Cooperative effects of aminopeptidase N (CD13) expressed by nonmalignant and cancer cells within the tumor microenvironment

Processes that promote cancer progression such as angiogenesis require a functional interplay between malignant and nonmalignant cells in the tumor microenvironment. The metalloprotease aminopeptidase N (APN; CD13) is often overexpressed in tumor cells and has been implicated in angiogenesis and cancer progression. Our previous studies of APN-null mice revealed impaired neoangiogenesis in model systems without cancer cells and suggested the hypothesis that APN expressed by nonmalignant cells might promote tumor growth. We tested this hypothesis by comparing the effects of APN deficiency in allografted malignant (tumor) and nonmalignant (host) cells on tumor growth and metastasis in APN-null mice. In two independent tumor graft models, APN activity in both the tumors and the host cells cooperate to promote tumor vascularization and growth. Loss of APN expression by the host and/or the malignant cells also impaired lung metastasis in experimental mouse models. Thus, cooperation in APN expression by both cancer cells and nonmalignant stromal cells within the tumor microenvironment promotes angiogenesis, tumor growth, and metastasis.

Segmental dataset and whole body expression data do not support the hypothesis that non-random movement is an intrinsic property of Drosophila retrogenes

Background: Several studies in Drosophila have shown excessive movement of retrogenes from the X chromosome to autosomes, and that these genes are frequently expressed in the testis. This phenomenon has led to several hypotheses invoking natural selection as the process driving male-biased genes to the autosomes. Metta and Schlotterer (BMC Evol Biol 2010, 10:114) analyzed a set of retrogenes where the parental gene has been subsequently lost. They assumed that this class of retrogenes replaced the ancestral functions of the parental gene, and reported that these retrogenes, although mostly originating from movement out of the X chromosome, showed female-biased or unbiased expression. These observations led the authors to suggest that selective forces (such as meiotic sex chromosome inactivation and sexual antagonism) were not responsible for the observed pattern of retrogene movement out of the X chromosome. Results: We reanalyzed the dataset published by Metta and Schlotterer and found several issues that led us to a different conclusion. In particular, Metta and Schlotterer used a dataset combined with expression data in which significant sex-biased expression is not detectable. First, the authors used a segmental dataset where the genes selected for analysis were less testis-biased in expression than those that were excluded from the study. Second, sex-biased expression was defined by comparing male and female whole-body data and not the expression of these genes in gonadal tissues. This approach significantly reduces the probability of detecting sex-biased expressed genes, which explains why the vast majority of the genes analyzed (parental and retrogenes) were equally expressed in both males and females. Third, the female-biased expression observed by Metta and Schltterer is mostly found for parental genes located on the X chromosome, which is known to be enriched with genes with female-biased expression. Fourth, using additional gonad expression data, we found that autosomal genes analyzed by Metta and Schlotterer are less up regulated in ovaries and have higher chance to be expressed in meiotic cells of spermatogenesis when compared to X-linked genes. Conclusions: The criteria used to select retrogenes and the sex-biased expression data based on whole adult flies generated a segmental dataset of female-biased and unbiased expressed genes that was unable to detect the higher propensity of autosomal retrogenes to be expressed in males. Thus, there is no support for the authors' view that the movement of new retrogenes, which originated from X-linked parental genes, was not driven by selection. Therefore, selection-based genetic models remain the most parsimonious explanations for the observed chromosomal distribution of retrogenes.

Strategy and model building in the fourth dimension: a null model for genotype × age interaction as a Gaussian stationary stochastic process

Abstract Background Using univariate and multivariate variance components linkage analysis methods, we studied possible genotype × age interaction in cardiovascular phenotypes related to the aging process from the Framingham Heart Study. Results We found evidence for genotype × age interaction for fasting glucose and systolic blood pressure. Conclusions There is polygenic genotype × age interaction for fasting glucose and systolic blood pressure and quantitative trait locus × age interaction for a linkage signal for systolic blood pressure phenotypes located on chromosome 17 at 67 cM.

