Fakultät für Biologie - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 01/06 Archiv

Der bei einem Genbank-Screening identifizierte Genlocus ydeD kann bei Überexpression die Ausbeute eines Cystein-Produktionsstammes von Escherichia coli deutlich verbessern. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, das bisher unbekannte ydeD-Gen möglichst umfassend in seiner Biochemie und Physiologie zu charakterisieren, um damit einen Beitrag zur Steigerung der Cystein-Produktion zu liefern. Folgende Ergebnisse wurden dabei erhalten: 1. Es konnte gezeigt werden, daß es sich bei dem ydeD-Genprodukt um ein integrales Membranprotein handelt, das zu einer neuen Familie von putativen Effluxsystemen gehört. Desweiteren wurde das Translationsstartcodon des Gens eindeutig bestimmt. 2. Die Überproduktion von YdeD führte in Wildtypstämmen von E. coli dazu, daß das Wachstum in Minimalmedium erst nach Supplementation mit Thiosulfat und Methionin möglich war. Es wurde gezeigt, daß die Ursache für die Unfähigkeit zur Sulfat-Reduktion in einem intrazellulären N-Acetylserin-Mangel lag, der wiederum auf eine übermäßige O-Acetylserin (OAS)-Exkretion zurückgeführt werden konnte. In einer späteren Wachstumsphase erfolgte die Wiederaufnahme des zuvor ausgeschiedenen OAS, welches in der Zelle zu Cystein umgesetzt und anschließend wieder ausgeschieden wurde. Somit war gezeigt, daß der entscheidende Beitrag des ydeD-Genprodukts zur Cystein-Produktion in der primären Exkretion von OAS liegt. Die Frage, wie das Cystein nun ausgeschleust wird, ob als freie Aminosäure oder gebunden in der 2-Methyl-2,4-Thiazolidindicarbonsäure, der Form, in der das Cystein im Medium nachgewiesen wurde, mußte allerdings offen bleiben. 3. Bei der Analyse des Mediums nach Wachstum von YdeD-überproduzierenden Zellen wurden neben OAS und Cystein noch Asparagin und Glutamin als weitere spezifische Exkretionsprodukte identifiziert. Dieses Ergebnis sowie die strukturellen Ähnlichkeiten bei OAS, Glutamin und Asparagin, den Hauptexkretionsprodukten während der exponentiellen Wachstumsphase, legen nahe, daß es sich bei YdeD um einen Kanal oder einen energiegetriebenen Exporter für diese Verbindungen handelt. Ob auch Cystein ein direktes Substrat für YdeD darstellt, wird diskutiert. 4. Eine ydeD-Mutante zeigte keinen signifikanten Phänotyp, woraus man schließen muß, daß das Gen - zumindest unter den getesteten Bedingungen - nicht essentiell für E. coli ist. 5. Über die mögliche physiologische Funktion des ydeD-Genprodukts kann derzeit nur spekuliert werden, allerdings erscheint eine YdeD-vermittelte Aminosäure-Exkretion als Entgiftungsmechanismus unter bestimmten Streßbedingungen durchaus plausibel.

Pflanzen sind aufgrund ihrer sessilen Lebensweise an die Bedingungen ihres Standortes gebunden. Zur Aufrechterhaltung ihrer photosynthetischen Effizienz, insbesondere unter transienten Veränderungen des Lichtregimes, haben höhere Pflanzen eine Reihe molekularer Anpassungsmechanismen entwickelt, die sowohl kurz- als auch längerfristige Adaptationen des Photosyntheseapparates ermöglichen. Für die einzigartige Dynamik der photosynthetischen Membran höherer Pflanzen spielen die reversible Phosphorylierung von Thylakoidmembranproteinen und komplexe Protein-Protein-Interaktionen unter Beteiligung multifunktioneller, regulatorischer Proteine herausragende Rollen. Hauptziel der vorliegenden Arbeit war es, durch die Identifikation und die funktionelle Charakterisierung minorer Komponenten des plastidären Kompartiments, vor allem der Thylakoidmembran, weitere Erkenntnisse zur Aufklärung der Signaltransduktionsmechanismen beizutragen, die die Lichtenergie mit physiologischen Reaktionen verknüpfen. Die Ergebnisse können wie folgt zusammengefaßt werden: 1. Die Existenz multipler, membranintegraler Proteinkinasen in den Thylakoidmembranen aus Spinatchloroplasten wurde durch den Nachweis von sechs minoren, kinaseaktiven Polypeptiden in Cytochrom b/f-Komplex-angereicherten, subthylakoidalen Fraktionen bekräftigt. Die Instabilität der in Abwesenheit des Kinasesubstrats HistonIII-S renaturierten Aktivitäten im basischen Milieu spricht für eine Autophosphorylierung der potentiellen Proteinkinasen an Serin- oder Threoninresten. 2. Die 64 kDa-Komponente AMS6 wurde mit dem monospezifischen Antikörper gegen den NTerminus seiner Aminosäuresequenz als membranintegrale Komponente gestapelter Regionen der Thylakoidmembran identifiziert. AMS6 ist weder mit der phosphorylierbaren Polyphenoloxidase noch der redoxkontrollierten LHCII-Kinase identisch, was mit Hilfe hochauflösender Gelsysteme bzw. durch Perfusionschromatographie subthylakoidaler Thylakoidmembranfraktionen gezeigt wurde. Die funktionelle Rolle von AMS6, dessen Assoziation mit dem trimeren LHCII-Komplex, nicht aber mit PSII-LHCII-Superkomplexen nachgewiesen werden konnte, ist unklar. Eine mögliche regulatorische Rolle der 64 kDa- Komponente in der Modulation des Absorptionsquerschnittes am PSII wird diskutiert. 3. Die potentielle Sensorkinase AMS9 (58 kDa) wurde mit dem heterologen Antikörper gegen das mutmaßliche cyanobakterielle Homologe slr0311 als periphere Komponente der Thylakoidmembran identifiziert. Die Interaktion mit der Stromaseite der photosynthetischen Membran erfolgte über schwache hydrophobe und elektrostatische Wechselwirkungen. Die Akkumulation von AMS9 in den ungestapelten Regionen der Thylakoidmembran war konsistent mit seiner Assoziation mit dem PSI. Die mögliche Funktion von AMS9 als Sensorkinase eines thylakoidalen Zwei-Komponenten-Signaltransduktionssystems unter Beteiligung des komplexen Polypeptids TTP30 wurde am Beispiel des rekombinanten cyanobakteriellen Homologen untersucht. Die Zerstörung des slr0311-Gens im Genom von Synechocystis sp. PCC6803 eignete sich unter den Versuchsbedingungen jedoch nicht zur Aufklärung der physiologischen Rolle von AMS9 in Spinatchloroplasten. 4. Das komplexe Polypeptid TTP30, für das in den Genomen von Spinacia oleracea L. und Arabidopsis thaliana L. mehr als ein Gen existiert, wurde durch den in organello-Import des in vitro-translatierten Vorläufers als plastidäre Komponente identifiziert. Das importierte Protein konnte über einen kurzen hydrophoben Abschnitt am C-Terminus mit der Thylakoidmembran interagieren. Die Deletion des potentiellen Membranankers führte zur Akkumulation des C-terminal verkürzten Proteins im Stroma. Die proteolytischen Erkennungssequenzen seiner größeren hydrophilen Domäne waren der Protease-Aktivität im Stroma durch die räumliche Anordung des charakteristischen, zentralen Tetratricopeptid- "repeat"-Moduls vermutlich nur bedingt zugänglich. 