Germline-Specific MATH-BTB Substrate Adaptor MAB1 Regulates Spindle Length and Nuclei Identity in Maize

Germline and early embryo development constitute ideal model systems to study the establishment of polarity, cell identity, and asymmetric cell divisions (ACDs) in plants. We describe here the function of the MATH-BTB domain protein MAB1 that is exclusively expressed in the germ lineages and the zygote of maize (Zea mays). mab1 (RNA interference [RNAi]) mutant plants display chromosome segregation defects and short spindles during meiosis that cause insufficient separation and migration of nuclei. After the meiosis-to-mitosis transition, two attached nuclei of similar identity are formed in mab1 (RNAi) mutants leading to an arrest of further germline development. Transient expression studies of MAB1 in tobacco (Nicotiana tabacum) Bright Yellow-2 cells revealed a cell cycle-dependent nuclear localization pattern but no direct colocalization with the spindle apparatus. MAB1 is able to form homodimers and interacts with the E3 ubiquitin ligase component Cullin 3a (CUL3a) in the cytoplasm, likely as a substrate-specific adapter protein. The microtubule-severing subunit p60 of katanin was identified as a candidate substrate for MAB1, suggesting that MAB1 resembles the animal key ACD regulator Maternal Effect Lethal 26 (MEL-26). In summary, our findings provide further evidence for the importance of posttranslational regulation for asymmetric divisions and germline progression in plants and identified an unstable key protein that seems to be involved in regulating the stability of a spindle apparatus regulator(s).

Chiral HPLC analysis of donepezil, 5-O-desmethyl donepezil and 6-O-desmethyl donepezil in culture medium: application to fungal biotransformation studies

An high performance liquid chromatography (HPLC) method for the enantioselective determination of donepezil (DPZ), 5-O-desmethyl donepezil (5-ODD), and 6-O-desmethyl donepezil (6-ODD) in Czapek culture medium to be applied to biotransformation studies with fungi is described for the first time. The HPLC analysis was carried out using a Chiralpak AD-H column with hexane/ethanol/methanol (75:20:5, v/v/v) plus 0.3 % triethylamine as mobile phase and UV detection at 270 nm. Sample preparation was carried out by liquid-liquid extraction using ethyl acetate as extractor solvent. The method was linear over the concentration range of 100-10,000 ng mL(-1) for each enantiomer of DPZ (r a parts per thousand yenaEuro parts per thousand 0.9985) and of 100-5,000 ng mL(-1) for each enantiomer of 5-ODD (r a parts per thousand yenaEuro parts per thousand 0.9977) and 6-ODD (r a parts per thousand yenaEuro parts per thousand 0.9951). Within-day and between-day precision and accuracy evaluated by relative standard deviations and relative errors, respectively, were lower than 15 % for all analytes. The validated method was used to assess DPZ biotransformation by the fungi Beauveria bassiana American Type Culture Collection (ATCC) 7159 and Cunninghamella elegans ATCC 10028B. Using the fungus B. bassiana ATCC 7159, a predominant formation of (R)-5-ODD was observed while for the fungus C. elegans ATCC 10028B, DPZ was biotransformed to (R)-6-ODD with an enantiomeric excess of 100 %.

Endophytic fungi from Vitis labrusca L. ('Niagara Rosada') and its potential for the biological control of Fusarium oxysporum

We investigated the diversity of endophytic fungi found on grape (Vitis labrusca cv. Niagara Rosada) leaves collected from Salesopolis, SP, Brazil. The fungi were isolated and characterized by amplified ribosomal DNA restriction analysis, followed by sequencing of the ITS1-5.8S-ITS2 rDNA. In addition, the ability of these endophytic fungi to inhibit the grapevine pathogen Fusarium oxysporum f. sp herbemontis was determined in vitro. We also observed that the climatic factors, such as temperature and rainfall, have no effect on the frequency of infection by endophytic fungi. The endophytic fungal community that was identified included Aporospora terricola, Aureobasidium pullulans, Bjerkandera adusta, Colletotrichum boninense, C. gloeosporioides, Diaporthe helianthi, D. phaseolorum, Epicoccum nigrum, Flavodon flavus, Fusarium subglutinans, F. sacchari, Guignardia mangiferae, Lenzites elegans, Paraphaeosphaeria pilleata, Phanerochaete sordida, Phyllosticta sp, Pleurotus nebrodensis, Preussia africana, Tinctoporellus epiniltinus, and Xylaria berteri. Among these isolates, two, C. gloeosporioides and F. flavus, showed potential antagonistic activity against F. oxysporum f. sp herbemontis. We suggest the involvement of the fungal endophyte community of V. labrusca in protecting the host plant against pathogenic Fusarium species. Possibly, some endophytic isolates could be selected for the development of biological control agents for grape fungal disease; alternatively, management strategies could be tailored to increase these beneficial fungi.