Trypanosoma livingstonei: a new species from African bats supports the bat seeding hypothesis for the Trypanosoma cruzi clade

Abstract Background Bat trypanosomes have been implicated in the evolutionary history of the T. cruzi clade, which comprises species from a wide geographic and host range in South America, Africa and Europe, including bat-restricted species and the generalist agents of human American trypanosomosis T. cruzi and T. rangeli. Methods Trypanosomes from bats (Rhinolophus landeri and Hipposideros caffer) captured in Mozambique, southeast Africa, were isolated by hemoculture. Barcoding was carried out through the V7V8 region of Small Subunit (SSU) rRNA and Fluorescent Fragment Length barcoding (FFLB). Phylogenetic inferences were based on SSU rRNA, glyceraldehyde phosphate dehydrogenase (gGAPDH) and Spliced Leader (SL) genes. Morphological characterization included light, scanning and transmission electron microscopy. Results New trypanosomes from bats clustered together forming a clade basal to a larger assemblage called the T. cruzi clade. Barcoding, phylogenetic analyses and genetic distances based on SSU rRNA and gGAPDH supported these trypanosomes as a new species, which we named Trypanosoma livingstonei n. sp. The large and highly polymorphic SL gene repeats of this species showed a copy of the 5S ribosomal RNA into the intergenic region. Unique morphological (large and broad blood trypomastigotes compatible to species of the subgenus Megatrypanum and cultures showing highly pleomorphic epimastigotes and long and slender trypomastigotes) and ultrastructural (cytostome and reservosomes) features and growth behaviour (when co-cultivated with HeLa cells at 37°C differentiated into trypomastigotes resembling the blood forms and do not invaded the cells) complemented the description of this species. Conclusion Phylogenetic inferences supported the hypothesis that Trypanosoma livingstonei n. sp. diverged from a common ancestral bat trypanosome that evolved exclusively in Chiroptera or switched at independent opportunities to mammals of several orders forming the clade T. cruzi, hence, providing further support for the bat seeding hypothesis to explain the origin of T. cruzi and T. rangeli.

Proline dehydrogenase regulates redox state and respiratory metabolism in Trypanosoma Cruzi

Over the past three decades, L-proline has become recognized as an important metabolite for trypanosomatids. It is involved in a number of key processes, including energy metabolism, resistance to oxidative and nutritional stress and osmoregulation. In addition, this amino acid supports critical parasite life cycle processes by acting as an energy source, thus enabling host-cell invasion by the parasite and subsequent parasite differentiation. In this paper, we demonstrate that L-proline is oxidized to Δ(1)-pyrroline-5-carboxylate (P5C) by the enzyme proline dehydrogenase (TcPRODH, E.C. 1.5.99.8) localized in Trypanosoma cruzi mitochondria. When expressed in its active form in Escherichia coli, TcPRODH exhibits a Km of 16.58±1.69 µM and a Vmax of 66±2 nmol/min mg. Furthermore, we demonstrate that TcPRODH is a FAD-dependent dimeric state protein. TcPRODH mRNA and protein expression are strongly upregulated in the intracellular epimastigote, a stage which requires an external supply of proline. In addition, when Saccharomyces cerevisiae null mutants for this gene (PUT1) were complemented with the TcPRODH gene, diminished free intracellular proline levels and an enhanced sensitivity to oxidative stress in comparison to the null mutant were observed, supporting the hypothesis that free proline accumulation constitutes a defense against oxidative imbalance. Finally, we show that proline oxidation increases cytochrome c oxidase activity in mitochondrial vesicles. Overall, these results demonstrate that TcPRODH is involved in proline-dependant cytoprotection during periods of oxidative imbalance and also shed light on the participation of proline in energy metabolism, which drives critical processes of the T. cruzi life cycle.

Trypanosoma livingstonei: a new species from African bats supports the bat seeding hypothesis for the Trypanosoma cruzi clade

