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

Ludwig-Maximilians-Universität München
Fakultät für Biologie - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 06/06

Die Universitätsbibliothek (UB) verfügt über ein umfangreiches Archiv an elektronischen Medien, das von Volltextsammlungen über Zeitungsarchive, Wörterbücher und Enzyklopädien bis hin zu ausführlichen Bibliographien und mehr als 1000 Datenbanken reicht. Auf iTunes U stellt die UB unter anderem eine Auswahl an Dissertationen der Doktorandinnen und Doktoranden an der LMU bereit. (Dies ist der 6. von 6 Teilen der Sammlung 'Fakultät für Biologie - Digitale Hochschulschriften der LMU'.)

  1. 12/04/2016

    Proteomic analysis of stress responses in Daphnia

    Organisms respond to changes in their environment affecting their physiological or ecological optimum by reactions called stress responses. These stress responses may enable the organism to survive by counteracting the consequences of the environ- mental change, the stressor, and usually consist of plastic alterations of traits related to physiology, behaviour, or morphology. In the ecological model species Daphnia, the waterflea, stressors like predators or parasites are known to have an important role in adaptive evolution and have been therefore studied in great detail. However, although various aspects of stress responses in Daphnia have been analysed, molecu- lar mechanisms underlying these traits are not well understood so far. For studying unknown molecular mechanisms, untargeted ‘omics’ approaches are especially suit- able, as they may identify undescribed key players and processes. Recently, ‘omics’ approaches became available for Daphnia. Daphnia is a cosmo- politan distributed fresh water crustacean and has been in research focus for a long time because of its central role in the limnic food web. Furthermore, the responses of this organism to a variety of stressors have been intensively studied e.g. to hypoxic conditions, temperature changes, ecotoxicological relevant substances, parasites or predation. Of these environmental factors, especially predation and interactions with parasites have gained much attention, as both are known to have great influence on the structure of Daphnia populations. In the work presented in this thesis, I characterised the stress responses of Daphnia using proteomic approaches. Proteomics is particularly well suited to analyse bio- logical systems, as proteins are the main effector of nearly all biological processes. However, performing Daphnia proteomics is a challenging task due to high proteolytic activity in the samples, which most probably originate from proteases located in the gut of Daphnia, and are not inhibited by proteomics standard sample pre- paration protocols. Therefore, before performing successful proteomic approaches, I had to optimise the sample preparation step to inhibit proteolytic activity in Daph- nia samples. After succeeding with this task, I was able to analyse stress responses of Daphnia to well-studied stressors like predation and parasites. Furthermore, I stud- ied their response to microgravity exposure, a stressor not well analysed in Daphnia so far. My work on proteins involved in predator-induced phenotypic plasticity is de- scribed in chapter 2 and 3. Daphnia is a textbook example for this phenomenon and is known to show a multitude of inducible defences. For my analysis, I used the system of Daphnia magna and its predator Triops cancriformis. D. magna is known to change its morphology and to increase the stability of its carapace when exposed to the pred- ator, which has been shown to serve as an efficient protection against T. cancriformis predation. In chapter 2, I used a proteomic approach to study predator-induced traits in late-stage D. magna embryos. D. magna neonates are known to be defended against Triops immediately after the release from the brood pouch, if mothers were exposed to the predator. Therefore, the formation of the defensive traits most probably oc- curs during embryonic development. Furthermore, embryos should have reduced protease abundances, as they do not feed inside the brood pouch until release. To study proteins differing in abundance between D. magna exposed to the predator and a control group, I applied a proteomic 2D-DIGE approach, which is a gel based method and therefore enables visual monitoring of protein sample quality. I found differences in traits directly associated with known defences like cuticle proteins and chitin-modifying enzymes most probably involved in carapace stability. In addition, enzymes of the energy metabolism and the yolk protein vitellogenin indicat

  2. 02/03/2016

    Histochemical characterization of inputs to motoneurons of extraocular muscles subserving different functions