Predicting the connectivity of primate cortical networks from topological and spatial node properties

Abstract Background The organization of the connectivity between mammalian cortical areas has become a major subject of study, because of its important role in scaffolding the macroscopic aspects of animal behavior and intelligence. In this study we present a computational reconstruction approach to the problem of network organization, by considering the topological and spatial features of each area in the primate cerebral cortex as subsidy for the reconstruction of the global cortical network connectivity. Starting with all areas being disconnected, pairs of areas with similar sets of features are linked together, in an attempt to recover the original network structure. Results Inferring primate cortical connectivity from the properties of the nodes, remarkably good reconstructions of the global network organization could be obtained, with the topological features allowing slightly superior accuracy to the spatial ones. Analogous reconstruction attempts for the C. elegans neuronal network resulted in substantially poorer recovery, indicating that cortical area interconnections are relatively stronger related to the considered topological and spatial properties than neuronal projections in the nematode. Conclusion The close relationship between area-based features and global connectivity may hint on developmental rules and constraints for cortical networks. Particularly, differences between the predictions from topological and spatial properties, together with the poorer recovery resulting from spatial properties, indicate that the organization of cortical networks is not entirely determined by spatial constraints.

Klonierung, Charakterisierung und Funktion der beiden SAPK-Mitglieder JNK und p38 MAPK des marinen Schwamms S. domuncula

Zusammenfassung der Dissertation von Markus Böhm 'Klonierung, Sequenzierung und Funktion der beiden SAPK-Mitglieder JNK und p38 MAPK des marinen Schwamms S. domuncula' am Fachbereich Biologie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz: Da Schwämme zu den einfachsten Metazoen gehören, eignen sie sich gut zur Erforschung von Signaltransduktionsprozessen. Die SAPKs stellen hoch konservierte Signalmoleküle dar, die durch viele Zellstress-auslösende Faktoren aktiviert werden und in zahlreichen biologischen Prozessen involviert sind.Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei SAPK-Gene aus S. domuncula isoliert. Ihre abgeleiteten Aminosäuresequenzen wiesen die höchsten Homologien zu den Mitgliedern der SAPK1/JNK- und SAPK2/p38 MAPK-Subfamilie der Metazoen auf. Die geringste Übereinstimmung existierte gegenüber der einzigen SAPK der Hefe (HOG1). Beide Gene des Schwamms besaßen zudem eine außerordentlich hohe Übereinstimmung hinsichtlich ihrer Exon/Intron-Strukturen. Diese Ergebnisse deuten daraufhin, dass die SAPKs der multizellulären Tiere durch Duplikation eines HOG1-verwandten Vorläufergens entstanden sind. Durch den Vergleich der Intronpositionen mit denen von SAPK-Genen aus D. melanogaster, C. elegans und H. sapiens wurde ersichtlich, dass die Positionen der nichtkodierenden Sequenzbereiche dieser Gene hoch konserviert sind. Western Blot-Analysen demonstrierten, dass beide Schwamm-Kinasen durch hyperosmotischen Stress, LPS und den Phosphataseinhibitor Okadainsäure aktiviert werden. Außerdem wurde durch Versuche mit HOG1-defizienten Hefemutanten gezeigt, dass sie die Funktion des HOG1-Proteins in S. cerevisiae vollständig übernehmen können. Da die aktivierten Kinasen des Schwamms wie HOG1 im Nukleus der Hefezellen akkumuliert werden, müssen die Kerntransportmechanismen der SAPKs ebenfalls evolutionär erhalten sein.

Die Prozessierung des humanen Amyloid-Vorläuferproteins im Verlauf der replikativen Seneszenz