BACKGROUND: Bat trypanosomes have been implicated in the evolutionary history of the T. cruzi clade, which comprises species from a wide geographic and host range in South America, Africa and Europe, including bat-restricted species and the generalist agents of human American trypanosomosis T. cruzi and T. rangeli. METHODS: Trypanosomes from bats (Rhinolophus landeri and Hipposideros caffer) captured in Mozambique, southeast Africa, were isolated by hemoculture. Barcoding was carried out through the V7V8 region of Small Subunit (SSU) rRNA and Fluorescent Fragment Length barcoding (FFLB). Phylogenetic inferences were based on SSU rRNA, glyceraldehyde phosphate dehydrogenase (gGAPDH) and Spliced Leader (SL) genes. Morphological characterization included light, scanning and transmission electron microscopy. RESULTS: New trypanosomes from bats clustered together forming a clade basal to a larger assemblage called the T. cruzi clade. Barcoding, phylogenetic analyses and genetic distances based on SSU rRNA and gGAPDH supported these trypanosomes as a new species, which we named Trypanosoma livingstonei n. sp. The large and highly polymorphic SL gene repeats of this species showed a copy of the 5S ribosomal RNA into the intergenic region. Unique morphological (large and broad blood trypomastigotes compatible to species of the subgenus Megatrypanum and cultures showing highly pleomorphic epimastigotes and long and slender trypomastigotes) and ultrastructural (cytostome and reservosomes) features and growth behaviour (when co-cultivated with HeLa cells at 37°C differentiated into trypomastigotes resembling the blood forms and do not invaded the cells) complemented the description of this species. CONCLUSION: Phylogenetic inferences supported the hypothesis that Trypanosoma livingstonei n. sp. diverged from a common ancestral bat trypanosome that evolved exclusively in Chiroptera or switched at independent opportunities to mammals of several orders forming the clade T. cruzi, hence, providing further support for the bat seeding hypothesis to explain the origin of T. cruzi and T. rangeli.

Genetic variability and structuring of deep Corallium rubrum (Linnaeus, 1758) populations

ABSTRACT Given the decline of shallow-water red coral populations resulting from over-exploitation and mass mortality events, deeper populations below 50 metres depth (mesophotic populations) are currently the most harvested; unfortunately, very little is known about their biology and ecology. The persistence of these populations is tightly linked to their adult density, reproductive success, larval dispersal and recruitment. Moreover, for their conservation, it is paramount understand processes such as connectivity within and among populations. Here, for the first time, genetic variability and structuring of Corallium rubrum populations collected in the Tyrrhenian Sea ranging from 58 to 118 metres were analyzed using ten microsatellite loci and two mitochondrial markers (mtMSH and MtC). The aims of the work were 1) to examine patterns of genetic diversity within each geographic area (Elba, Ischia and Praiano) and 2) to define population structuring at different spatial scales (from tens of metres to hundreds of kilometres). Based on microsatellite data set, significant deviations from Hardy-Weinberg equilibrium due to elevated heterozygote deficiencies were detected in all samples, probably related to the presence of null alleles and/or inbreeding, as was previously observed in shallow-water populations. Moreover, significant levels of genetic differentiation were observed at all spatial scale, suggesting a recent isolation of populations. Biological factors which act at small spatial scale and/or abiotic factors at larger scale (e.g. summer gyres or absence of suitable substrata for settlement) could determine this genetic isolation. Using mitochondrial markers, significant differences were found only at wider scale (between Tuscany and Campania regions). These results could be related to the different mutation rate of the molecular makers or to the occurrence of some historical links within regions. A significant isolation by distance pattern was then observed using both data sets, confirming the restricted larval dispersal capability of the species. Therefore, the hypothesis that deeper populations may act as a source of larvae helping recovery of threatened shallow-water populations is not proved. Conservation strategies have to take into account these results, and management plans of deep and currently harvested populations have to be defined at a regional or sub regional level, similarly to shallow-water populations. Nevertheless, further investigations should be needed to understand better the genetic structuring of this species in the mesophotic zone, e.g. extending studies to other Mediterranean deep-water populations.

Untersuchungen zur Beteiligung der Preseniline an den molekularen Mechanismen der Amyloid-ß Entstehung