5. Der polyklonale Antikörper gegen den rekombinanten TTP30-Vorläufer identifizierte ein 34 kDa-Polypeptid im Stroma von Spinatchloroplasten, ein Ergebnis, das der thylakoidalen Lokalisation des in vitro importierten Proteins widersprach. Als möglicher Faktor, welcher die Spezifität des Antikörpers neben der komplexen Struktur des Vorläuferproteins beeinflussen könnte, wurde die Bindung von Calciumionen an das mutmaßliche "helix-loophelix"- Motiv in der N-terminalen Domäne von TTP30 untersucht. 6. Die DNS-Bindeaktivität des mutmaßlichen "helix-loop-helix"-Motivs von TTP30 wurde durch die "South-Western"-Analyse nachgewiesen. Der rekombinante TTP30-Vorläufer konnte Plastiden-DNS aus Spinatchloroplasten in vitro spezifisch binden. Seine säurestabile in vitro-Phosphorylierung sprach für die Regulation der potentiellen DNS-Bindeaktivität durch die posttranslationale Modifikation eines Serin- oder Threoninrestes. Eine mögliche Modulation seiner Aktivität im Sinne eines klassischen Zwei-Komponenten-Systems bestätigte sich nicht. Der Asparaginsäurerest D95 in der N-terminalen, "response regulator"- ähnlichen Domäne des rekombinanten Vorläufers übernahm in vitro keine Phosphorylgruppe von der prokaryotischen Sensorkinase EnvZ. 7. Mit dem kernkodierten Immunophilin TLP40 ist eine weitere plastidäre Komponente mit komplexer, molekularer Struktur untersucht worden. Das Protein war in seiner temporär membrangebundenen Form mit dem Cytochrom b/f-Komplex in den ungestapelten Regionen der Thylakoidmembran assoziiert. Seine lateral heterogene Verteilung und die Diskriminierung der Komplexe in den Granastapeln wurden im Zusammenhang mit der regulatorischen Interaktion von TLP40 und einer thylakoidalen Serin-/Threoninphosphatase vom Typ 2A untersucht. 8. Die reversible Interaktion von TLP40 im Thylakoidlumen mit der Innenseite der photosynthetischen Membran aus Spinatchloroplasten wurde in einem Zwei-Phasen- Polymersystem unter Verwendung von "inside-out"-Membranvesikeln nachgewiesen. Zur Identifikation essentieller Interaktionsbereiche wurden verschiedene rekombinante Deletions- und Punktmutanten von TLP40 hergestellt, die entweder keinen funktionellen Leucin-"zipper" besaßen und/oder denen die mutmaßlichen Phosphatasebindestellen im Nterminalen Abschnitt fehlten. 9. Das Gleichgewicht zwischen "freiem" TLP40 und seiner membranassoziierten Form konnte in vitro durch submillimolare Cyclosporin A-Konzentrationen zugunsten des "freien" Anteils verschoben werden. Die reversible Interaktion von TLP40 mit der Innenseite der Thylakoidmembran beeinflußte die Dephosphorylierungsrate thylakoidaler Phosphoproteine und war ein weiterer Hinweis auf eine regulatorische Interaktion des komplexen Immunophilins im Thylakoidlumen mit einer membranintegralen Proteinphosphatase vom Typ 2A. 10. Das Modell der transmembranen Signaltransduktion, die über die katalytische Aktivität der membranintegralen Proteinphosphatase auf der Stromaseite die Stabilität, die Degradation und den Umsatz der Polypeptiduntereinheiten des PSII-Holokomplexes koordinieren soll, wurde anhand zweier molekularbiologischer Ansätze untersucht. Weder die Expression der Antisens- bzw. Sens-RNS für TLP40 in A. thaliana L. noch die Inaktivierung des Gens für das potentielle cyanobakterielle Homologe sll0408 konnten jedoch unter den gewählten Versuchsbedingungen einen detaillierteren Einblick in die physiologische Bedeutung des komplexen Immunophilins TLP40 im Thylakoidlumen von Spinatchloroplasten geben.

Das σ54-abhängige Regulatorprotein FhlA aktiviert die Transkription der für die Bildung eines funktionellen Formiat-Hydrogen-Lyase-Komplexes nötigen Gene. Hierfür weist es eine Reihe von Aktivitäten auf, nämlich ATP-Hydrolyse, Interaktion mit Eσ54 und Stimulierung der Transkription. Die Aktivität von FhlA wird durch Bindung von Formiat und von spezifischen DNA-Sequenzen (UAS) stimuliert und durch HycA negativ beeinflußt. Sequenzähnlichkeiten von FhlA zu anderen Transkriptionsaktivatoren lassen auf einen Aufbau aus drei Domänen schließen. Die in der vorliegenden Arbeit erfolgte Struktur- Funktions-Analyse lieferte wichtige Ergebnisse über die Domänenstruktur und den Wirkungsmechanismus von FhlA. In vivo- und in vitro-Analysen der C-terminalen Hälfte von FhlA (FhlA-C, Aminosäuren 379 bis 693 von FhlA), welche die Domänen B, C und D von FhlA umfaßt, zeigten, daß dieser Teil von FhlA sämtliche für die Transkriptionsaktivierung und ATP-Hydrolyse benötigten Bereiche enthält. Beide Aktivitäten von FhlA-C sind konstitutiv, bedürfen also nicht mehr der Aktivierung durch Formiat-Bindung. Durch die Bindung von DNA konnte die Aktivität von FhlA-C jedoch gesteigert werden, wobei bei spezifischer DNA ein stärkerer Effekt als bei unspezifischer zu beobachten war. Aus den Ergebnissen wurde ein Modell abgeleitet, in welchem die N-terminale Domäne von FhlA im nicht-induzierten Zustand einen hemmenden Einfluß auf die Aktivität des restlichen Proteins hat. Formiat-Bindung an die N-terminale Domäne hebt diese Hemmung auf und bewirkt eine Steigerung der Aktivität von FhlA durch Erhöhung der Affinität für ATP. Auch die HycA-Suszeptibilität konnte der N-terminalen Domäne zugeordnet werden. Darüberhinaus besitzt die N-terminale Domäne eine strukturelle Funktion, da sie für die Oligomerisierung von FhlA verantwortlich ist. Es konnte gezeigt werden, daß die Bindung von ATP an FhlA eine Änderung der Konformation oder des Oligomerisierungszustandes des Proteins zur Folge hat. Eine Studie zur Verbreitung des FhlA-Regulationssystems ergab, daß in mehreren Spezies der Familie Enterobacteriaceae sowohl ein zu FhlA orthologes Protein als auch Homologe zu hyc- oder hyp-Genen existieren. Die Sequenz von fhlA aus S. typhimurium, E. aerogenes und K. oxytoca wurde bestimmt. Sie zeigt über die gesamte Länge große Ähnlichkeit zu FhlA von E. coli, wobei der Grad der Identität der Gene und Proteine den phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnissen entspricht. Die FhlA-Orthologe aus E. aerogenes und K. oxytoca können FhlA aus E. coli funktionell ersetzen und zeigen auch in ihrer Aktivität hinsichtlich der Stimulierbarkeit durch Formiat und Anaerobiose große Übereinstimmung. Desweiteren beeinflußt auch HycA von E. coli die Aktivität der