Die Alterung stellt den größten Risikofaktor für die Entwicklung der Alzheimer Krankheit dar, wobei die biochemische Basis dieser Korrelation bisher nicht bekannt ist. Ein möglicherweise zentraler Mechanismus der Alzheimer Pathologie wird durch die Prozessierung von APP repräsentiert, die in der Synthese von Aβ resultiert. Der Einfluss zellulärer Alterung auf die Biochemie der APP-Prozessierung ist bislang weitestgehend ungeklärt. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die Prozessierung von endogenem APP im Verlauf der Zellalterung humaner Fibroblasten progressiv verringert wird. Die Bildung der intrazellulären APP-Spaltfragmente (C99, C83 und AICD) nahm mit zunehmender Lebensspanne ab und war gleichfalls mit einer reduzierten Synthese von extrazellulären APP-Fragmenten (sAPP, sAPPα) verbunden. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass die Reifung von APP in seneszenten Zellen selektiv reduziert war, und dass dies durch altersabhängig erhöhte zelluläre Cholesterolspiegel vermittelt wurde. Von den APP-prozessierenden Sekretasen waren die Proteinspiegel von Presenilin-1 und Nicastrin, beides Komponenten der γ-Sekretase, im Verlauf der Zellalterung graduell verringert. Dies hatte einen progressiven Rückgang der enzymatischen Aktivität der γ-Sekretase zur Folge, wodurch die Prozessierung von APP unmittelbar reduziert wurde. Die Proteinspiegel von ADAM10, einer α-Sekretase, sowie der β-Sekretase, BACE, wiesen keine Altersregulation auf, aber interessanterweise wurde eine erhöhte enzymatische Aktivität der β-Sekretase in seneszenten Zellen nachgewiesen. Die γ-Sekretase sowie BACE sind in Lipid Rafts lokalisiert, geordneten Membransubdomänen, die hohe Cholesterol- und Caveolin-1-Spiegel aufweisen. Obwohl das Gesamtniveau dieser strukturellen Komponenten von Lipid Rafts in seneszenten Zellen erhöht war, war die Assoziation beider Moleküle mit Lipid Rafts reduziert und sie akkumulierten in speziellen Organellen, die höchstwahrscheinlich Lipidkörper darstellen. Somit wurde gezeigt, dass Lipid Rafts im Zuge der Zellalterung disintegrieren beziehungsweise in ihrem Gesamtspiegel reduziert waren. Diese altersabhängige Membranmodifikation war mit einer veränderten Verteilung von Presenilin-1 und BACE zwischen der Lipid Raft und der Nicht Raft Fraktion der Membran verbunden, die möglicherweise das Potential dieser Enzyme zur Prozessierung von APP reduzierte. In einem zweiten Teil der Arbeit wurden transgene C. elegans konstruiert, die humanes APP exprimieren, das C-terminal an GFP gekoppelt war. Diese Würmer wiesen eine reduzierte Fertilität, Eilegedefekte und eine verzögerte post-embryonale Entwicklung auf, die möglicherweise auf eine Transgen-vermittelte Neurodegeneration zurückgeführt werden können. Durch erste Untersuchungen der Prozessierung des Transgens konnten Spaltfragmente nachgewiesen werden, die potentiell auf eine spezifische Spaltung von APP durch die endogenen Sekretasen schließen lassen. Somit werden die Prozessierung sowie die Reifung von APP durch die altersabhängige Modifikationen zellulärer Biochemie nachhaltig beeinflusst. Zukünftige Studien sollen zeigen, ob sich diese zellulären Zusammenhänge in den Gesamtorganismus C. elegans übertragen lassen. Des Weiteren sollen die altersabhängigen zellulären Veränderungen, insbesondere des Cholesterol-Metabolismus und der Sekretaseaktivitäten, weitergehend analysiert werden, um zusätzliche Erkenntnisse über altersassoziierte Regulationen möglicher therapeutischer Ziele der Alzheimer Erkrankung zu gewinnen.

Revision der paläarktischen Arten der Gattung Lygus Hahn (Heteroptera, Miridae)

Als Ergebnis der Revision der Gattung Lygus Hahn (Heteroptera, Miridae, Insecta) wurden die fünf neuen Arten beschrieben: L. sibiricus Aglyamzyanov, 1990, L. orientis Aglyamzyanov, 1994, L. izyaslavi Aglyamzyanov, 1994, L. monticola Aglyamzyanov, 1994 und L. martensi Aglyamzyanov, 2003. Die vier Speziessnamen wurden synonymisiert: L. dracunculi Josifov, 1992, L. alashanensis Qi, 1993, L. renati Schwartz, 1998 (L. elegans Aglyamzyanov, 1994) = L. poluensis (Wagner, 1967) und L. kerzhneri Qi, 1993 = L. punctatus (Zetterstedt, 1838). Artstatus von L. israelensis Linnavuori, 1962 wurde wiederhergestellt. Nach aktuellen Angaben wurden in der Paläarktis 19 Lygus-Arten festgestellt: L. discrepans Reuter, 1906; L. gemellatus (Herrich-Schaeffer, 1835); L. hsiaoi Zheng & Yu, 1992; L. israelensis Linnavuori, 1962; L. italicus Wagner, 1950; L. izyaslavi Aglyamzyanov, 1994; L. maritimus Wagner, 1949; L. martensi Aglyamzyanov, 2003; L. monticola Aglyamzyanov, 1994; L. orientis Aglyamzyanov, 1994; L. pachycnemis Reuter, 1879; L. paradiscrepans Zheng & Yu, 1992; L. poluensis (Wagner, 1967); L. pratensis (Linnaeus, 1758); L. punctatus (Zetterstedt, 1838); L. rugulipennis Poppius, 1911; L. sibiricus Aglyamzyanov, 1990; L. tibetanus Zheng & Yu, 1992 und L. wagneri Remane, 1955. Es wurden die diagnostischen Merkmale analysiert, eine Bestimmungstabelle erstellt und die Areale der Verbreitung der einigen Arten präzisiert.

