indirekte Projektion mit Ursprung im sogenannten intergeniculate leaflet (IGL), dem geniculohypothalamischen Trakt. Zusätzlich empfängt der SCN einen direkten und indirekten serotonergen Eingang von den Raphe-Kernen, die bei Hamstern die Antwort des SCN auf Licht zu modulieren scheinen, aber vorwiegend an der Verarbeitung nicht-photischer Stimuli beteiligt sind. Im Gegensatz dazu gibt es bei Ratten Hinweise darauf, daß das serotonerge System eine wichtige Rolle bei der Transmission von photischer Information zum SCN spielt. Beispielsweise führen systemische Injektionen des Serotonin-Agonisten Quipazin zu ganz ähnlichen Phasenverschiebungen in der Aktivitätsrhythmik und zu c-Fos Expressionen im SCN, wie sie für Lichtpulse bekannt sind. Weiterhin findet man bei Ratten direkte serotonerge Projektionen zum SCN mit Ursprung sowohl im dorsalen als auch im medialen raphe Nucleus. Daneben findet man bei Ratten auch eine indirekte serotonerge Innervation des SCN, welche über das IGL vermittelt wird. Dies führt zu der Frage, ob Quipazin direkt auf das circadiane System im Bereich des SCN oder indirekt über andere Strukturen wie das IGL oder die raphe Kerne wirkt. Daher wurde zunächst der Effekt von lokalen Quipazininjektionen auf Aktivitätsrhythmik und die c-Fos Expression untersucht. Weiterhin wurde der Effekt des spezifischen 5-HT1A/7 Agonisten 5-Carboxamidotryptamin (5-CT) alleine und in Verbindung mit entweder dem spezifischen Antagonisten Ritanserin (mit hoher Affinität für die 5-HT 2B/2C/7 Rezeptoren) oder dem spezifischen Antagonisten Pindolol (mit hoher Affinität für die 5-HT 1A/1B Rezeptoren) auf das circadiane System untersucht.Item Open Access Gene Silencing und das Abutilon-Mosaik-Virus(2007) Krenz, Björn; Jeske, Holger (Prof. Dr.)Geminiviren richten weltweit einen großen ökologischen und ökonomischen Schaden an. Es gibt ein gesteigertes Interesse, Pflanzenpathogenen entweder durch konservative Mittel oder durch biotechnologische Nutzung von neuentdeckten Phänomenen, wie dem Post-transcriptional Gene Silencing (PTGS) Einhalt zu gebieten. Dies ist vielversprechend, weil PTGS ein pflanzeneigenes Abwehrsystem gegen Pathogene darstellt, das ubiquitär im Pflanzenreich verbreitet ist. Verschiedene PTGS-Auslöser zur Unterdrückung von Geminivirusinfektionen sollten hergestellt und charakterisiert werden. Dazu sollten Silencing-Konstrukte gegen eine Abutilon Mosaic Virus (AbMV)-Infektion entwickelt und eingesetzt werden, um letztendlich Wirtsfaktoren zu charakterisieren, die für eine geminivirale Infektion essentiell sind, zugleich aber die Wirtspflanze nicht in ihrer Entwicklung hemmen. Die DNA des AbMV wurde dazu als Gene Silencing- und Proteinexpressionsvektor umkonstruiert und mit Hilfe des Markergens Phytoendesature (PDS) und des Reportergens Green Fluorescence Protein GFP funktionell überprüft. In die infektiöse Hüllprotein-Deletionsmutante von AbMV wurde ein cDNA-Fragment von Phytoendesaturase (PDS) inseriert. Inokulierte Nicotiana benthamiana-Pflanzen zeigten im Verlauf der Infektion den erwarteten Albino-Phänotyp, der durch PDS-Silencing entsteht. Der offene Leserahmen (ORF) von GFP wurde in die gleiche AbMV-Mutante inseriert und führte zur Expression von GFP unter der Kontrolle des Hüllprotein-Promotors sowohl in Agrobakterium-infiltriertem Gewebe, als auch in systemisch infizierten Geweben, so dass AbMV als Gene Silencing- und Proteinexpressionsvektor genutzt werden kann. Im Hefe-2-Hybrid-System konnte Dr. T. Kleinow nachweisen, dass die N-terminale Domäne des movement protein (MP) von AbMV mit dem C-terminalen Bereich des Chloroplasten-lokalisierten Hitzeschock-Proteins von 70 kDa (cpHsc70) aus Arabidopsis thaliana interagiert. Um zu überprüfen, wie sich ein cpHsc70-knock down Phänotyp auf eine AbMV-Infektion auswirkt, wurde das etablierte AbMV-basierte Silencing-Vektorsystem genutzt. Als Silencing-Phänotyp konnten entlang der Leitgewebe systemisch infizierter N. benthamiana-Blätter kleine weiße Chlorosen beobachtet werden, die auf die Degradation der Chloroplasten zurückgeführt werden konnten. In cpHsc70-gesilencten Pflanzen akkumulierte zudem signifikant weniger single-stranded DNA (ssDNA), als in den Kontroll-Proben, so dass über einen Effekt von cpHsc70-silencing auf virale ssDNA spekuliert werden kann. Eine Interaktion von cpHsc70 mit dem AbMV-Transportkomplex als Grundlage für den Transport von geminiviraler DNA über Membranen wird diskutiert. Über die Eigenschaften des AbMV Transkriptions-Transaktivator Proteins (TrAP) als Silencing-Suppressor ist noch nichts bekannt. Die Funktion als Silencing-Suppressor oder dessen Interferenz mit der Silencing-assoziierten Maschinerie sollte charakterisiert werden, um gezielt Resistenz oder Toleranz zu etablieren. Eine GFP-Expressionskassette wurde zwischen zwei virale Replikationsursprünge inseriert und stabil in eine N. benthamiana-Pflanze als Transgen integriert, so dass durch Infektion mit AbMV ein Transreplikon aus dem Transgen mobilisiert werden konnte, das GFP exprimiert. In AbMV-infizierten Pflanzenzellen konnten GFP-Signale im Leitgewebe beobachtet werden und bestätigten damit die Mobilisierung und Replikation des Transreplikons. In Infiltrationsexperimenten mit Agrobakterien, die die Expression des AbMV Replikation-assoziiertem Proteins (Rep) und TrAP vermitteln, konnte gezeigt werden, dass die Mobilisierung des Transreplikons ausschließlich Rep-induziert ist. Während die Co-Expression von Rep und TrAP, genauso wie Agrobakterium-vermittelte Transfektion mit dem infektiösen AbMV DNA A Plasmid, die Mobilisierung des Transreplikons unterdrückt. Das gut charakterisierte Silencing-Suppressor Protein p19 des Cymbidium ringspot virus, eines nicht verwandten RNA Virus, neutralisierte diesen Effekt, so dass von einer siRNA-vermittelten Unterdrückung der Transreplikation ausgegangen werden konnte. Durch Darstellung der Topoisomere der viralen DNA konnte auf verschiedene Kondensierungszustände geminiviraler Minichromosomen geschlossen werden. Für AbMV konnte festgestellt werden, dass das Chromatin mit fortschreitender Infektionsdauer kondensierter und damit möglicherweise Transkriptions-inaktiver wird. Eine Überexpression von TrAP inhibierte diesen Effekt, was auf eine chromatinmodulierende Eigenschaft hinweist, während eine Funktion als Silencing-Suppressor eher unwahrscheinlich ist.