orthologen Proteine, was wiederum die nahe Verwandtschaft der Regulationssysteme zeigt. Im Hauptteil dieser Arbeit konnte der Beweis erbracht werden, daß das HydH/G-Zwei- Komponenten-System die Expression von zraP aktiviert, einem stromaufwärts von hydH gelegenen, in divergierender Richtung orientierten Gen. Für gereinigtes HydG wurde durch Gelretardationsexperimente und DNase I Footprinting-Analyse eine Bindestelle identifiziert, die im intergenen Bereich zwischen hydHG und zraP liegt. Diese 55 bp lange Region umfaßt zwei jeweils 17 bp lange Bereiche mit der Sequenz GAGTAAAAATGACTCGC, die als inverted repeat angeordnet sind. Diese Bindestelle wirkt als UAS in beide Richtungen. Als auslösender Stimulus für die Expressionsaktivierung von zraP durch HydH/G konnte eine Zn2+-Konzentration im Medium von mehr als 0,5 mM identifiziert werden. Pb2+ war zu einem gewissen Grad in der Lage, Zn2+ in der Funktion als Induktor zu ersetzen, jedoch erfolgte keine Aktivierung durch Ni2+, Co2+, Mn2+, Fe2+, Mg2+, Cu2+, Cd2+ oder Hg2+. Gleichzeitig ist HydH/G einer positiven Autoregulation unterworfen, die durch die gleichen Metalle induziert wird. Sowohl für die durch HydH/G induzierte Expression von zraP als auch von hydHG konnte eine Abhängigkeit von σ54 gezeigt werden. Der Einfluß von HydH/G auf die Regulation der Gene für die Hydrogenase 3 tritt entgegen früherer Postulate nur bei Überproduktion des Regulators auf und ist auf "cross-talk" zurückzuführen. Zweidimensionale Gelelektrophorese erbrachte Hinweise auf weitere durch HydG in ihrer zellulären Konzentration beeinflußte Proteine. Obwohl zraP im Zusammenhang mit Zink- Toleranz identifiziert worden war, zeigten die Ergebnisse keinen Einfluß von HydH/G oder ZraP auf die Zink-Toleranz der Zellen.

Der Neurotrophinrezeptor p75 wurde als erstes Mitglied der Tumornekrosefaktor-Rezeptor-Superfamilie kloniert. Da die trophischen Eigenschaften der Neurotrophine durch eine zweite Klasse von Rezeptoren, die Trk-Rezeptor-Tyrosinkinasen, vermittelt werden, wurde p75 lange als deren „Corezeptor“ angesehen. Inzwischen gibt es viele Beweise für eine eigen-ständige Signaltransduktion durch p75, die beispielsweise zur Aktivierung von NF-κ B oder zu programmiertem Zelltod führen kann. Zu Beginn dieser Arbeit war weitgehend unbekannt, wie der Neurotrophinrezeptor p75 apoptotische Signale im Inneren der Zelle weiterleitet. Unter Verwendung des Hefe-„Two-Hybrid“- Systems war im Vorfeld das Zinkfingerprotein NRIF1 („Neurotrophin Receptor Interacting Factor“) als potentieller p75-Interaktionspartner identifiziert worden. Die wichtige Rolle dieses Proteins als Vermittler von apoptotischen Signalen konnte später durch gezielte Deletion des nrif1-Gens in der Maus bestätigt werden: In nrif1-Nullmutanten wurde eine Reduktion des embryonalen Zelltodes von Nervenzellen der Netzhaut nachgewiesen, deren Ausmaß dem einer p75- oder ngf („Nerve Growth Factor“)-Deletion entsprach (Casademunt et al., 1999). In der vorliegenden Arbeit wurde ein zweites nrif-Gen (nrif2) kloniert, das zu über 90% mit nrif1 identisch ist. Beide Proteine besitzen typische Strukturmerkmale negativ regulatorisch wirkender Transkriptionsfaktoren. Der carboxyterminale Abschnitt enthält fünf Zinkfinger des Cys2-His2-Typs, die eine Bindung an DNA vermitteln könnten, während der aminoterminale Bereich zwei KRAB-Domänen enthält, die Transkriptionsrepressor-Module darstellen. Das nrif2-Gen wird im 5’-untranslatierten Bereich differentiell gespleißt. Durch Experimente mit rekombinanten Proteinen aus E. coli und Fibroblasten-Zellinien wurde die vermutete Interaktion von NRIF und p75 biochemisch nachgewiesen. Die Ver-wendung unterschiedlicher Deletionskonstrukte zeigte, daß für die Wechselwirkung nur die Juxtamembran-Domäne des Rezeptors und ein carboxyterminaler Abschnitt von NRIF (stromaufwärts der Zinkfinger) nötig sind. NRIF-Proteine können unter Bildung von Homo- und Heterodimeren mit sich selbst interagieren. Die Colokalisierung von NRIF1 und NRIF2 bzw. NRIF und p75 nach transienter Transfektion von Fibroblasten-Zellinien bestätigte die biochemisch nachgewiesenen Interaktionen auch in vivo. Die Expression von NRIF in Zellinien neuronalen Ursprungs offenbarte eine mögliche Funktion als Auslöser von Apoptose, welche unabhängig von p75 allein durch Über-expression dieser Zinkfingerproteine verursacht wurde. Außerdem war in NRIF-überexprimierenden Zellen der Einbau von BrdU, einem Thymidin-Analogon, das Zellen in der S-Phase des Zellzyklus markiert, stark eingeschränkt. Diese Funktionen von NRIF sindbesonders interessant, da in den letzten zwei Jahren weitere Adaptermoleküle des Neuro-trophinrezeptors p75 identifiziert wurden, die einen Einfluß auf Apoptose und/oder den Ablauf des Zellzyklus besitzen. p75 spielt insbesondere während des programmierten Zelltodes in der Entwicklung des Nervensystems eine wichtige Rolle und wird im Embryonalstadium am stärksten exprimiert. Die Analyse der mRNA-Expression von nrif bestätigte, daß auch nrif1 und nrif2 während der Embryonalentwicklung deutlich höher exprimiert sind als in adulten Mäusen. Nrif-mRNA wurde jedoch im Gegensatz zu p75-mRNA ubiquitär in allen untersuchten embryonalen Geweben nachgewiesen. In weiterführenden Experimenten wurden transgene Mäusen untersucht, in denen das nrif1-Gen durch homologe Rekombination entfernt worden war. Diese Mäuse sind in einem kongenen Sv129- oder einem gemischten Sv129/BL6-Hintergrund lebensfähig und fertil, sterben jedoch im BL6-Hintergrund ungefähr am zwölften Embryonaltag. Die Hypothese, daß die nrif2-mRNA-Menge in überlebenden Tieren erhöht sein könnte, wurde zuerst in neugebo-renen Sv129-Mäusen durch semiquantitative RT-PCR-Analysen bestätigt. Eine vergleichen-de Untersuchung 10,5 Tage alter Embryonen aus verschiedenen Stämmen deutete auf die Möglichkeit einer funktionellen Kompensation hin: Während in Nullmutanten des Sv129- Stammes die nrif2-mRNA-Konzentration ungefähr doppelt so hoch war wie in Wildtyp-Tieren, konnten BL6-Nullmutanten die nrif2-Menge nicht differentiell regulieren. Das Fehlen von NRIF1 und die gleichzeitige Unfähigkeit einer ausgleichenden Hochregulation von NRIF2 könnten ein wichtiger Grund für die embryonale Letalität der nrif1 (-/-)-Embryonen im BL6- Stamm sein. Eine genau ausgewogene Menge der Zinkfingerproteine NRIF1 und NRIF2 scheint demnach essentiell zu sein, damit wichtige Prozesse wie Zellzyklus und Apoptose ungestört ablaufen können.