Die Beteiligung von wildtypischer SOD1 an der Pathogenese der SOD1-vermittelten amyotrophen Lateralsklerose (ALS1)

Bei der amyotrophen Lateralsklerose 1 (ALS1) handelt es sich um eine altersabhängige Motoneuronenerkrankung, die durch Mutationen im Gen der Cu/Zn-Superoxid Dismutase (hSOD1mut) ausgelöst wird. Die toxischen Eigen¬schaften von hSOD1mut (z. B. Aggregations- oder oxidative Stress-Hypothese) und der Einfluss wildtypischer hSOD1 (hSOD1WT) auf den Krankheitsverlauf sind weithin ungeklärt. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Auswirkungen von hSOD1mut-hSOD1WT-Heterodimeren im Vergleich zu mutanten Homodimeren auf die Pathogenese der ALS1 zu untersuchen. Nachdem gezeigt werden konnte, dass es in humanen Zellen in der Tat zu einer Bil¬dung hetero- und homodimerer mutanter hSOD1-Spezies kommt, wurden Dimerfusionsproteine aus zwei hSOD1-Monomeren generiert, die durch einen flexiblen Peptidlinker verbunden und C-terminal mit eGFP markiert waren. Neben hSOD1WT-WT wurden hSOD1mut-mut- und hSOD1mut-WT-Dimere mit vier verschiedenen hSOD1-Mu¬tanten untersucht. Die biochemische Charakterisierung zeigte, dass alle Dimere, die wildtyp-ähnliche hSOD1mut enthielten, eine Dismutaseaktivität aufwiesen. Im Gegensatz dazu war das Homodimer aus zwei metalldefizienten hSOD1G85R inaktiv, wobei interessanterweise hSOD1G85R mit hSOD1WT ein Dismutase-aktives Dimer bilden konnte. Sowohl in Zellkultursystemen als auch in einem C. elegans-Modell bildeten alle mutanten Homodimere vermehrt Aggregate im Vergleich zu den dazugehörigen Heterodimeren. Dieses Aggregationsverhalten korrelierte aber nicht mit der Toxizität der Dimerproteine in Überlebensassays und einer C. elegans Bewe¬gungs¬analyse. In diesen funktionellen Studien assoziierte die Toxizität der dimeren Fusionsproteine mit der enzy¬matischen Aktivität. In Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen konnte gezeigt werden, dass hSOD1WT nicht in hSOD1mut-abhängigen Aggregaten vorkommt. Die Ergebnisse dieser Studie sprechen gegen die Aggregation als primäre toxische Eigen¬schaft der hSOD1mut und unterstützen die oxidative Stress-Hypothese. Dis¬mutase-inaktive hSOD1mut können eine untypische Enzymaktivität durch die Heterodimerisierung mit hSODWT erlangen, die auf diese Weise maßgeblich an der Pathogenese der ALS1 beteiligt sein könnte.

Untersuchung neuer hochwirksamer neuroprotektiver Antioxidantien in experimentellen Modellen der Parkinsonschen Krankheit