    Eye movements are important to aid vision, and they serve two main functions: to stabilize a moving visual target on the retina and to stabilize gaze during own body movements. Six types of eye movements have been evolved fulfilling this function: saccades, smooth pursuit, vestibulo-ocular reflex, optokinetic response, convergence and gaze holding. In all vertebrates the eyes are moved by six pairs of extraocular muscles that enable horizontal, vertical and rotatory eye movements. The motoneurons of these muscles are located in the oculomotor (nIII), trochlear (nIV) and abducens (nVI) nucleus in the brainstem. Motoneurons of the lateral rectus muscle (LR) in nVI and of the medial rectus muscle (MR) in nIII provide horizontal eye movements, those of inferior oblique (IO) and superior rectus muscle (SR) in nIII upward eye movements. Motoneurons of the superior oblique (SO) and the inferior rectus muscle (IR) in nIII convey downward eye movements. Recently, it was shown that each extraocular muscle is controlled by two motoneuronal groups: 1. Motoneurons of singly innervated muscle fibers (SIF) that lie within the boundaries of motonuclei providing a fast muscle contraction (twitch) and 2. motoneurons of multiply innervated muscle fibers (MIF) in the periphery of motonuclei providing a tonic muscle contraction (non-twitch). Tract-tracing studies indicate that both motoneuronal groups receive premotor inputs from different brainstem areas. A current hypothesis suggests that pathways controlling twitch motoneurons serve to generate eye movements, whereas the non-twitch system is involved in gaze holding. Lesions of inputs to the twitch motoneuron system may lead to supranuclear gaze palsies, whereas impairment of the non-twitch motoneuron system may result in gaze holding deficits, like nystagmus, or strabismus. Up to date only limited data are available about the histochemical characteristics including transmitters to the SIF- (twitch) and MIF (non-twitch) motoneurons. The present study was undertaken to investigate the histochemical profile of inputs to motoneuronal groups of individual eye muscles mediating horizontal and vertical eye movements including the inputs to MIF- and SIF motoneurons. The MIF motoneurons of the IR and MR are located in the periphery dorsolateral to nIII, close to the Edinger-Westphal nucleus (EW), which is known to contain preganglionic cholinergic neurons. Other scientists have found that the EW is composed of urocortin-positive neurons involved in food intake or stress. In order to delineate these different cell populations within the supraoculomotor area dorsal to nIII, a comparative study in different mammals was conducted to locate the cholinergic preganglionic neurons and urocortin-positive neurons. Only then, it became obvious that the cytoarchitecturally defined EW labels different cell populations in different species. In rat, ferret and human the cytoarchitecturally defined EW is composed of urocortin-positive neurons. Only in monkey the EW contains cholinergic preganglionic neurons, which lie close to the MIF-motoneurons of MR and IR in the C-group. In monkey, I performed a systematic study on the histochemical profile and transmitter inputs to the different motoneuron subgroups, including MIF- and SIF motoneurons. Brainstem sections containing prelabelled motoneurons were immunostained for the calcium-binding protein calretinin (CR), gamma-aminobutyric acid (GABA) or glutamate decarboxylase (GAD), glycine transporter 2, glycine receptor 1, and the vesicular glutamate transporters (vGlut) 1 and 2. The study on the histochemical profile of the motoneuron inputs revealed three main results: 1.The inhibitory control of SIF motoneurons for horizontal and vertical eye movements differs. Unlike previous studies in the primate a considerable GABAergic input was found to all SIF motoneuronal groups, but a glycinergic input was confined to motoneurons of the MR mediating horizontal eye movements

  3. 18/01/2016

    Untersuchungen zu den Mechanismen der Assemblierung und Disassemblierung von Desmosomen am Beispiel des Pemphigus