Ziel dieser Arbeit war es ein serologisches Testystem für die Beantwortung ökologischer Fragestellungen zur Denitrifikation zu etablieren. Für den in situ-Nachweis der Expression des denitrifizierenden Enzymsystems in Bakterien wurden spezifische monoklonale Antikörper gegen die Cu-haltige dissimilatorische Nitritreduktase (Cu-dNIR) entwickelt. Die für die Produktion der Antikörper benötigte Cu-dNIR wurde mit Hilfe zweier Ansätze präpariert. Der erste Ansatz, die Kombination verschiedener Säulenchromatografien und Reinigung über eine Polyacrylamid-Matrix, erlaubte das Enzym aus einem Bodenisolat von Ochrobactrum anthropi mit einer Ausbeute von 2,5 µg/g Zellen (Feuchtgewicht) zu gewinnen. In einem zweiten Ansatz wurde die Cu-dNIR aus Alcaligenes faecalis S6 nach Fusion mit einem 6 x His-tag in E. coli exprimiert und anschließend über eine spezifische Affinitätsmatrix aufgereinigt. Hiermit konnte eine Ausbeute von 4,5 mg/l [2,25 mg/g Zellen (Feuchtgewicht)] Bakterienkultur gewonnen werden. Mit der Cu-dNIR der beiden Präparationsansätze wurden Mäuse immunisiert und nach drei Zellfusionen 41 verschiedene Hybridomalinien etabliert, deren sezernierte Antikörper in einem ersten Screening im Chemolumineszenz-ELISA mit der für die Immunisierung benutzten CudNIR reagierten. Hieraus wurden über weitere Screeningschritte im Western-Blot zwei Antikörper zur genaueren Charakterisierung ausgewählt: Ein sehr spezifischer Antikörper (mAkdNIR1a), der ausschließlich die zur Immunisierung eingesetzte Cu-dNIR aus Ochrobactrum anthropi 1a erkennt; und ein zweiter Antikörper (mAkdNIR29) mit einem breiteren Reaktionsspektrum für Cu-dNIRs aus Bakterien unterschiedlicher phylogenetischer Herkunft. Beide Antikörper zeigten keine Kreuzreaktionen mit alternativen dissimilatorischen Nitritreduktasen des cd1-bzw. Sirohäm-Typs aus Pseudomonas aeruginosa bzw. E. coli. Die im Chemolumineszenz-ELISA bestimmte Sensitivität für mAkdNIR1a liegt bei 2 ng Cu-dNIR. Mit mAkdNIR29 konnte rekombinante Cu-dNIR bis 5 ng nachgewiesen werden. Mit dem Antikörper mAkdNIR29 konnte eine Differenzierung zwischen Reinkulturen von Alcaligenes faecalis S6, die unter denitrifizierenden bzw. nicht denitrifizierenden Bedingungen gewachsen waren, im Western Blot gezeigt werden. Weiterhin wurde der zeitliche Verlauf der Expression von Cu-dNIR in Ochrobactrum anthropi nach Shift vom aeroben in anaerobes Milieu mittels Immunofluoreszenz mit makdNIR29 auf Einzelzellniveau verfolgt. Das Maximum der Expression wurde nach 7 h erreicht. Der Verlauf der Expressionsstärke folgt der Zunahme der N2O-Produktion pro Zeiteinheit bezogen auf die Zellzahl. Die Expressionsrate der Cu-dNIR ist am stärksten während der exponentiellen Wachstumsphase. Die beiden anti-dNIR-Antikörper konnten in Kombination mit Epifluoreszenz-und Laserscanning- Mikroskopie erfolgreich zur in situ-Detektion der Expression von Cu-dNIR durch Immunofluoreszenz in Reinkulturen und Umweltproben eingesetzt werden. Der Antikörper mAkdNIR1a wurde wegen seiner Spezifität zum Nachweis von Cu-dNIR-induzierten Bakterien an Wurzeln von Weizenpflänzchen eingesetzt, die zuvor mit Ochrobactrum anthropi inokuliert worden waren. Mit dem Antikörper mAkdNIR29 wurden Cu-dNIR-induzierte Bakterien in Klärschlammproben aus zwei verschiedenen Kläranlagen detektiert. Ein Protokoll zur simultanen Markierung von denitrifizierenden Zellen von Ochrobactrum anthropi 1a mit dem Antikörper mAkdNIR1a und einer rRNS-gerichteten Oligonukleotidsonde wurde entwickelt. Immunofluoreszenzmarkierungen mit mAkdNIR29 ermöglichten die Trennung von Cu-dNIRinduzierten und Cu-dNIR-nicht-induzierten Zellen von O. anthropi mittels Durchflusszytometrie in zwei klar abgegrenzte Populationen.

In maize the transposable elements Activator/Dissociation (Ac/Ds) transpose shortly after replication from one of the two resulting chromatids ("chromatid selectivity"). A model was suggested that explains this phenomenon as a consequence of different Ac transposase binding to holo-, hemi- and unmethylated transposon ends (Wang et al., 1996). It assumes that before replication the element is holomethylated and does not transpose because TPase can not bind to the transposon ends. Shortly after replication one of the two differentially hemimethylated daughter transposons should become transposition competent. However, DNA methylation-mediated replication dependence does not completely explain the behavior of Ac/Ds transposition. In several studies performed in monocot hosts, it was found that in a transient assay Ac/Ds element excision from extrachromosomal geminivirus vectors occurs only during vector replication, although the transfected DNAs were not Cmethylated. In this work the correlation between Ds transposition, DNA replication and DNA methylation in the dicot species Petunia hybrida was studied. Ds reporter vectors harboring TYLCV (Tomato Yellow Leaf Curl Virus) geminivirus replicon sequences and replicating in transfected petunia cells were constructed. It has been shown that the transposition of a Ds element from an extrachromosomal vector in petunia cells is regulated by DNA replication in a methylation-dependent and -independent mode. Holomethylation completely inhibits Ds excision from a non-replicating plasmid, whereas Ds transposition is restored by replication. Moreover, Ds elements that are hemimethylated on one DNA strand transpose in the absence of replication, whereas methylation on the complementary DNA strand results in at least 6.3-fold reduced excision frequencies. These data strongly support the transposition model of Wang et al. (1996). Beyond that, Ds transposition is strongly promoted by replication also in the absence of methylation. It has been shown that in petunia cells, unlike monocot hosts, replication is not a prerequisite for Ds transposition, nevertheless it enhances Ds transposition by at least a factor of 7.5. Moreover, replication promotes the formation of a predominant excision footprint. Implications on the mechanism and regulation of Ac/Ds transposition are discussed.