Bei der Parkinsonschen Krankheit kommt es zu einer selektiven Degeneration der dopaminergen Neurone in der Substantia nigra pars compacta. Die Rolle des oxidativen Stresses in der Pathogenese dieser Erkrankung konnte an post mortem Untersuchungen der Parkinson-Patienten, wie auch an zahlreichen in vitro und in vivo Modellen bestätigt werden. Die Anwendung von Antioxidantien wurde als therapeutische Strategie der Parkinsonschen Krankheit vorgeschlagen. In dieser Hinsicht wurden bereits antioxidative Substanzen in klinischen Studien evaluiert. Klinische Studien mit Antioxidantien haben jedoch bislang nur wenig überzeugende Ergebnisse erbracht, mit Ausnahme des Einsatzes des Ubichinons (Coenzym Q). Eine kritische Analyse der klinischen Studien lässt zusammenfassen, dass auf Seiten der verwendeten Antioxidantien noch massiver Optimierungsbedarf besteht. Für einen erfolgreichen therapeutischen Einsatz von Antioxidantien bei dieser Krankheit sind folgende Eigenschaften der Substanzen von höchster Bedeutung: i) maximale neuroprotektive Aktivität bei geringen Dosen; ii) geringe Nebenwirkungen; iii) eine hohe Blut-Hirn-Schrankengängigkeit.In dieser Arbeit wurde das neuroprotektive Potential von drei Bisarylimin-basierten antioxidativen Strukturen (Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin) in in vitro und in vivo Parkinson-Modellsystemen evaluiert. Beide experimentellen Modelle basieren auf der Wirkung der mitochondrialen Komplex I Inhibitoren 1-Methyl-4-Phenylpyridin (MPP+) und Rotenon, welche pathophysiologische Charakteristika der Parkinsonschen Krankheit reproduzieren. Unsere in vitro Untersuchungen an primären Neuronen des Mittelhirns und der klonalen SH-SY5Y-Neuroblastomazelllinie konnten zeigen, dass die Komplex I Inhibition krankheitsspezifische zelluläre Merkmale induziert, wie die Abnahme der antioxidativen Verteidigungskapazität und Verlust des mitochondrialen Membranpotentials. Zusätzlich kommt es in primären Neuronen des Mittelhirns zur selektiven Degeneration dopaminerger Neurone, welche in der Parkinsonschen Erkrankung besonders betroffen sind. Ko-Inkubation der in vitro Modelle mit Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin in niedrigen Konzentrationen (50 nM) halten die pathologischen Prozesse fast vollständig auf. In vivo Untersuchungen am MPP+- und Rotenon-basierten Caenorhabditis elegans (C. elegans) Modell bestätigen das neuroprotektive Potential der Bisarylimine. Hierfür wurde eine transgene C. elegans Linie mithilfe einer dopaminerg spezifischen DsRed2- (Variante des rot fluoreszierenden Proteins von Discosoma sp.)-Expression und pan-neuronaler CFP- (cyan fluoreszierendes Protein)-Expression zur Visualisierung der dopaminergen Neuronenpopulation in Kontrast zum Gesamtnervensystem erstellt. Behandlung des C. elegans mit MPP+ und Rotenon im larvalen und adulten Stadium führt zu einer selektiven Degeneration dopaminerger Neurone, sowie zum Entwicklungsarrest der larvalen Population. Die dopaminerge Neurodegeneration, wie auch weitere phänotypische Merkmale des C. elegans Modells, können durch Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin in niedrigen Konzentrationen (500 nM) komplett verhindert werden. Ein systemischer Vergleich aromatischer Bisarylimine mit bekannten, gut charakterisierten Antioxidantien, wie α-Tocopherol (Vitamin E), Epigallocatechingallat und β-Catechin, zeigt, dass effektive Konzentrationen für Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin um Zehnerpotenzen niedriger liegen im Vergleich zu natürlichen Antioxidantien. Der Wirkungsmechanismus der Bisarylimine konnte in biochemischen und in vitro Analysen, sowie in Verhaltensuntersuchungen an C. elegans von der Wirkungsweise strukturell ähnlicher, neuroleptisch wirkender Phenothiazin-Derivate differenziert werden. Die Analyse des dopaminerg-gesteuerten Verhaltens (Beweglichkeit) in C. elegans konnte verdeutlichen, dass antioxidative und Dopaminrezeptor-bindende Eigenschaften der Bisaryliminstrukturen sich gegenseitig ausschließen. Diese qualitativen Merkmale unterscheiden Bisarylimine fundamental von klinisch angewandten Neuroleptika (Phenothiazin-Derivate), welche als Dopaminrezeptor-Antagonisten zur Behandlung psychischer Erkrankungen klinisch eingesetzt werden.Aromatische Bisarylimine (Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin) besitzen günstige strukturelle Eigenschaften zur antioxidativ-basierter Neuroprotektion. Durch die Anwesenheit der antioxidativ wirkenden, nicht-substituierten Iminogruppe unterscheiden sich Bisarylimine grundlegend von neuroleptisch-wirkenden Phenothiazin-Derivaten. Wichtige strukturelle Voraussetzungen eines erfolgreichen antioxidativen Neuropharmakons, wie eine hohe Radikalisierbarkeit, die stabile Radikalform und der lipophile Charakter des aromatischen Ringsystems, werden in der Bisaryliminstruktur erfüllt. Antioxidative Bisarylimine könnten in der Therapie der Parkinsonschen Krankheit als eine effektive neuroprotektiv-therapeutische Strategie weiter entwickelt werden.