ZusammenfassungMorbus Alzheimer ist eine progressive, neurodegenerative Erkrankung, die weltweit die häufigste Form der Demenz darstellt und im mittleren bis späten Lebensabschnitt auftritt. Die neuropathologischen Merkmale beinhalten das Auftreten von extrazellulären Ablagerungen aus fibrillogenem Aß42 Peptiden in senilen Plaques und intraneuronalen Akkumulationen von hyperphosphoryliertem Tau in sogenannten neurofibrillären Bündeln. Obwohl die meisten Alzheimer Fälle sporadisch und Alters-assoziiert auftreten, gibt es eine autosomal dominant vererbte Form (FAD; Familial Alzheimer Disease), die schon in einem frühen Lebensabschnitt (ab 28 Jahren) ausbrechen kann. Diese aggressive Alzheimer Form wird durch Mutationen im Amyloid-Precursor-Protein-Gen (APP) oder den Presenilin-Genen (PS-1 und PS-2) ausgelöst. Die Presenilin (PS) Proteine sind entscheidend an der Entstehung von Aß beteiligt. So erhöhen FAD-assoziierte Mutationen in PS-1 und PS-2 die Bildung von Aß42. Außerdem verhindern sowohl homozygote PS-1 Null-Mutationen (PS-1-/-) in transgenen Mäusen, als auch dominant negative PS-1 Mutationen in Kulturzellen die Ab Bildung. Diese Belege sprechen für die zur Zeit favorisierte Amyloid Hypothese, in der die toxische Wirkung des Aß-Peptides in der Entstehung der Alzheimer Erkrankung eine zentrale Rolle einnimmt. Die y-Sekretase ist eine Protease, deren Aktivität für die Entstehung von Ab aus dem Vorläuferprotein APP essentiell ist. Damit bildet sie einen möglichen Ansatzpunkt, um grundlegend in den Prozeß der Ab Bildung einzugreifen. Die y-Sekretase ist allerdings noch nicht identifiziert oder kloniert. Es gibt Hinweise, daß die Preseniline y-Sekretase Aktivität besitzen könnten. Diese Theorie ist bis heute jedoch nicht eindeutig belegt. In dieser Arbeit sollten die molekularen Mechanismen der Ab Entstehung und insbesondere die Beteiligung der Preseniline an diesem Prozeß untersucht werden. Dazu wurde zunächst die subzelluläre Verteilung der endogenen Preseniline analysiert. Es konnte erstmalig ein Unterschied in der subzellulären Verteilung zwischen PS-1 und PS-2 festgestellt werden. PS-1 war vorwiegend im ER lokalisiert, wogegen PS-2 stark im Golgi-Apparat angereichert war. Im zweiten Teil der Arbeit wurde nach möglichen Interaktionen der Preseniline mit C-terminalen APP Fragmenten gesucht, die die Substrate der y-Sekretase darstellen. Es konnte gezeigt werden, daß die Preseniline mit einem 21 kDa großen C-terminalen APP Fragment interagieren. Dabei band die Mutante-Form der Preseniline mehr C-terminales APP Fragment als die Wildtyp-Form. Weiterhin wurde ein zellfreies System zur indirekten Bestimmung der y-Sekretase Aktivität etabliert. Mit Hilfe dieses Systems wird es möglich, Inhibitoren der y-Sekretase zu identifizieren. Die Spezifität des zellfreien Testsystems konnte dadurch deutlich gemacht werden, daß das PS-1, das schon in Zellkultur als essentielle Proteinkomponente zur Entstehung von Aß beschrieben wurde, auch in diesem zellfreien y-Sekretase System notwendig war. Allgemeine Proteaseinhibitoren, die alle bekannten Proteasemechanismen abdeckten, zeigten keinen Einfluß auf die de novo Bildung von Aß. Es konnte festgestellt werden, daß neben der y-Sekretase als Aß produzierende Protease auch Aß abbauende Proteasen vorlagen. Das pH-Optimum der y-Sekretase wurde im neutralen Bereich festgestellt. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß die y-Sekretase eine transmembrane oder zumindest membranassoziierte Protease ist, die keine cytosolischen Komponenten benötigt.