Das Ac-Element aus Zea mays, das zur Familie der hAT-Elemente gehört, codiert für ein einzelnes Protein, die Transposase (TPase). Dieses Protein ist in vivo als einziges essentiell für die Transposition von Ac notwendig. Die Expression der TPase in E. coli war bisher nur in unlöslicher Form möglich. Der Nachweis, daß die TPase in vitro an die subterminalen Enden des Transposons bindet, wurde mit de- und wieder renaturiertem Protein erbracht (Kunze und Starlinger, 1989). In dieser Arbeit wurde zum ersten Mal TPase in löslicher Form in E. coli exprimiert bzw. aus transgenen Tabakpflanzen isoliert. Die Reinigung des Proteins bis zur Homogenität war nicht möglich. Das lösliche Protein besitzt eine hohe Aggregationsneigung. In vitro wurde gezeigt, daß die TPase als Oligomer DNA bindet. Ein in vitro-Nachweis der endonukleolytischen Aktivität der TPase konnte jedoch nicht erbracht werden. Die Transposition von Ac läuft wahrscheinlich in einem synaptischen Komplex ab, in dem über zahlreiche Proteininteraktionen die Enden des Transposons in räumliche Nähe zueinander ge-bracht werden. Dabei ist die TPase als Oligomer aktiv (Kunze et al, 1993). Gleichzeitig unterliegt die TPase einer negativen Autoregulation. Bei hoher TPase-Konzentration in der Zelle oligomerisiert das Protein zu inaktiven Aggregaten. Die Transposition von Ac hängt vom Vorhandensein mehrerer Proteininteraktionsdomänen ab. In dieser Arbeit wurde eine C-terminale Dimerisierungsdomäne der TPase charakterisiert, die unter den Transposasen der hAT-Elemente hochkonserviert ist und sowohl an der Transposition als auch an der negativen Autoregulation von Ac beteiligt zu sein scheint. Damit ist es zum ersten Mal gelungen, einer der drei hAT-Domänen eine Funktion zuzuschreiben. Am N-Terminus der TPase wurde eine Oligomerisierungsdomäne identifiziert, die mehrere hydrophobe „Zippermotive“ enthält. In vitro ist diese zum Teil ebenfalls konservierte Domäne am Aufbau eines synaptischen Komplexes beteiligt. Als weitere Proteininteraktionsdomäne der TPase wurde die PQ-Domäne identifiziert, deren essentielle Funktion bisher unbekannt war. Diese Domäne ist in vitro am Aufbau des Transpososoms beteiligt, aber auch in die Ausbildung vermutlich inaktiver TPase-Aggregate verwickelt. Als mutmaßliches katalytisches Zentrum der Ac-TPase wurde durch Sequenzvergleiche mit bakteriellen Transposasen und in vivo-Transposition entsprechender Mutanten ein (N)DE-Motiv postuliert. Durch einfache Aminosäureaustausche wurden dabei zum ersten Mal hyperaktive TPase-Mutanten isoliert, die teilweise defekt in der Aggregatbildung sind. Der Aktivitätstest der TPase-Mutanten erfolgte unter anderem in einem neu entwickelten Transpositionssystem in Hefe (Weil und Kunze, 2000).

Male masturbation or sexual-auto stimulation is well documented in humans. This study dealt with the occurrence of masturbation in non-human primates in general, and in Japanese macaques (Macaca fuscata) in particular, from the perspective of behavioural ecology. In an interspecific comparison of 52 primate species, male masturbation was found to be a common behaviour that correlates more strongly to species that exhibit a multi-male multi-female breeding system than to species living in monogamous, one-male units, solitary or dispersed breeding groups. This result is in direct contrast to established theories of sperm competition, which predict that species with a higher risk of sperm competition (i.e. those with multi-male multi-female breeding systems) should invest in large ejaculate volumes so as to out-compete conspecifics. They should not, therefore, produce and seemingly waste ejaculate by masturbating. In wild living (on Yakushima Island) and captive Japanese macaques, a multi-male multi-female seasonal breeding species with a high incidence of female and male promiscuity, two hypotheses concerning how masturbation may be beneficial to males in regard to sperm competition were tested. First, I tested whether or not males flush out low quality sperm from their genital tracts when they masturbate. Second, I tested for whether or not the subsequent ejaculate was "fresher". The mechanism of how ejaculate parameters change in response to storage time in the male genital tract was determined by performing experiments with singly-caged Japanese macaque males. I found that the longer an ejaculate was stored, the larger its volume and total sperm number became. However, the longer an ejaculate was stored, the lower the sperm swimming velocity and percentage of vital sperm became. Based on this result, roughly two types of ejaculates could be distinguished and correlated with commonly known male mating strategies. Guarders tend to be older, high ranking males who have the opportunity to perform many consecutive matings with the same female. They bring into sperm competition games Type A ejaculates, which have been stored for more or less lengthy periods and are characterised by a large volume and a large total sperm number comprised of slow swimming and many dead sperm. In contrast, sneakers, tend to be younger males of middle or low rank, who are usually able to mate only opportunistically (almost never consecutively and almost always covertly) and their ejaculates inevitably face sperm competition from guarders’ (or from other sneakers’) ejaculates. Sneakers masturbate before mating and thus bring into the female only a small volume of ejaculate but one with fast moving sperm, all of which are a live (Type B). In contrast, guarders exclusively masturbate out long stored ejaculate only on days when there are no estrus females available in the troop. Guarders never were seen to masturbate before mating. Masturbation, then, is one mechanism by which lower ranking males attempt to make the best of their limited mating opportunities in a species characterized by high levels of sperm competition by investing in ejaculate quality as opposed to quantity. This result is supported by a DNA-paternity-exclusion analysis in the study troop on Yakushima Island, in which six of nine babies were sired by sneakers. Masturbation is, thus, physiologically adaptive to sperm competition in primates. Both, guarders and sneakers use masturbation to improve ejaculate quality. Therefore, masturbation can be regarded as an evolutionarily stabilised strategy (ESS).