Untersuchungen zur Wirkung des Ginkgo-biloba-Extraktes EGb 761 auf die Proteinaggregation in der Huntington-Krankheit

Der Ginkgo biloba-Extrakt EGb 761 besteht aus einer Reihe pharmakologisch wirksamer Substanzen, welche gut beschriebene Wirkungen auf verschiedene potentiell zytoprotektive Signalwege ausüben und u.a. antioxidative Wirksamkeit haben. Folglich wurde EGb 761 bisher als eine natürliche Behandlung bei neurodegenerativen Erkrankungen mit zellulärem oxidativen Stress angewendet, einschließlich der Alzheimer-Krankheit (AD). Aufgrund von vielen gemeinsamen Merkmalen zwischen der AD und der Huntington-Krankheit (HD) wurde vermutet, dass EGb 761 eventuell auch positive Wirksamkeit bei der HD aufweisen könnte. rnDie Neuropathologie der HD wird durch pathologische Verlängerung an Glutamin-Wiederholungen im Huntingtin-Protein (polyQ-Protein) verursacht, wodurch es zu Fehlfaltungen im Protein kommt und hierdurch der proteasomale Abbau aberranter Proteine erschwert wird. Somit sollten in der vorliegenden Arbeit die EGb 761-Wirkungen auf die Proteasom-Aktivität und die Proteinaggregation in zellulären Modellen der HD untersucht werden. rnWie die ersten Untersuchungen in nativen HEK293-Zellen ergaben, bewirkte die Behandlung der Zellen mit EGb 761 eine Steigerung der basalen Proteasom-Aktivität sowie des proteasomalen Proteinabbaus und erhöhte die Transkription proteasomaler Gene. Hieraus ergaben sich Untersuchungen in Zellen mit Expressionen pathologischer Varianten von polyQ-Proteinen als zelluläre Modelle der HD. Hierbei konnte festgestellt werden, dass die Expression aberranter polyQ-Proteine eine verminderte zelluläre Proteasom-Aktivität bewirkte. Interessanterweise verursachte EGb 761 eine Abmilderung der pathologisch-induzierten verminderten Proteasom-Aktivität, in dem die EGb 761-Behandlung der Zellen zu einer erhöhten Proteasom-Aktivität, einem verbesserten proteasomalen Proteinabbau, sowie zu einer erhöhten Transkription proteasomaler Gene führte. Da diese EGb 761-Effekte unabhängig von der Expression aberranter polyQ-Proteine waren, demonstrierten diese Ergebnisse eine allgemeine EGb 761-Wirkungen auf die Proteasom-Aktivität. Anhand dieser Ergebnisse sollten anschließend weitere Untersuchungen mit zellulären Modellen der HD die genau Wirkung von EGb 761 auf die Degradation von abnormal verlängerten polyQ-Proteinen sowie auf die Bildung von polyQ-Aggregaten klären. rnHier konnte gezeigt werden, dass die Expression aberranter polyQ-Proteinen zu einer Akkumulation von SDS-resistenten bzw. SDS-unlöslichen, aggregierten polyQ-Proteinen führte, sowie die Bildung von sichtbaren polyQ-Aggregaten in Zellen bewirkte. Hierbei verursachte eine EGb 761-Behandlung der Zellen eine signifikante Verminderung im Gehalt an SDS-resistenten polyQ-Proteinen sowie eine Reduzierung von Aggregat-tragenden Zellen. Zudem konnte gezeigt werden, dass eine pharmakologische Inhibition des Proteasoms in EGb 761-behandelten Zellen, den Gehalt an SDS-unlöslichen polyQ-Proteinaggregate wieder erhöhte und somit den Effekt von EGb 761 aufhob. Folglich zeigten diese Ergebnisse, dass die EGb 761-induzierte Reduzierung der polyQ-Proteinaggregate durch einen effizienteren proteasomalen Abbau von fehlgefalteten, aberranten polyQ-Proteinen bewirkte wurde. rnAufbauend auf diesen Ergebnissen wurde eine experimentell-therapeutische Anwendung von EGb 761 in Modellen der HD in vitro und in vivo überprüft und hierzu primäre humane Fibroblasten sowie transgene C. elegans Würmer mit Expressionen aberranter polyQ-Proteine untersucht. Interessanterweise konnte in vitro und in vivo gezeigt werden, dass die EGb 761-Behandlung auch hier eine Reduzierung von SDS-unlöslichen polyQ-Proteinen bewirkte und zudem eine Reduzierung des pathologisch erhöhten Gehalts an Polyubiquitin-Proteinen bewirkte. Folglich wurde auch hier vermutet, dass EGb 761 einen verbesserten proteasomalen Abbau von polyQ-Proteinen induzierte und dies eine Verminderung der polyQ-Proteinaggregate verursachte. Darüber hinaus führte die EGb 761-Behandlung von seneszenten Fibroblasten zur Reduzierung von altersabhängig erhöhten Mengen von polyQ-Aggregaten, wodurch ein therapeutischer Effekt auf den proteasomalen Abbau der polyQ-Proteine verdeutlicht wurde. Zusätzlich konnte in polyQ-transgenen C. elegans demonstriert werden, dass eine EGb 761-Behandlung die Abmilderung eines typischen pathologischen Phänotyps bewirkte, indem eine polyQ-induzierte verminderte Motilität der Nematoden verbessert wurde und hierdurch eine positive EGb 761-Wirkung auf die Pathologie der HD in vivo dargestellt wurde. rnZusammenfassend konnten in dieser Arbeit neue Wirkungen von EGb 761 in der HD demonstriert werden. Hierbei wurde gezeigt, dass EGb 761 die Aggregation von pathogenen aberranten polyQ-Proteinen in vitro und in vivo reduziert, indem eine effizientere Degradation von polyQ-Proteinen erfolgt. Somit könnte diese Wirkungen von EGb 761 eine potentiell therapeutische Anwendung in der HD und ähnliche neurodegenerativen Erkrankungen darstellen.

