Manipulation of arthropod sex determination by endosymbionts: diversity and molecular mechanisms.

Arthropods exhibit a large variety of sex determination systems both at the chromosomal and molecular level. Male heterogamety, female heterogamety, and haplodiploidy occur frequently, but partially different genes are involved. Endosymbionts, such as Wolbachia, Cardinium,Rickettsia, and Spiroplasma, can manipulate host reproduction and sex determination. Four major reproductive manipulation types are distinguished: cytoplasmic incompatibility, thelytokous parthenogenesis, male killing, and feminization. In this review, the effects of these manipulation types and how they interfere with arthropod sex determination in terms of host developmental timing, alteration of sex determination, and modification of sexual differentiation pathways are summarized. Transitions between different manipulation types occur frequently which suggests that they are based on similar molecular processes. It is also discussed how mechanisms of reproductive manipulation and host sex determination can be informative on each other, with a special focus on haplodiploidy. Future directions on how the study of endosymbiotic manipulation of host reproduction can be key to further studies of arthropod sex determination are shown.

Stable eusociality via maternal manipulation when resistance is costless.

In many eusocial species, queens use pheromones to influence offspring to express worker phenotypes. Although evidence suggests that queen pheromones are honest signals of the queen's reproductive health, here I show that queen's honest signalling can result from ancestral maternal manipulation. I develop a mathematical model to study the coevolution of maternal manipulation, offspring resistance to manipulation and maternal resource allocation. I assume that (i) maternal manipulation causes offspring to be workers against offspring's interests; (ii) offspring can resist at no direct cost, as is thought to be the case with pheromonal manipulation; and (iii) the mother chooses how much resource to allocate to fertility and maternal care. In the coevolution of these traits, I find that maternal care decreases, thereby increasing the benefit that offspring obtain from help, which in the long run eliminates selection for resistance. Consequently, ancestral maternal manipulation yields stable eusociality despite costless resistance. Additionally, ancestral manipulation in the long run becomes honest signalling that induces offspring to help. These results indicate that both eusociality and its commonly associated queen honest signalling can be likely to originate from ancestral manipulation.

Feeding manipulation elicits different proliferative responses in the gastrointestinal tract of suckling and weanling rats

Food deprivation has been found to stimulate cell proliferation in the gastric mucosa of suckling rats, whereas the weanling period has been reported to be unresponsive in terms of proliferative activity. In the present study we analyze regional differences in the effect of milk or food deprivation on cell proliferation of the epithelia of the esophagus and of five segments of small intestine in suckling, weanling and newly weaned Wistar rats of both sexes. DNA synthesis was determined using tritiated thymidine to obtain labeling indices (LI); crypt depth and villus height were also determined. Milk deprivation decreased LI by 50% in the esophagus (from 15 to 8.35%) and small intestine (from 40 to 20%) of 14-day-old rats. In 18-day-old rats, milk and food deprivation decreased LI in the esophagus (from 13 to 5%) and in the distal segments of the small intestine (from 36-40 to 24-32%). In contrast, the LI of the epithelia of the esophagus (5%) and of all small intestine segments (around 30%) of 22-day-old rats were not modified by food deprivation. Crypt depth did not change after treatment (80 to 120 µm in 14- and 22-day-old rats, respectively). Villus height decreased in some small intestine segments of unfed 14- (from 400 to 300 µm) and 18-day-old rats (from 480 to 360 µm). The results show that, contrary to the stomach response, milk deprivation inhibited cell proliferation in the esophagus and small intestine of suckling rats, demonstrating the regional variability of each segment of the gastrointestinal tract in suckling rats. In newly weaned rats, food deprivation did not alter the proliferation of these epithelia, similarly to the stomach, indicating that weanling is a period marked by the insensitivity of gastrointestinal epithelia to dietary alterations

Effect of image resolution manipulation in rearfoot angle measurements obtained with photogrammetry