Genetische Analyse des Somatostatin-Systems

Somatostatin ist ein Molekül mit multifunktinonellem Charakter, dem Neurotransmitter-, Neuromodulator- und (Neuro)-Hormoneigenschaften zugeschrieben werden. Gemäß seiner ubiquitären Verteilung in Geweben beeinflusst es Stoffwechsel- und Entwicklungsprozesse, bis hin zu Lern-und Gedächtnisleistungen. Diese Wirkungen resultieren aus dem lokalen und zeitlichen Zusammenspiel eines Liganden und fünf G-Protein gekoppelter Rezeptoren (SSTR1-5). Zur Charakterisierung der biologischen Bedeutung des Somatostatin-Systems im Gesamtorganismus wurde eine Mutationsanalyse einzelner Systemkomponenten durchgeführt. Sie umfaßte die Inaktivierung der Gene für das Somatostatin-Präpropeptid und die der Rezeptoren SSTR3 und SSTR4 durch Gene Targeting. Die entsprechenden Ausfallmutationen belegen: Weder die Rezeptoren 3 und 4, noch Somatostatin sind für das Überleben des Organismus unter Standardhaltungsbedingungen notwendig. Die entsprechenden Mauslinien zeigen keine unmittelbar auffälligen Einschränkungen ihrer Biologie. Die Somatostatin-Nullmaus wurde zum Hauptgegenstand einer detaillierten Untersuchung aufgrund der übergeordneten Position des Liganden in der Signalkaskade und verfügbaren Hinweisen zu seiner Funktion. Folgende Schlußfolgerungen konnten nach eingehender Analyse gezogen werden: Der Ausfall des Somatostatin-Gens hat erhöhte Plasmakonzentrationen an Wachstumshormon (GH) zur Konsequenz. Dies steht im Einklang mit der Rolle Somatostatins als hemmender Faktor der Wachstumshormon-Freisetzung, die in der Mutante aufgehoben ist. Durch die Somatostatin-Nullmaus wurde zudem deutlich: Somatostatin interagiert als wesentliches Bindeglied zwischen der Wachstums- und Streßachse. Permanent erhöhte Corticosteron-Werte in den Mutanten implizieren einen negativen tonischen Einfluß für die Sekretion von Glukocorticoiden in vivo. Damit zeigt die Knockout-Maus, daß Somatostatin normalerweise als ein entscheidendes inhibierendes Kontrollelement der Steroidfreisetzung fungiert. Verhaltensversuche offenbarten ein Defizit im motorischen Lernen. Somatostatin-Nullmäuse bleiben im Lernparadigma “Rotierender Stabtest” hinter ihren Artgenossen zurück ohne aber generell in Motorik oder Koordination eingeschränkt zu sein. Diese motorischen Lernvorgänge sind von einem funktionierenden Kleinhirn abhängig. Da Somatostatin und seine Rezeptoren kaum im adulten, wohl aber im sich entwickelnden Kleinhirn auftreten, belegt dieses Ergebnis die Funktion transient in der Entwicklung exprimierter Neuropeptide – eine lang bestehende, aber bislang experimentell nicht nachgewiesene Hypothese. Die Überprüfung weiterer physiologischer Parameter und Verhaltenskategorien unter Standard-Laborbedingunggen ergab keine sichtbaren Abweichungen im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen. Damit steht nun ein Tiermodell zur weiterführenden Analyse für die Somatostatin-Forschung bereit: In endokrinologischen, elektrophysiologischen und verhaltens-biologischen Experimenten ist nun eine unmittelbare Korrelation selektiv mit dem Somatostatin-Peptid bzw. mit den Rezeptoren 3 und 4 aber auch in Kombination der Ausfallmutationen nach entsprechenden Kreuzungen möglich.

Conditional and transgenic mouse models as tools to study the role of TGFbeta, BMP signaling in skeletal development