1. Es wurde eine Methode entwickelt, die POR nach der Solubilisierung aus Etioplasten chromatographisch zur Homogenität zu reinigen. Die spezifische Aktivität konnte gegenüber der POR in Etioplasten annähernd um das 14-fache gesteigert werden. Dabei wurden alle endogenen Pigmente und Lipide abgetrennt. So konnte erstmals überzeugend mit isolierter POR aus Pflanzen gezeigt werden, daß eine Bindung an das Substrat oder das Vorhandensein einer Membranumgebung keine Voraussetzung für den Erhalt der Aktivität darstellt. 2. Mittels detaillierter Pigment- und Proteinanalysen, inklusive densitometrischer Verfahren, konnte nachgewiesen werden, daß in Etioplasten ein Molekül Pchlide a an ein Molekül POR gebunden ist. 3. Substratspezifitätsstudien mit Substratanalogen zu Pchlide a zeigten, daß strukturelle Veränderungen an den Seitenketten des Porphyrinringes A und B, nicht aber Modifikationen am Ring D oder am isozyklischen Ring E, von der POR akzeptiert werden und zu photokonvertierbaren Substraten führen. Die Ergebnisse dieser Versuche lieferten ein neues Modell zu dem Mechanismus der Katalyse. Demzufolge sind die Ringe D und E am Boden der Enzymtasche fixiert und eine Enolatbildung an der Carbonylgruppe des Ringes E an der die Reaktion beteiligt. Die Ringe A und B liegen mehr oder weniger außerhalb der Enzymtasche. Erstmals konnte die Photokonvertierbarkeit von Pchlide b, Zn-[3-acetyl]-Protopheide a und Zn-[3-formyl]-Protopheide a gezeigt werden. 4. Kinetische Untersuchungen mit den Substratanalogen stellten die Auswirkungen der verschiedenen Seitenkettenmodifikationen auf die Reaktionsgeschwindigkeit heraus. Die Pigmente ließen sich in drei Gruppen mit einer „schnellen“ (z. B. Pchlide a), einer „mittelschnellen“ (z. B. [8-Vinyl]-Pchlide a) und einer „langsamen“ (z. B. Zn-71-OH-Protopheide a) Reaktionsgeschwindigkeit einteilen. Ein komplementärer Zusammenhang zwischen Fluoreszenz- und Photoreaktion-Quantenausbeute konnte nicht festgestellt werden. 5. Über die Bestimmung der KM-Werte für Pchlide a und Pchlide b (0,47 µM, respektive 0,63 µM) wurde demonstriert daß die Affinität beider Pigmente zu der PORA aus Hafer annähernd gleich groß ist. Chlorophyll c1 konnte als kompetetiver Hemmstoff für die POR identifiziert werden. 6. Bei der Photoreduktion tritt Substrathemmung auf. Dies konnte bei einem Überschuß an Pchlide a oder Pchlide b gegenüber der POR (> 1 mol Substrat/1 mol POR) gezeigt werden. 7. An solubilisierten Etioplastenmembranen und an solubilisierter, weitgehend aufgereinigter POR konnten die unterschiedlichen spektralen in vivo-Formen des photoaktiven endogenen Pchlide a dargestellt werden. Die nach der Photoreduktion auftretende spektrale Verschiebung des Chlide a (von A680 nm nach A672 nm), die mit dem in vivo auftretenden Shibata-Shift vergleichbar ist, konnte in diesen Proben gezeigt werden. Die in der Literatur postulierte Ursache des Shibata-Shift`s, eine Freisetzung des Chlide a aus den ternären Komplexen (POR-NADPH-Chlide a), kann anhand der hier erzielten Ergebnisse bestätigt werden. 8. Es wurde eine Methode entwickelt, mit deren Hilfe an solubilisierter und zur Homogenität gereinigter POR erstmals der Einfluß von Lipiden auf den spektralen Verlauf der Photoreduktion gezeigt werden kann. Nach der Dialyse einer Mischung von Einzelkomponenten (gereinigte POR, NADPH, MGDG/DGDG/Zn-Protopheide a-Gemisch) gegen 80 % Glycerin konnte die Photoumwandlung langwellig-absorbierender ternärer Komplexe, sowie die mit dem Shibata-Shift vergleichbare Verschiebung des Produktes in vitro dargestellt werden. 9. Die Ergebnisse dieser Rekonstitutionsversuche weisen darauf hin, daß in vivo die Einbettung der ternären Komplexe in die spezielle Lipidumgebung der Prolamellarkörper für die Bildung von unterschiedlich absorbierenden spektralen Formen des photoaktiven Pchlide a verantwortlich sind.

The ultimate goal in the treatment of autoimmune diseases is to reestablish tolerance to self antigens. One strategy to induce tolerance is to express the target autoantigen by DNA vaccination. In this work, the potential of vaccination with a DNA construct encoding the myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG), an important candidate autoantigen in multiple sclerosis, to induce tolerance and protect against experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) was assessed. Unexpectedly, mice vaccinated with MOG-DNA develop an exacerbated form of EAE when challenged with either MOG or an unrelated encephalitogen, myelin proteolipid protein. Disease exacerbation is due to the inability of DNA vaccination to tolerise the MOG specific T cell response and to the concomitant induction of a MOG-specific autoantibody response which is pathogenic, enhancing demyelination, inflammation and disease severity. These results suggest that tolerogenic strategies for autoimmune diseases based on DNA vaccination should be approached with caution.

Trotz ständiger Verbesserung der konventionellen Therapiemöglichkeiten zur Behandlung des humanen Pankreaskarzinoms rangiert diese relativ seltene Erkrankung auf Platz vier der Krebs verursachtenTodesfälle. Bisherige Behandlungsmöglichkeiten sind die Resektion, die allerdings nur bei ca 10 % der Patienten möglich ist, eine Strahlen- oder Chemotherapie. Bei einer konventionellen Chemotherapie mit Ifosfamid wird dieses Cytostatikum fast ausschließlich in der Leber aktiviert und muß damit über den Blutkreislauf an den Wirkort (Tumor) gelangen. Während dieses Transports reagiert ein Teil des kurzlebigen aktivierten IFOs mit gesundem Gewebe, wodurch die antitumorigene Wirkung verringert wird und Nebenwirkungen auftreten können. Daher wäre es sinnvoll eine direkte Aktivierung von IFO im Tumorgewebe zu bewirken um damit die antitumorigen Wirkung zu steigern bzw. die Nebenwirkungen zu reduzieren. Die zellvermittelte IFO-Aktivierung durch das hepatische Enzym Cytochrom P450 2B1 (CYP2B1) wurde in Klone verschiedener Zelllinien, die stabil die CYP2B1-cDNA von einem nicht-viralen Vektor exprimieren, untersucht. Die Präsenz und Funktion des CYP2B1-Proteins konnte mittels Western-Blot und eines enzymatischen Nachweissystems demonstriert werden. Durch Zugabe von IFO konnte eine Population CYP2B1-exprimierender Zellen in ihrem Wachstum in vitro stark gehemmt werden. Diese cytotoxische Wirkung betraf auch umgebenden nicht CYP2B1-exprimierende Zellen (bystander effect). Unter Vermeidung eines direkten Zell- Zell-Kontakts konnten als Ursache für die toxische Wirkung frei diffundierbare Metaboliten nachgewiesen werden. Ein Teil der Zellen, die von der toxischen Wirkung betroffen waren, zeigten im späteren Verlauf morphologische Veränderungen, die sich deutlich von denen apoptotischer Zellen unterschieden und damit der Nekrose zuzuordnen sind. In Zusammenarbeit mit der Universität Rostock wurden CYP2B1-exprimierende Zellen, die zuvor in Zellulosesulfatkapseln verpackt wurden, in humane Pankreastumoren von Nacktmäusen implantiert und dadurch eine deutliche Verstärkung eines antitumoralen Effekts nach systemischer Chemotherapie mit IFO im Vergleich zur konventionellen Chemotherapie nachgewiesen. Zusammen mit der Universität Rostock und dem Allgemeinen Krankenhaus Wien wurde eine Methode zur mikroinvasiven intraarteriellen Instillation verkapselter Zellen in das humane Pankreas an einem porcinen Modell etabliert. Diese Ergebnisse waren Basis für eine klinische Studie der Phase I, in der verkapselte CYP2B1-exprimierende Zellen in das humane Pankreas implantiert wurden und anschließend die Patienten systemisch mit IFO behandelt wurden. Dabei konnte die mittlere Überlebensrate im Vergleich zu retrospektiven Daten einer vergleichbaren Kontrollgruppe fast verdoppelt werden. Gleichzeitig wurde die Einjahresüberlebensrate im Vergleich mit unbehandelten Patienten verdreifacht bzw. gegenüber Patienten, die das derzeit wirkungsvollste Chemotherapeutikum für pankreatische Karzinome - Gemzar - erhielten, verdoppelt. Zur Verbesserung der intratumoralen IFO-Aktivierung wurden CYP2B1-transduzierende retrovirale Vektoren basierend auf dem murinen Leukämievirus (MLV), hergestellt. Pankreatische Tumorzellen zeigten nach Infektion mit diesen Viren im Vergleich zu leicht infizierbaren Mausfibroblasten eine geringere Infektionseffizienz und eine niedrigere Aktivität des MLV-Promotors. Denoch konnte für CYP2B1-transduzierte pankreatische Tumorzellpopulationen, eine CYP2B1-vermittelte erhöhte Sensitivität gegenüber IFO nachgewiesen werden. Um die Wirkung dieser schwachen intrazellulären IFO-Aktivierung in Tumorzellen in vivo untersuchen zu können, wurden mehrere murine Pankreastumormodelle etabliert. In einem syngenem Tumormodell wurden schließlich parentale oder CYP2B1- transduzierte pankreatische Tumorzellen in immunkompetente Mäuse injiziert und daraus subkutane Tumoren etabliert. Bei der anschließenden IFO-Behandlung wuchsen CYP2B1- transduzierte Tumoren langsamer als Tumoren, die aus nicht-CYP2B1-exprimierenden Zellen entstanden. Es wurde somit ein System für eine zellvermittelte Gentherapie für pankreatische Tumoren etabliert und in vitro, in vivo und in einer klinischen Studie in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen untersucht. Um die Wirksamkeit weiter zu verbessern wurde die Möglichkeit einer Gentherapie mittels einer zusätzlichen Übertragung des Suizidgens durch retrovirale Vektoren getestet. Obwohl dieser Ansatz durch eine bessere Suizidgenexpression in pankreatischen Tumoren mittels geeigneter Promotoren noch weiter optimiert werden muss, konnte das ?proof of concept” mit dieser Arbeit etabliert werden.