Holocentric chromosomes: convergent evolution, meiotic adaptations, and genomic analysis

In most eukaryotes, the kinetochore protein complex assembles at a single locus termed the centromere to attach chromosomes to spindle microtubules. Holocentric chromosomes have the unusual property of attaching to spindle microtubules along their entire length. Our mechanistic understanding of holocentric chromosome function is derived largely from studies in the nematode Caenorhabditis elegans, but holocentric chromosomes are found over a broad range of animal and plant species. In this review, we describe how holocentricity may be identified through cytological and molecular methods. By surveying the diversity of organisms with holocentric chromosomes, we estimate that the trait has arisen at least 13 independent times (four times in plants and at least nine times in animals). Holocentric chromosomes have inherent problems in meiosis because bivalents can attach to spindles in a random fashion. Interestingly, there are several solutions that have evolved to allow accurate meiotic segregation of holocentric chromosomes. Lastly, we describe how extensive genome sequencing and experiments in nonmodel organisms may allow holocentric chromosomes to shed light on general principles of chromosome segregation.

Fgfrl1, a fibroblast growth factor receptor-like gene, is found in the cephalochordate Branchiostoma floridae but not in the urochordate Ciona intestinalis

FGFRL1 is a novel member of the fibroblast growth factor receptor family that controls the formation of musculoskeletal tissues. Some vertebrates, including man, cow, dog, mouse, rat and chicken, possess a single copy the FGFRL1 gene. Teleostean fish have two copies, fgfrl1a and fgfrl1b, because they have undergone a whole genome duplication. Vertebrates belong to the chordates, a phylum that also includes the subphyla of the cephalochordates (e.g. Branchiostoma floridae) and urochordates (tunicates, e.g. Ciona intestinalis). We therefore investigated whether other chordates might also possess an FGFRL1 related gene. In fact, a homologous gene was found in B. floridae (amphioxus). The corresponding protein showed 60% sequence identity with the human protein and all sequence motifs identified in the vertebrate proteins were also conserved in amphioxus Fgfrl1. In contrast, the genome of the urochordate C. intestinalis and those from more distantly related invertebrates including the insect Drosophila melanogaster and the nematode Caenorhabditis elegans did not appear to contain any related sequences. Thus, the FGFRL1 gene might have evolved just before branching of the vertebrate lineage from the other chordates.