Die TGFbeta/BMP Signaltransduktionskaskade ist wichtig für viele Entwicklungsprozesse fast aller embryonaler sowie extraembryonaler Gewebe und sie ist ebenso essentiell bei der Aufrechterhaltung der Homöostase im adulten Organismus. In vielen Mausmodellen und Zellkulturversuchen wurde gezeigt, dass Liganden dieses Signalweges in verschiedene Stadien der Knorpel- und Knochenentwicklung involviert sind. BMPs sind beispielsweise maßgeblich an der frühen Kondensation und Bildung des Knorpels und später an Proliferation und Hypertrophie der Chondrozyten beteiligt. BMPs können ektopisch Knochenbildung auslösen und das Expressionsmuster der Liganden und spezifischen Rezeptoren in der Wachstumsfuge lässt auf eine wichtige Rolle der BMPs in der Wachstumsfuge schließen. Der gezielte knock out der BMP-Rezeptoren Bmpr1a und Bmpr1b in proliferierenden Chondrozyten führt zur Ausbildung einer generellen Chondrodysplasie. Smad1, Smad5 und Smad8 sind die Mediatoren der BMP-Signalkaskade. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Rolle und Funktion der Smad1- und Smad5-Proteine in der Wachstumsfuge untersucht werden. Hierzu wurden konditionale Smad1-knock out-Mäuse mit einer transgenen Mauslinie gekreuzt, die die Cre-Rekombinase spezifisch in proliferierenden Chondrozyten exprimiert. Diese Mäuse wurden mit und ohne heterozygotem Smad5-Hintergrund charakterisiert. Bei einem knock out von Smad1 allein konnte ein leichte Verkürzung der Wachstumsfuge beobachtet werden, wobei prähypertrophe und hypertrophe Zone gleichermaßen betroffen waren. Dieser Phänotyp war verstärkt in Mäusen mit zusätzlichem heterozygotem Smad5-Hintergrund. Eine Verringerung der Proliferationsrate konnte zusammen mit einer verminderten Ihh-Expression nachgewiesen werden. Zusätzlich konnte anhand von Röntgenaufnahmen eine Dysorganisation der nasalen Region und ein fehlendes nasales Septum beobachtet werden. Produktion und Mineralisation der extrazellulären Matrix waren nicht beeinträchtigt. Um die Rolle der BMP- und TGFbeta-Signalkaskaden während der endochondralen Ossifikation zu vergleichen, wurden transgene Mäuse generiert, in denen die TGFbeta-Signalkaskade spezifisch in proliferierenden Chondrozyten gestört war. Zwei Mauslinien, die ähnliche Phänotypen zeigten, wurden untersucht. Esl1 ist ein TGFbeta-bindendes Protein, von dem man annimmt, dass es die TGFbeta-Signalkaskade inhibieren kann. Esl1-knock out-Mäuse sind kleiner als Wildtypmäuse und die Überexpression von Esl1 in proliferierenden Chondrozyten führt zu einer Verlängerung der Wachstumsfuge und einer verstärkten Proliferationsrate. Knorpelmarker, wie Col2a1 und Sox9 sind in diesen Mäusen herunterreguliert, während Col10a1 und Ihh als Marker für die hypertrophe und prähypertrophe Zone herunterreguliert waren. Dies führt zu der Annahme, dass mehr Zellen in die terminale Differenzierung eintreten. Bei transgenen Mäusen, in denen ein dominant-negativer (dn) TGFbeta-Rezeptor in proliferierenden Chondrozyten überexprimiert wurde, konnte eine verlängerte prähypertrophe Zone, eine erhöhte Ihh-Expression, sowie eine verstärkte Proliferationsrate beobachtet werden. Zusätzlich konnte in homozygoten Tieren ein craniofacialer Phänotyp beschrieben werden, der zu Problemen bei der Nahrungsaufnahme und damit zu einer starken Wachstumsbeeinträchtigung führte. Die BMP- und TGFbeta-Signalkaskaden haben möglicherweise antagonistische Effekte in der Wachstumsfuge. Während der Ausfall von BMP in proliferierenden Chondrozyten aufgrund einer gesunkenen Proliferationsrate zu einer Verkürzung der Wachstumsfuge führte, kann man in Mäusen mit einer Störung der TGFbeta-Signalkaskade eine verstärkte Proliferation in einer daher verlängerten Wachstumsfuge beobachten. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Generation einer transgenen Mauslinie, die die Cre-Rekombinase spezifisch in hypertrophen Chondrozyten exprimiert. Promoterstudien mit transgenen Mäusen weisen darauf hin, dass ein putatives AP1-Element, etwa 4 kb vor dem ersten Exon des Col10a1 gelegen, wichtig für die spezifische Expression in hypertrophen Chondrozyten ist. Ein Konstrukt, dass vier Kopien dieses Elements und den basalen Promoter enthält, wurde benutzt, um die Cre-Rekombinase spezifisch zu exprimieren. Diese Mauslinie befindet sich in der Testphase und erste Daten deuten auf eine spezifische Expression der Cre-Rekombinase in hypertrophen Chondrozyten hin.

Carbon fluxes and allocation pattern in an apple orchard

Carbon fluxes and allocation pattern, and their relationship with the main environmental and physiological parameters, were studied in an apple orchard for one year (2010). I combined three widely used methods: eddy covariance, soil respiration and biometric measurements, and I applied a measurement protocol allowing a cross-check between C fluxes estimated using different methods. I attributed NPP components to standing biomass increment, detritus cycle and lateral export. The influence of environmental and physiological parameters on NEE, GPP and Reco was analyzed with a multiple regression model approach. I found that both NEP and GPP of the apple orchard were of similar magnitude to those of forests growing in similar climate conditions, while large differences occurred in the allocation pattern and in the fate of produced biomass. Apple production accounted for 49% of annual NPP, organic material (leaves, fine root litter, pruned wood and early fruit drop) contributing to detritus cycle was 46%, and only 5% went to standing biomass increment. The carbon use efficiency (CUE), with an annual average of 0.68 ± 0.10, was higher than the previously suggested constant values of 0.47-0.50. Light and leaf area index had the strongest influence on both NEE and GPP. On a diurnal basis, NEE and GPP reached their peak approximately at noon, while they appeared to be limited by high values of VPD and air temperature in the afternoon. The proposed models can be used to explain and simulate current relations between carbon fluxes and environmental parameters at daily and yearly time scale. On average, the annual NEP balanced the carbon annually exported with the harvested apples. These data support the hypothesis of a minimal or null impact of the apple orchard ecosystem on net C emission to the atmosphere.