Diese Arbeit konnte eine inhibitorische Kontrolle der HPA-Achse unter basalen und Streß-induzierten Bedingungen durch intrazerebrales OXT zeigen, die zumindest anteilig über Neuronen des hypothalamischen PVN vermittelt wird. Die neurohypophysäre Freisetzung von OXT und das angstbezogene Verhalten scheinen hingegen von zentralem OXT unabhängig zu sein. Eine ähnliche Funktion bei der Regulation der HPA-Achse und des Angstverhaltens wurde bereits für AVP beschrieben. Also sind beide Neuropeptide, wenn sie zentral freigesetzt werden, an der Modulation der Streßreaktion beteiligt und diese Funktion ist dissoziiert von ihrer peripheren Freisetzung und Wirkung. Während der peripartalen Periode, die Trächtigkeit, Geburt und Laktation einschließt, sind morphologische und funktionelle Veränderungen von OXT-Neuronen bekannt. So erfolgt eine spezifische Aktivierung des Systems durch Reproduktions-bezogene Stimuli, während, wie auch hier bestätigt werden konnte, die Streßreaktivität der selben Neuronen inhibiert wird. Ähnlich ist die Streßreaktivität der HPA-Achse während Trächtigkeit und Laktation reduziert. So wurde in dieser Arbeit erstmalig eine Suppression der ACTH- und Corticosteron-Freisetzung auch während des Geburtsvorganges beschrieben. Die Untersuchung der Wechselwirkungen des zentralen OXT-Systems und der hypophysären Sekretion nach Streß-Exposition zeigte deutlich veränderte Effekte intrazerebral freigesetzten OXTs während der peripartalen Periode. Bezüglich der HPA-Achse konnte ein Nachlassen der tonischen Inhibition durch zentrales OXT beobachtet werden, während nun die Streßinduzierte neurohypophysäre Freisetzung von OXT sowie das angstbezogene Verhalten auf der plus-maze dadurch kontrolliert wurden. Die während der peripartalen Periode verminderte Streßreaktivität der HPA-Achse wird also, entgegen der primären Hypothese, offensichtlich nicht durch das aktivierte OXT-System vermittelt. Da sowohl die HPA-Achse als auch das OXT-System z. T. durch endogene Opiate beeinflußt werden, lag die Vermutung nahe, daß Opiat-Rezeptoren die Reproduktionsbezogenen Modifikationen der neuroendokrinen Streßreaktivität vermitteln. Diese Hypothese konnte in der Tat bestätigt werden. Die Stimulation der HPA-Achse virginer Weibchen durch endogene Opiate verschwand gegen Ende der Trächtigkeit und resultierte in einer effektiven Inhibition der HPA-Achse während der Geburt. Während die neurohypophysäre OXTFreisetzung bei virginen Tieren nicht durch Opiate beeinflußt wurde, entwickelte sich während der späten Trächtigkeit und während der Geburt einen effektive Kontrolle durch endogene Opiate. Die zentrale Freisetzung von OXT im PVN unterlag keinen merklichen Reproduktions-bedingten Modifikationen, wurde jedoch unabhängig von der peripheren Sekretion durch endogene Opiate beeinflußt. Auch hier kehrte sich die bei virginen Tieren deutliche Stimulation der OXT-Freisetzung im PVN in eine effektive Inhibition während der Trächtigkeit um. Diese Modifikationen in der Wirkung von Opiat-Rezeptoren scheinen sowohl lokal als auch funktionell eng begrenzt zu sein, da auch bei trächtigen Tieren veränderte Opiat-Wirkungen weder hinsichtlich der OXT-Freisetzung im SON noch der verhaltensbiologischen Streßbewältigung beobachtet werden konnten. Die primäre Intention der Arbeit, die funktionelle Relevanz zentralen OXTs bei der Expression von Angstverhalten und der Streßreaktivität der HPA-Achse zu klären, konnte mittels des Tiermodells der peripartalen Periode nicht weiter verfolgt werden. Erstens verschwand die bei männlichen und virginen Tieren beschriebene Kontrolle der HPA-Achse durch endogenes OXT während Trächtigkeit und Laktation. Zweitens deutet die nur bei trächtigen und laktierenden Tieren beobachtete anxiolytische Wirkung zentralen OXTs eine während der peripartalen Periode von neuroendokrinen Parametern dissoziierte Regulation verhaltensbiologischer Streßreaktionen an. Drittens erlauben die vielfältigen systemischen Modifikationen während der Reproduktion, einschließlich schwankender Konzentrationen von Sexualhormonen und der Veränderungen des endogenen Opiat-Systems, keine unbeeinflußte Untersuchung einzelner Streßhormon-Systeme. Deshalb war es sinnvoller, sich dem Tiermodell der HAB/LAB-Ratten zuzuwenden, das pathophysiologische Veränderungen der Emotionalität vorweist. Hier konnte die Assoziation von verhaltensbiologischen und neuroendokrinen Streßreaktionen selektiv untersucht werden. Zunächst wurden die HAB/LAB-Tiere einer verhaltensbiologischen Charakterisierung unterzogen, die stabile Linien-spezifische Verhaltens-Unterschiede unter allen untersuchten Bedingungen bestätigen konnte. Die neuroendokrine Charakterisierung der Zuchttiere zeigte bei HAB-Männchen eine Assoziation der extremen Ängstlichkeit mit einer erhöhten Reaktivität der HPA-Achse auf einen emotionalen Stressor (open-arm). Jedoch konnte weder im Blut noch im PVN unter basalen oder stimulierten Konditionen eine differentielle Freisetzung von OXT gezeigt werden. Mit diesem Ergebnis konnte kein kausaler Zusammenhang des Linien-spezifisch unterschiedlichen Angstverhaltens und der unterschiedlichen Reaktivität der HPA-Achse auf Streß mit der zentralen oder peripheren OXT-Freisetzung festgestellt werden. Da jedoch eine erhöhte basale und Schwimmstreßinduzierte Freisetzung von AVP im PVN männlicher HABs ermittelt werden konnte, wurden weitere Untersuchungen bezüglich dieses Neuropetides unternommen. So konnte bei männlichen HAB-Ratten mittels in situ Hybridisierung