    Desmosomen sind spezialisierte Haftstrukturen, die die Stabilisierung des Zellverbundes gegenüber Zug- und Scherkräften gewährleisten. Dazu binden desmosomale Cadherine extrazellulär an Haftmoleküle benachbarter Zellen und sind intrazellulär unter anderem über Desmoplakin (DP) und Plakoglobin (PG) an Keratinfilamenten verankert. Insbesondere für das desmosomale Cadherin Desmoglein 3 (Dsg3), das sowohl innerhalb als auch außerhalb der Desmosomen vorkommt, wurde eine wichtige Bedeutung als Adhäsionsprotein in Keratinozyten nachgewiesen. Trotz ihrer Funktion, Widerstand gegen hohe mechanische Belastungen zu vermitteln, sind Desmosomen dynamische Strukturen, die einem stetigen Umbau unterliegen. Die Notwendigkeit einer genauen Regulierung des desmosomalen Auf- und Abbaus wird durch das Vorkommen zahlreicher vererbbarer und autoimmuner Erkrankungen unterstrichen. In der vorliegenden Arbeit wurden Mechanismen, die der geordneten Assemblierung der Desmosomen und der Disassemblierung nach Störung der desmosomalen Zell-Zell-Haftung unterliegen, untersucht. Im ersten Teil der vorliegenden Studien standen die Vorgänge der Desmosomenbildung in humanen Keratinozyten im Fokus. Adhärenskontakte und deren Zusammenwirken mit Actinfilamenten spielen eine wichtige Rolle in der Ausbildung der Desmosomen. Für die Actin-Bindeproteine Adducin und Cortactin wurde durch siRNA-Interferenzstudien eine essentielle Funktion für die Vermittlung der desmosomalen Zell-Zell-Haftung nachgewiesen. Die siRNA-induzierte Depletion von Adducin verursachte eine Reduktion der zytoskelettal-gebundenen Dsg3-Moleküle, was mit einer reduzierten Membranmobiltät korrelierte. Für Cortactin wurde eine direkte Interaktion mit Dsg3 mittels zweier unabhängiger molekularbiologischer Methoden nachgewiesen. Dies deutet auf eine direkte Rolle des Cortactins in der Regulierung der Desmosomen hin. Die siRNA-induzierte Depletion von E-Cadherin führte zum Verlust der membranständigen Lokalisation von Dsg3 und zu einer verminderten Verankerung der Dsg3-Moleküle innerhalb der zytoskelettalen Proteinfraktion. Es wurde ein Signalkomplex aus extradesmosomalen Dsg3, E-Cadherin und der Tyrosinkinase Src identifiziert, dessen Stabilität durch Src reguliert wurde. Hierbei wurden Dsg3 und E-Cadherin an Tyrosinresten durch Src phosphoryliert, deren Aktivität sowohl für die Inkorporation von Dsg3 in die Desmosomen als auch für die Reifung der Desmosomen zu stabilen Haftkontakten essentiell war. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurden die Prozesse der desmosomalen Disassemblierung nach Inkubation mit Pemphigus vulgaris-Autoantikörpern (PV-IgG) analysiert.PV ist eine etablierte Modellerkrankung zur Untersuchung der Desmosomen-vermittelten Zelladhäsion in Keratinozyten. Die Bindung der gegen Dsg1 und Dsg3 gerichteten PV-IgGs induziert eine Reduktion der Dsg3-Proteinmengen und eine Aktivierung verschiedener Signalwege, u.a. von RhoA und PKC. Da diese Signalwege ebenfalls Adducin regulieren und PV-IgGs eine Umorganisierung des Actin-Zytoskeletts verursachen, die durch exogene Aktivierung von RhoA verhindert wird, wurde das Zusammenspiel von PV-IgGs, RhoA und Adducin untersucht. Die protektive Wirkung der RhoA-Aktivierung auf die Zell-Zell-Haftung und die Verteilung von Dsg3 nach Applikation der PV-IgGs war sowohl von der Expression als auch von der Phosphorylierung von Adducin an Serin726 abhängig. Interessanterweise verursachten PV-IgGs über den Ca2+-Einstrom und über PKC, unabhangig von RhoA, eine schnelle Phosphorylierung von Adducin an Serin726. Die durch den Ca2+-Einstrom- und PKC-vermittelte Phosphorylierung von Adducin könnte somit einen Rettungsmechanismus der Keratinozyten darstellen, der in Reaktion auf die PV-IgG-Bindung einsetzt und die desmosomale Assemblierung induziert. Ferner wurde die reduzierte Verankerung der Keratinfilamente an Desmosomen, ein weiteres Merkmal der PV-Pathogenese, mit der Aktivität von PKC korreliert. Keratinfilamente, die e

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