A threshold hypothesis of institutional change: collective action in the Italian Alps during the 13th - 19th centuries.

This dissertation is about collective action issues in common property resources. Its focus is the “threshold hypothesis,” which posits the existence of a threshold in group size that drives the process of institutional change. This hypothesis is tested using a six-century dataset concerning the management of the commons by hundreds of communities in the Italian Alps. The analysis seeks to determine the group size threshold and the institutional changes that occur when groups cross this threshold. There are five main findings. First, the number of individuals in villages remained stable for six centuries, despite the population in the region tripling in the same period. Second, the longitudinal analysis of face-to-face assemblies and community size led to the empirical identification of a threshold size that triggered the transition from informal to more formal regimes to manage common property resources. Third, when groups increased in size, gradual organizational changes took place: large groups split into independent subgroups or structured interactions into multiple layers while maintaining a single formal organization. Fourth, resource heterogeneity seemed to have had no significant impact on various institutional characteristics. Fifth, social heterogeneity showed statistically significant impacts, especially on institutional complexity, consensus, and the relative importance of governance rules versus resource management rules. Overall, the empirical evidence from this research supports the “threshold hypothesis.” These findings shed light on the rationale of institutional change in common property regimes, and clarify the mechanisms of collective action in traditional societies. Further research may generalize these conclusions to other domains of collective action and to present-day applications.

Etablierung eines In-vivo-Modells zur Untersuchung der Rolle epidermaler Langerhanszellen bei der Entstehung der Transplantat-gegen-Wirt-Erkrankung nach allogener Blutstammzelltransplantation

Dendritische Zellen der Haut, wie z.B. die Langerhanszellen (LC) der Epidermis, sind potente antigenpräsentierende Zellen (APC). Nach allogener Blutstammzelltransplantation (engl.: hematopoietic stemm cell transplantation, HSCT) persistieren Empfänger-APC und können Spender-T-Zellen aktivieren. Somit spielen dendritische Zellen eine kritische Rolle bei der Initiierung von akuter Transplantat-Gegen-Wirt-Reaktion (engl.: graft-versus-host-disease, GvHD).rnIn der vorliegenden Arbeit wurde ein Modellsystem entwickelt, welches humane Haut in einem Xenotransplantationsmodell nutzt, um die Wechselwirkung dieser gewebsständigen APC mit alloreaktiven T-Zellen zu untersuchen. Dafür wurden humane Resthautpräparate von subkutanem Gewebe befreit und intraskaptulär auf immunsupprimierte NOD/LtSz-scid IL2R#-null Mäuse (NSG) transplantiert. Diesen Tieren fehlen funktionale T-, B- und NK-Zellen, und sie tolerieren somit ein xenogenes Transplantat. Im Vergleich zu anderen immundefizienten Stämmen, haben sie eine erhöhte Lebenserwartung und es ist zudem möglich humane Hämatopoese durch Stammzellgabe zu etablieren.rnPublizierte Methoden der Hauttransplantation wurden für diese Arbeit optimiert und weiterentwickelt. So konnte die Erfolgsrate von 44% auf bis zu 95% gesteigert werden. Erste Untersuchungen fokussierten den Einfluss der Wundheilung auf die Verteilung dermaler Zellpopulationen, wie z.B. CD11c positive APC, und die Population der LC in der Epidermis. Während der ersten Wochen der Wundheilung war ein vorübergehendes Verschwinden der LC aus der Epidermis zu beobachten. Im Gegensatz dazu waren CD11c positive dermale Zellen permanent detektierbar. Die zu späteren Zeitpunkten festgestellte Repopulation der Epidermis mit LC unterstützt die Hypothese einer lokalen Vorläuferzelle. Die vorgelegten Daten und die lokale proliferative Aktivität dieser Zellen unterstreichen ihre Unabhängigkeit vom peripheren Blut. Versuche, eine Depletion der LC mittels UVC-Bestrahlung zu erreichen, gelangen nicht. Auch dies spricht für das Vorhandensein eines lokalen Vorläufers.rnZur Induktion von GvHD in der transplantierten Haut wurden in vitro DC des Hautspenders generiert und damit HLA-disparate T-Zellen stimuliert. Auf diese Weise sollte eine maximale Alloreaktivität gegen das Hauttransplantat generiert werden. In allen vorgestellten Systemen ließ sich nach Infusion der T-Lymphozyten in transplantierte Tiere, eine T-Zellinduzierte inflammatorische Reaktion auslösen. Optisch war eine deutliche Rötung des Transplantats feststellbar. Diese war jedoch nur in den Proben besonders deutlich, welche T-Zellen mit vorheriger in vitro Stimulation durch DC des Hautspenders erhalten hatten. Histologisch konnten Anzeichen einer Entzündung nachgewiesen werden. Neben Akanthose und Hyperparakeratose, waren deutliche T-Zellinfiltrate detektierbar. Auch Spaltbildung und Ablösung der Epidermis, sowie vereinzelte Apoptosen der epidermalen Zellen wiesen auf eine GvHD artige Entzündung hin.rnEine weitere Beobachtung nach T-Zellgabe, war die Depletion der LC aus der Epidermis. Auch konnte durch spätere T-Zellgaben keine weitere Hautrötung ausgelöst werden. Dies belegt die Funktion der LC als primäre Zielzelle der alloreaktiven T-Zellen. Unterstrichen wird dies durch Verwendung einer LC defizienten Haut, welche keine Hautrötung oder Anzeichen einer Entzündung entwickelte.rnZusammenfassend wurde für diese Arbeit ein Modellsystem entwickelt, welches es erlaubt Untersuchungen entzündlicher Hautkrankheiten unter Berücksichtigung hautständiger APC durchzuführen. Dabei kann dieses Modell in Zukunft für die Untersuchung von APC modulierenden Agenzien genutzt werden, da präklinische Modelle für spezies-spezifische Therapien bislang fehlten. Das Entstehen einer Entzündung könnte so verhindert oder eine Behandlung ermöglicht werden.