eine signifikant höhere basale Expression von AVP-mRNA in magnozellulären Neuronen des PVN nachgewiesen werden. Die periphere AVP-Sekretion unter basalen und open-arm-stimulierten Konditionen zeigte weder Unterschiede zwischen HABs und LABs noch eine effektive Stimulation durch Streß- Exposition, so daß die erhöhte AVP-mRNA-Expression bei HABs die Grundlage für die gesteigerte zentrale Freisetzung bilden dürfte. Diese Ergebnisse signalisieren eine Interaktion von extremem Angstverhalten, erhöhter Streßreaktivität der HPA-Achse und gesteigerter Freisetzung von AVP im PVN bei HAB-Ratten. Unterstützt wurde diese Theorie auch durch die Normalisierung des pathologischen Dex/CRH-Tests bei HABs durch Applikation eines AVP-Antagonisten. Trotz dieser überzeugenden Hinweise sollten noch weitere Untersuchungen folgen, die durch Ausschalten der hypothalamischen AVP-Freisetzung mittels Antagonisten oder antisense targeting die Kausalität dieser Zusammenhänge klären könnten. Neben der gesteigerten Reaktivität der HPA-Achse zeigten HAB-Ratten eine höhere periphere Freisetzung von Prolaktin unter basalen und Streß-stimulierten Bedingungen. Da dieses Ergebnis u. a. eine differentielle Aktivierung des zentralen Dopaminund /oder Serotonin-Systems andeutet, sollten auch in dieser Hinsicht weitere Untersuchungen erfolgen, da auch diese Neurotransmitter mittelbaren oder unmittelbaren Einfluß auf die HPA-Achse ausüben können und zudem bei der Entstehung von Angst- /Depressions-Erkrankungen beteiligt zu sein scheinen. Wie durch die cross-mating-Studie bestätigt, liegt bei HAB/LAB-Ratten eine eindeutige genetische Determination des zwischen den Linien differierenden angstbezogenen Verhaltens vor. Die Untersuchung perinataler Faktoren ergab zwar eine mögliche hormonelle Beeinflussung von HAB-Föten durch eine chronisch erhöhte Plasmakonzentration mütterlichen Corticosterons, jedoch dürfte diese allenfalls einen modulierenden Einfluß auf die fötale Entwicklung haben. So bietet dieses Tiermodell einzigartige Möglichkeiten nicht nur zum Studium der neuroendokrinen Grundlagen psychopathologischer Emotionalität sondern auch der genetischen Korrelate. Solche genetischen Studien, z. B. die Suche nach "quantitative trait loci" oder genetische Assoziationsstudien bei den HAB/LAB-Ratten werden möglicherweise einen großen Beitrag zum Verständnis der Entstehung psychiatrischer Erkrankungen beim Menschen leisten und zu einer spezifischeren pharmakologischen Therapie führen können.

El género Plagiobothrys está representado en Chile por 21 taxa. Existen también otras especies de este género en Argentina, Bolivia, Péru, Ecuador y Colombia. El género Pectocarya está representado en Chile por 4 especies. Este género también tiene especies en Argentina, Péru y Bolivia. Plagiobothrys y Pectocarya se diferencian fundamentalmente por la morfología de las clusas. Plagiobothrys presenta clusas sin márgenes dentados o doblados y sin pelos con garras. Además, las clusas están incluídas en el cáliz. Pectocarya presenta típicamente los márgenes de las clusas con dientes o doblados y con pelos con garras. Las clusas no están incluídas en el cáliz, sino que se presentan dispuestas laxamente sobre los sépalos. Pectocarya presenta nectarios con papilas alargadas, en cambio Plagiobothrys presenta nectarios con papilas muy cortas. Los caracteres que presentan mayor valor diagnóstico para separar las especies de Plagiobothrys y Pectocarya son: a) morfología de las clusas (superficie, cicatriz forma y tamaño), b) inflorescencia, c) morfología floral (tamaño y forma de la corola, tipo de nectario, tipo de polen) como también algunos caracteres vegetativos como la pilosidad y forma de las hojas. Ambos géneros se caracterizan por presentar un número básico de cromosomas x=12. En Plagiobothrys las secciones Plagiobothrys y Echidiocarya tienen especies diploides con un 2n=24. En la sección Allocarya hay especies con 2n=36, 48, 72. La sección Pectocarya del género Pectocarya presenta típicamente especies con un 2n=24, 60, 72. Se describen dos nuevas especies de Plagiobothrys para Chile: P. magellanicus N. Horn y P. corniculatus N. Horn. En Chile, se reconocen las siguientes taxa de Plagiobothrys: P. collinus (Phil.) I.M. Johnst. P. fulvus (Hook. & Arnott) I.M. Johnst. P. myosotoides (Lehm.) Brand ssp. myosotoides ssp. verrucosus (Phil.) N.Horn P. pulchellus (Phil.) I.M. Johnst. P. uliginosus (Phil.) I.M. Johnst. P. pratensis (Phil.) I.M. Johnst. P. sessiliflorus (DC) N.Horn P. germainii (Phil.) I.M. Johnst. P. foliosus I.M. Johnst. P. pedicellaris (Phil.) I.M. Johnst. P. corymbosus (Ruiz & Pav.) I.M. Johnst. P. oppositifolius (Phil.) I.M. Johnst. P. vernus (Phil.) N. Horn P. procumbens (Colla) Gray P. gracilis (Ruiz & Pav.) I.M.Johnst. P. corniculatus N. Horn P. magellanicus N. Horn P. polycaulis (Phil.) I.M. Johnst. P. graminifolius (Phil.) N. Horn P. calandrinioides (Phil.) I.M. Johnst. P. humilis (Ruiz & Pav.) I.M.Johnst. El género Pectocarya está presente en Chile con las especies: P. pusilla (A.DC) Gray P. linearis (Ruiz & Pav.) DC P. dimorpha (I.M. Johnst.) I.M. Johnst. P. anomala I.M. Johnst. La mayor diversidad de especies (19) taxa de Plagiobothrys en Chile se encuentran entre la Región Metropolitana y Temuco. En el norte de Chile hay una especie y en el sur también. De las cuatro especies de Pectocarya presentes en Chile, P. linearis es la que presenta la mayor distribución, desde Perú por el norte hasta la Región Metropolitana por el sur en Chile.