The aim of this study was to investigate the influence of image resolution manipulation on the photogrammetric measurement of the rearfoot static angle. The study design was that of a reliability study. We evaluated 19 healthy young adults (11 females and 8 males). The photographs were taken at 1536 pixels in the greatest dimension, resized into four different resolutions (1200, 768, 600, 384 pixels) and analyzed by three equally trained examiners on a 96-pixels per inch (ppi) screen. An experienced physiotherapist marked the anatomic landmarks of rearfoot static angles on two occasions within a 1-week interval. Three different examiners had marked angles on digital pictures. The systematic error and the smallest detectable difference were calculated from the angle values between the image resolutions and times of evaluation. Different resolutions were compared by analysis of variance. Inter- and intra-examiner reliability was calculated by intra-class correlation coefficients (ICC). The rearfoot static angles obtained by the examiners in each resolution were not different (P > 0.05); however, the higher the image resolution the better the inter-examiner reliability. The intra-examiner reliability (within a 1-week interval) was considered to be unacceptable for all image resolutions (ICC range: 0.08-0.52). The whole body image of an adult with a minimum size of 768 pixels analyzed on a 96-ppi screen can provide very good inter-examiner reliability for photogrammetric measurements of rearfoot static angles (ICC range: 0.85-0.92), although the intra-examiner reliability within each resolution was not acceptable. Therefore, this method is not a proper tool for follow-up evaluations of patients within a therapeutic protocol.

Manipulation of a quasi-natural cell block for high-efficiency transplantation of adherent somatic cells

Recent advances have raised hope that transplantation of adherent somatic cells could provide dramatic new therapies for various diseases. However, current methods for transplanting adherent somatic cells are not efficient enough for therapeutic applications. Here, we report the development of a novel method to generate quasi-natural cell blocks for high-efficiency transplantation of adherent somatic cells. The blocks were created by providing a unique environment in which cultured cells generated their own extracellular matrix. Initially, stromal cells isolated from mice were expanded in vitro in liquid cell culture medium followed by transferring the cells into a hydrogel shell. After incubation for 1 day with mechanical agitation, the encapsulated cell mass was perforated with a thin needle and then incubated for an additional 6 days to form a quasi-natural cell block. Allograft transplantation of the cell block into C57BL/6 mice resulted in perfect adaptation of the allograft and complete integration into the tissue of the recipient. This method could be widely applied for repairing damaged cells or tissues, stem cell transplantation, ex vivo gene therapy, or plastic surgery.

Manipulation of adenovirus early region 1 rescue plasmids by homologous recombination in Saccharomyces cerevisiae

The manipulation of large (>10 kb) plasmid systems amplifies problems common to traditional cloning strategies. Unique or rare restriction enzyme recognition sequences are uncommon and very rarely located in opportunistic locations. Making site-specific deletions and insertions in larger plasmids consequently leads to multiple step cloning strategies that are often limited by time-consuming, low efficiency linker insertions or blunt-end cloning strategies. Manipulation ofthe adenovirus genome and the genomes ofother viruses as bacterial plasmids are systems that typify such situations. Recombinational cloning techniques based on homologous recombination in Saccharomyces cerevisiae that circumvent many ofthese common problems have been developed. However, these techniques are rarely realistic options for such large plasmid systems due to the above mentioned difficulties associated with the addition ofrequired yeast DNA replication, partitioning and selectable marker sequences. To determine ifrecombinational cloning techniques could be modified to simplify the manipulation of such a large plasmid system, a recombinational cloning system for the creation of human adenovirus EI-deletion rescue plasmids was developed. Here we report for the first time that the 1,456 bp TRP1/ARS fragment ofYRp7 is alone sufficient to foster successful recombinational cloning without additional partitioning sequences, using only slight modifications of existing protocols. In addition, we describe conditions for efficient recombinational cloning involving simultaneous deletion of large segments ofDNA (>4.2 kb) and insertion of donor fragment DNA using only a single non-unique restriction site. The discovery that recombinational cloning can foster large deletions has been used to develop a novel recombiliational cloillng technique, selectable inarker 'kilockouf" recombinational cloning, that uses deletion of a yeast selectable marker coupled with simultaneous negative and positive selection to reduce background transformants to undetectable levels. The modification of existing protocols as described in this report facilitates the use of recombinational cloning strategies that are otherwise difficult or impractical for use with large plasmid systems. Improvement of general recombinational cloning strategies and strategies specific to the manipulation ofthe adenovirus genome are considered in light of data presented herein.