Editorial reorganization of an alphabetically ordered collection of short stories: analysis of problems and hypothesis of possible solutions

This paper aims to show, analyze and solve the problems related to the translation of the book with meaning-bond alphabetically ordered chapter titles La vita non è in ordine alfabetico, by the Italian writer Andrea Bajani. The procedure is inevitable for a possible translation of the book, and it is necessary to have a preliminary pattern to follow. After translating the whole book, not only is a revision fundamental, but a restructure and reorganization of the collection may be required, hence, what this thesis offers is a scheme to start from, together with an analysis of the possible problems that may arise, and a useful method to find a solution.

Urinary metabolomics in Fxr-null mice reveals activated adaptive metabolic pathways upon bile acid challenge

Farnesoid X receptor (FXR) is a nuclear receptor that regulates genes involved in synthesis, metabolism, and transport of bile acids and thus plays a major role in maintaining bile acid homeostasis. In this study, metabolomic responses were investigated in urine of wild-type and Fxr-null mice fed cholic acid, an FXR ligand, using ultra-performance liquid chromatography (UPLC) coupled with electrospray time-of-flight mass spectrometry (TOFMS). Multivariate data analysis between wild-type and Fxr-null mice on a cholic acid diet revealed that the most increased ions were metabolites of p-cresol (4-methylphenol), corticosterone, and cholic acid in Fxr-null mice. The structural identities of the above metabolites were confirmed by chemical synthesis and by comparing retention time (RT) and/or tandem mass fragmentation patterns of the urinary metabolites with the authentic standards. Tauro-3alpha,6,7alpha,12alpha-tetrol (3alpha,6,7alpha,12alpha-tetrahydroxy-5beta-cholestan-26-oyltaurine), one of the most increased metabolites in Fxr-null mice on a CA diet, is a marker for efficient hydroxylation of toxic bile acids possibly through induction of Cyp3a11. A cholestatic model induced by lithocholic acid revealed that enhanced expression of Cyp3a11 is the major defense mechanism to detoxify cholestatic bile acids in Fxr-null mice. These results will be useful for identification of biomarkers for cholestasis and for determination of adaptive molecular mechanisms in cholestasis.