Meprins, membrane-bound and secreted astacin metalloproteinases

The astacins are a subfamily of the metzincin superfamily of metalloproteinases. The first to be characterized was the crayfish enzyme astacin. To date more than 200 members of this family have been identified in species ranging from bacteria to humans. Astacins are involved in developmental morphogenesis, matrix assembly, tissue differentiation and digestion. Family members include the procollagen C-proteinase (BMP1, bone morphogenetic protein 1), tolloid and mammalian tolloid-like, HMP (Hydra vulgaris metalloproteinase), sea urchin BP10 (blastula protein) and SPAN (Strongylocentrotus purpuratus astacin), the 'hatching' subfamily comprising alveolin, ovastacin, LCE, HCE ('low' and 'high' choriolytic enzymes), nephrosin (from carp head kidney), UVS.2 from frog, and the meprins. In the human and mouse genomes, there are six astacin family genes (two meprins, three BMP1/tolloid-like, one ovastacin), but in Caenorhabditis elegans there are 40. Meprins are the only astacin proteinases that function on the membrane and extracellularly by virtue of the fact that they can be membrane-bound or secreted. They are unique in their domain structure and covalent subunit dimerization, oligomerization propensities, and expression patterns. They are normally highly regulated at the transcriptional and post-translational levels, localize to specific membranes or extracellular spaces, and can hydrolyse biologically active peptides, cytokines, extracellular matrix (ECM) proteins and cell-surface proteins. The in vivo substrates of meprins are unknown, but the abundant expression of these proteinases in the epithelial cells of the intestine, kidney and skin provide clues to their functions.

Haemonchus contortus acetylcholine receptors of the DEG-3 subfamily and their role in sensitivity to monepantel

Gastro-intestinal nematodes in ruminants, especially Haemonchus contortus, are a global threat to sheep and cattle farming. The emergence of drug resistance, and even multi-drug resistance to the currently available classes of broad spectrum anthelmintics, further stresses the need for new drugs active against gastro-intestinal nematodes. A novel chemical class of synthetic anthelmintics, the Amino-Acetonitrile Derivatives (AADs), was recently discovered and the drug candidate AAD-1566 (monepantel) was chosen for further development. Studies with Caenorhabditis elegans suggested that the AADs act via nicotinic acetylcholine receptors (nAChR) of the nematode-specific DEG-3 subfamily. Here we identify nAChR genes of the DEG-3 subfamily from H. contortus and investigate their role in AAD sensitivity. Using a novel in vitro selection procedure, mutant H. contortus populations of reduced sensitivity to AAD-1566 were obtained. Sequencing of full-length nAChR coding sequences from AAD-susceptible H. contortus and their AAD-1566-mutant progeny revealed 2 genes to be affected. In the gene monepantel-1 (Hco-mptl-1, formerly named Hc-acr-23H), a panel of mutations was observed exclusively in the AAD-mutant nematodes, including deletions at intron-exon boundaries that result in mis-spliced transcripts and premature stop codons. In the gene Hco-des-2H, the same 135 bp insertion in the 5' UTR created additional, out of frame start codons in 2 independent H. contortus AAD-mutants. Furthermore, the AAD mutants exhibited altered expression levels of the DEG-3 subfamily nAChR genes Hco-mptl-1, Hco-des-2H and Hco-deg-3H as quantified by real-time PCR. These results indicate that Hco-MPTL-1 and other nAChR subunits of the DEG-3 subfamily constitute a target for AAD action against H. contortus and that loss-of-function mutations in the corresponding genes may reduce the sensitivity to AADs.

Palaeohydrology, fires and vegetation succession in the southern Baltic during the last 7500 years reconstructed from a raised bog based on multi-proxy data

We present the first 7500 yr long multi-proxy record from a raised bog located at the southern Baltic coast, Poland. Testate amoebae, plant macrofossils, pollen and microscopic charcoal were used to reconstruct environmental changes in Pomerania (northern Poland, Kaszuby Lakeland) from a 7-m thick peat archive of Stążki bog dated 5500 BC–AD 1250. We obtained a record of proxies representing different spatial scales: regional vegetation changed simultaneously with local vegetation, and testate amoebae showed a pattern of change similar to that of pollen and plant macrofossils. On the basis of the combined proxies, we distinguished three hydroclimatic stages: moist conditions 5500–3450 BC, drier conditions with regionally increased fires up to 600 BC, and again moist conditions from 600 BC onward. During the drier interval, a first climatic shift to wetter conditions at 1700 BC is indicated by regional pollen as the replacement of Corylus by Carpinus, and locally by, e.g., the increase of Hyalosphenia elegans and mire plants such as Sphagnum sec. Cuspidata. Furthermore, we observed a correlation since 600 BC among the re-expansion of Carpinus (after a sudden decline ca. 950 BC), increased peat accumulation, increase of Hyalosphenia species, and fewer fires, suggesting lower evapotranspiration and a stable high water table in the bog. Fagus started to expand after AD 810 gradually replacing Carpinus, which was possibly due to a gradually more oceanic climate, though we cannot exclude human impact on the forests. Peat accumulation, determined by radiocarbon dating, varied with bog surface wetness. The hydroclimatic phases found in Stążki peatland are similar to moisture changes recorded in other sites from Poland and Europe. This is the first detailed record of hydroclimatic change during the Holocene in the southern Baltic region, so it forms a reference site for further studies on other southern Baltic bogs that are in progress.