Sexual selections in the northern fall field cricket, Gryllus pennsylvanicus: a manipulation of the adult sex ratio

The operational sex ratio has long been considered an important constraint on the structure of mating systems. The effects of an experimentally manipulated sex ratio on mating behavior and selection were investigated in a polygynous species, Gryllus pennsylvanicus, where the potential exists for spatial/temporal fluctuations in sex ratio of field populations. Four different sex ratios (males: females, 5:0, 5:2, 5:5, 5:10) were investigated. Observations were conducted in late summer over two field seasons, from 2400 h , to 1000 h EST. Several male characters thought to be associated with male reproduc.tive success were studied: calling duration, searching distance, weight, fighting behavior, courtship frequency, and mating success. Variance in male mating success was used as the indicator for the opportunity for sexual selection. Total selection was estimated as the univariate regression coefficient between relative fitness and the character of interest, while direct selection was estimated as standardized partial regression coefficients generated from a multiple regression of relative fitness on each character. The opportunity for sexual selection was highest at 5:2 and lowest at 5:10. The frequency of fighting behavior was highest at 5:2 and 5:5. Fighting ability (% wins) was determined to be an important correlate of male body weight. Direct selection for increased male body weight was detected at 5:2, while total selection for body weight was seen at 5:5. Selection on male body weight was not detected at 5: 10. Calling duration decreased as sex ratio became more female-biased. Total and direct selection were detected for increased calling at 5:2, only total selection for calling was seen at 5:5, whereas direct selection against calling was detected at 5: 10. Searching distance also decreased as sex ratio became more female-biased, however no form of selection was detected for searching at any of the sex ratios. Data are discussed in terms of sexual selection on male reproductive tactics, the mating system and maintenance of genetic variation in male reproductive behavior.

Manipulation via Capacities Revisited

This paper revisits manipulation via capacities in centralized two-sided matching markets. Sönmez (1997) showed that no stable mechanism is nonmanipulable via capacities. We show that non-manipulability via capacities can be equivalently described by two types of non-manipulation via capacities: non-Type-I-manipulability meaning that no college with vacant positions can manipulate by dropping some of its empty positions; and non-Type-II-manipulability meaning that no college with no vacant positions can manipulate by dropping some of its filled positions. Our main result shows that the student-optimal stable mechanism is the unique stable mechanism which is non-Type-I-manipulable via capacities and independent of truncations. Our characterization supports the use of the student-optimal stable mechanism in these matching markets because of its limited manipulability via capacities by colleges.

Manipulation of the ubiquitin-proteasome system by HIV-1 : role of the accessory protein Vpr

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), l’agent étiologique du SIDA, est un rétrovirus complexe arborant plusieurs protéines accessoires : Nef, Vif, Vpr, et Vpu. Celles-ci sont impliquées dans la modulation de la réplication virale, dans l’évasion immunitaire et dans la progression de la pathogenèse du SIDA. Dans ce contexte, il a été démontré que la protéine virale R (Vpr) induit un arrêt de cycle cellulaire en phase G2. Le mécanisme par lequel Vpr exerce cette fonction est l’activation, ATR (Ataxia telangiectasia and Rad3 related)-dépendante, du point de contrôle de dommage à l’ADN, mais les facteurs et mécanismes moléculaires directement impliqués dans cette activité demeurent inconnus. Afin d’identifier de nouveaux facteurs cellulaires interagissant avec Vpr, nous avons utilisé une purification d’affinité en tandem (TAP) pour isoler des complexes protéiques natifs contenant Vpr. Nous avons découvert que Vpr s’associait avec CRL4A(VprBP), un complexe cellulaire d’E3 ubiquitine ligase, comprenant les protéines Cullin 4A, DDB1 (DNA damage-binding protein 1) et VprBP (Vpr-binding protein). Nos études ont mis en évidence que le recrutement de la E3 ligase par Vpr était nécessaire mais non suffisant pour l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2, suggérant ainsi que des événements additionnels seraient impliqués dans ce processus. À cet égard, nous apportons des preuves directes que Vpr détourne les fonctions de CRL4A(VprBP) pour induire la polyubiquitination de type K48 et la dégradation protéosomale de protéines cellulaires encore inconnues. Ces événements d’ubiquitination induits par Vpr ont été démontrés comme étant nécessaire à l’activation d’ATR. Finalement, nous montrons que Vpr forme des foyers ancrés à la chromatine co-localisant avec VprBP ainsi qu’avec des facteurs impliqués dans la réparation de l’ADN. La formation de ces foyers représente un événement essentiel et précoce dans l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2. Enfin, nous démontrons que Vpr est capable de recruter CRL4A(VprBP) au niveau de la chromatine et nous apportons des preuves indiquant que le substrat inconnu ciblé par Vpr est une protéine associée à la chromatine. Globalement, nos résultats révèlent certains des ménanismes par lesquels Vpr induit des perturbations du cycle cellulaire. En outre, cette étude contribue à notre compréhension de la modulation du système ubiquitine-protéasome par le VIH-1 et son implication fonctionnelle dans la manipulation de l’environnement cellulaire de l’hôte.

Caractérisation de DKK1 comme antigène tumoral et manipulation des lymphocytes T CD8 : utilisation de la voie de Wnt en immunothérapie du cancer

L’immunothérapie tumorale à médiation cellulaire est un traitement qui utilise le système immunitaire des patients afin d’induire une réponse des lymphocytes T CD8+ (T CD8+) contre la tumeur. Cette réponse est produite suite à la reconnaissance des antigènes par les T CD8+. Ces cibles sont appelées antigènes tumoraux (TAA) et définies comme des protéines exprimées par les cellules cancéreuses mais absentes des tissus normaux. Par une approche bio-informatique, notre laboratoire a identifié Dickkopf-1 (DKK1), une protéine inhibitrice de la voie de Wnt, comme un TAA potentiel. Une immunothérapie à médiation cellulaire efficace requiert l’identification de TAA candidats pertinents. Le traitement de patients par immunothérapie pourrait également être améliorées par l’augmentation de la puissance d’action anti-tumorale ainsi que la persistante des T CD8+ spécifiques aux TAA. Ce projet de doctorat se divise en deux parties : 1- La caractérisation de l’expression de DKK1 dans les cancers communs et la détermination de son immunogénicité afin de valider sa candidature comme TAA. 2- La reprogrammation des T CD8+, de patients atteints d’un cancer commun, vers un phénotype moins différentié afin d’augmenter leur potentiel anti-tumoral et leur persistance. Dans le premier objectif, nous avons caractérisé l’expression de DKK1 dans le cancer du sein et dans d’autres cancers communs. Le profil d’expression de DKK1 a été étudié par RT-PCR et par ELISA dans plusieurs lignées cellulaires de cancer et dans les tissus normaux. L’expression de DKK1 a aussi été étudiée dans des échantillons cliniques provenant de cancers du sein, du poumon et du rein. Trente pourcents (30%) des tumeurs provenant d’un cancer du sein exprimaient DKK1. La moitié des tumeurs DKK1(+) était triple négative, donc pas de récepteurs d’œstrogène et de progestérone et était Her-2/neu(-) (ces patientes ont des possibilités de traitements très restreintes). De plus, 50% des échantillons cliniques de tumeurs du poumon et 30% des tumeurs de rein exprimaient DKK1. Les observations effectuées dans le cancer du poumon ont été, par la suite, corroborées par d'autres groupes qui ont montré une corrélation entre l'expression de DKK1 et un mauvais pronostic. Après avoir confirmée l’expression de DKK1 dans les cancers communs, justifiant ainsi sa candidature comme TAA, nous avons évalué l’immunogénicité de DKK1. Pour ce faire, nous avons effectué des stimulations in vitro de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) de patient(e)s atteint(e)s d’un cancer du sein ou du poumon avec des peptides dérivés de DKK1 pouvant être présentés par les complexes majeurs d’histocompatibilité (CMH) HLA-A*0201. Des clones de T CD8+ reconnaissant un peptide de DKK1 ont été identifiés et isolés. Par essai multiplex et cytométrie de flux intracellulaire, la polyfonctionnalité d’un ces clones T CD8+ spécifiques à DKK1 a été étudiée et a révélée un profil effecteur, renforçant ainsi la candidature de DKK1 comme TAA. Dans l’ensemble, les résultats obtenus dans cette première partie de thèse suggèrent une possible utilisation de DKK1 en immunothérapie contre les cancers communs, attribuable à son expression dans ces cancers et la possibilité de faire proliférer des T CD8+ effecteurs spécifiques à DKK1 à partir de sang de patients. Dans la seconde partie de cette thèse, je décrirai la manipulation in vitro des T CD8+ de patients atteints d’un cancer commun, afin d’augmenter la force et la durée de leurs fonctions anti-tumorales. Il a été démontré que des lymphocytes moins différentiés sont capables d’une réponse immunologique plus efficace et durable. Nous avons basé ce projet sur l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique de la GSK-3, pour activer de la voie de Wnt chez les T CD8+ et ainsi leur conférer un phénotype moins différentié, partageant des caractéristiques de la cellule naïve et de la cellule mémoire. Des cultures de T CD8+, spécifiques à des antigènes viraux, en présence de l’inhibiteur ont permis d’augmenter la sécrétion d’interféron (IFN)- et leur activité cytotoxique. Ces résultats indiquent un effet de l’activation de la voie de Wnt sur la fonction des T CD8+. Ces observations sont rapportées pour la première fois chez les T CD8+ humains et suggèrent une nouvelle stratégie, applicables à l’immunothérapie du cancer, afin de prolonger la persistance des cellules ainsi que leur activité anti-tumorale. En conclusion, ces travaux de recherche ont mené à la réalisation d’une étape très importante dans la validation de la candidature de DKK1 comme TAA pour les cancers communs, soit la démonstration de son expression dans ces cancers et son absence dans les tissus normaux dérivés d’organes importants. Ces travaux ont également mené à la démonstration de l’immunogénicité de DKK1, par l’identification d’un peptide de DKK1 reconnu par les T CD8+. De plus, l’étude de la polyfonctionnalité des T CD8+ spécifiques à DKK1 a révélée un profil effecteur favorable pour l’obtention d’une réponse anti-tumorale efficace. Ces découvertes pourraient servir à l’élaboration d’une stratégie d’immunothérapie à médiation cellulaire pour les cancers communs. Pour sa part, l’étude phénotypique et fonctionnelle de la modulation de la voie de Wnt dans les T CD8+ a donné lieu à l’observation d’un phénotype encore jamais rapporté chez l’humain, conférant aux T CD8+ un aspect moins différentié avec des caractéristiques propre à un phénotype mémoire. Ces résultats sont pertinents dans l’amélioration de l’immunothérapie du cancer, passant par l’augmentation de la persistance des lymphocytes. En résumé, les résultats présentés dans cette thèse de doctorat fournissent des évidences indéniables quant à la validation de DKK1 comme TAA pour une immunothérapie à médiation cellulaire des cancers communs. Ces résultats fournissent également des preuves quant à la pertinence de la reprogrammation des T CD8+ par l’activation de la voie de la voie de Wnt, afin de générer des lymphocytes médiateurs plus efficaces pour ce type de thérapie.

Improvements in Fermentative Hydrogen Production through Physiological Manipulation and Metabolic Engineering

La production biologique d'hydrogène (H2) représente une technologie possible pour la production à grande échelle durable de H2 nécessaire pour l'économie future de l'hydrogène. Cependant, l'obstacle majeur à l'élaboration d'un processus pratique a été la faiblesse des rendements qui sont obtenus, généralement autour de 25%, bien en sous des rendements pouvant être atteints pour la production de biocarburants à partir d'autres processus. L'objectif de cette thèse était de tenter d'améliorer la production d'H2 par la manipulation physiologique et le génie métabolique. Une hypothèse qui a été étudiée était que la production d'H2 pourrait être améliorée et rendue plus économique en utilisant un procédé de fermentation microaérobie sombre car cela pourrait fournir la puissance supplémentaire nécessaire pour une conversion plus complète du substrat et donc une production plus grande d'H2 sans l'aide de l'énergie lumineuse. Les concentrations optimales d’O2 pour la production de H2 microaérobie ont été examinées ainsi que l'impact des sources de carbone et d'azote sur le processus. La recherche présentée ici a démontré la capacité de Rhodobacter capsulatus JP91 hup- (un mutant déficient d’absorption-hydrogénase) de produire de l'H2 sous condition microaérobie sombre avec une limitation dans des quantités d’O2 et d'azote fixé. D'autres travaux devraient être entrepris pour augmenter les rendements d'H2 en utilisant cette technologie. De plus, un processus de photofermentation a été créé pour améliorer le rendement d’H2 à partir du glucose à l'aide de R. capsulatus JP91 hup- soit en mode non renouvelé (batch) et / ou en conditions de culture en continu. Certains défis techniques ont été surmontés en mettant en place des conditions adéquates de fonctionnement pour un rendement accru d'H2. Un rendement maximal de 3,3 mols de H2/ mol de glucose a été trouvé pour les cultures en batch tandis que pour les cultures en continu, il était de 10,3 mols H2/ mol de glucose, beaucoup plus élevé que celui rapporté antérieurement et proche de la valeur maximale théorique de 12 mols H2/ mol de glucose. Dans les cultures en batch l'efficacité maximale de conversion d’énergie lumineuse était de 0,7% alors qu'elle était de 1,34% dans les cultures en continu avec un rendement de conversion maximum de la valeur de chauffage du glucose de 91,14%. Diverses autres approches pour l'augmentation des rendements des processus de photofermentation sont proposées. Les résultats globaux indiquent qu'un processus photofermentatif efficace de production d'H2 à partir du glucose en une seule étape avec des cultures en continu dans des photobioréacteurs pourrait être développé ce qui serait un processus beaucoup plus prometteur que les processus en deux étapes ou avec les co-cultures étudiés antérieurément. En outre, l'expression hétérologue d’hydrogenase a été utilisée comme une stratégie d'ingénierie métabolique afin d'améliorer la production d'H2 par fermentation. La capacité d'exprimer une hydrogénase d'une espèce avec des gènes de maturation d'une autre espèce a été examinée. Une stratégie a démontré que la protéine HydA orpheline de R. rubrum est fonctionnelle et active lorsque co-exprimée chez Escherichia coli avec HydE, HydF et HydG provenant d'organisme différent. La co-expression des gènes [FeFe]-hydrogénase structurels et de maturation dans des micro-organismes qui n'ont pas une [FeFe]-hydrogénase indigène peut entraîner le succès dans l'assemblage et la biosynthèse d'hydrogénase active. Toutefois, d'autres facteurs peuvent être nécessaires pour obtenir des rendements considérablement augmentés en protéines ainsi que l'activité spécifique des hydrogénases recombinantes. Une autre stratégie a consisté à surexprimer une [FeFe]-hydrogénase très active dans une souche hôte de E. coli. L'expression d'une hydrogénase qui peut interagir directement avec le NADPH est souhaitable car cela, plutôt que de la ferrédoxine réduite, est naturellement produit par le métabolisme. Toutefois, la maturation de ce type d'hydrogénase chez E. coli n'a pas été rapportée auparavant. L'opéron hnd (hndA, B, C, D) de Desulfovibrio fructosovorans code pour une [FeFe]-hydrogénase NADP-dépendante, a été exprimé dans différentes souches d’E. coli avec les gènes de maturation hydE, hydF et hydG de Clostridium acetobutylicum. L'activité de l'hydrogénase a été détectée in vitro, donc une NADP-dépendante [FeFe]-hydrogénase multimérique active a été exprimée avec succès chez E. coli pour la première fois. Les recherches futures pourraient conduire à l'expression de cette enzyme chez les souches de E. coli qui produisent plus de NADPH, ouvrant la voie à une augmentation des rendements d'hydrogène via la voie des pentoses phosphates.

Investigations On The Development Of An Ann Model & Visual Manipulation Approach For 2-D Dft Computation In Image Processing

This thesis is an outcome of the investigations carried out on the development of an Artificial Neural Network (ANN) model to implement 2-D DFT at high speed. A new definition of 2-D DFT relation is presented. This new definition enables DFT computation organized in stages involving only real addition except at the final stage of computation. The number of stages is always fixed at 4. Two different strategies are proposed. 1) A visual representation of 2-D DFT coefficients. 2) A neural network approach. The visual representation scheme can be used to compute, analyze and manipulate 2D signals such as images in the frequency domain in terms of symbols derived from 2x2 DFT. This, in turn, can be represented in terms of real data. This approach can help analyze signals in the frequency domain even without computing the DFT coefficients. A hierarchical neural network model is developed to implement 2-D DFT. Presently, this model is capable of implementing 2-D DFT for a particular order N such that ((N))4 = 2. The model can be developed into one that can implement the 2-D DFT for any order N upto a set maximum limited by the hardware constraints. The reported method shows a potential in implementing the 2-D DF T in hardware as a VLSI / ASIC

Manipulation der Aktin-Hülle später Endosomen durch ektopisches Protein-Targeting und Etablierung einer in vivo-Hierarchie cytoplasmatischer Targeting-Signalstärken

Der Endocytoseweg in Dictyostelium verläuft über definierte endosomale Reifestadien. Dabei werden die reifenden Endosomen im letzten Stadium durch eine Schicht aus filamentösem Aktin umhüllt. Über die biologische Funktion dieser Aktin-Hülle ist derzeit wenig bekannt. Zum weiteren Erkenntnisgewinn sollten daher unterschiedliche Aktin-interagierende Proteine an die endosomale Aktin-Hülle dirigiert und die sich daraus ergebenden Folgen untersucht werden. Dabei wurde der in Drengk et al., 2003 beschriebene Ansatz aufgegriffen, in dem Proteine durch die Fusion an Vacuolin an die späte endosomale Membran transportiert wurden. Die endosomale Lokalisation von DAip1 bewirkte den vollständigen Verlust der endosomalen Aktin-Hülle, ohne dabei das restliche zelluläre Cytoskelett zu beeinträchtigen. Dabei wird die Depolymerisation vermutlich über die nachgewiesene Interaktion von DAip1 mit dem Aktin-depolymerisierenden Protein Cofilin bewirkt. Einhergehend damit trat eine Aggregation der betroffenen Kompartimente, eine Verzögerung des endocytotischen Transits, sowie eine verstärkte Retention lysosomaler Enzyme auf. Diese Ergebnisse ließen auf eine Funktion der endosomalen Aktin-Hülle als Fusionsinhibitor oder in der Regulation von Recycling-Prozessen an späten Endosomen schließen. Die Verlängerung der endosomalen Verweilzeit des den Arp2/3-Komplex negativ regulierenden Proteins Coronin bewirkte dagegen keine offensichtlichen Veränderungen in den betroffenen Zellen. Diese Beoachtung könnte ein Indiz dafür sein, dass nach der Ausbildung der Aktin-Hülle keine weiteren essentiellen Arp2/3-abhängigen mehr an der endosomalen Membran auftreten. Die endosomale Lokalisation des Aktin-Crosslinkers ABP34 induzierte ebenfalls keine Abweichungen vom Wildtyp-Verhalten. Hierbei besteht allerdings die Möglichkeit, dass die Aktivität des Proteins durch die bereits zuvor beschriebene Calcium-Sensitivität beeintächtigt vorliegt. Eine Verstärkung der endosomalen Hülle konnte trotz der Verwendung unterschiedlicher Ansätze nicht hervorgerufen werden. Offensichtlich wirkt die zusätzliche Expression zentraler Regulatoren der Aktin-Polymerisation in der Zelle cytotoxisch. Die Bindung von VASP an die endosomale Membran bewirkte in den Zellen die Ausbildung voluminöser, cytoplasmatischer „Aktin-Bälle“. Diese riefen in den betroffenen Zellen Defekte in unterschiedlichen Aktin-abhängigen Prozessen, wie der Phago- und Pinocytose, sowie der Cytokinese hervor. Dabei gehen die beobachteten Veränderungen vermutlich auf die nachgewiesene Störung im Gleichgewicht zwischen G- und F-Aktin zurück. Obwohl die Aktin-Bälle an der endosomalen Membran entstehen, weisen sie nach vollendeter Entstehung keine inneren oder äußeren Membranen mehr auf und nehmen nicht mehr aktiv am endocytotischen Geschehen teil. Die nähere Charakterisierung offenbarte große Ähnlichkeit zu den mit unterschiedlichen neurodegenerativen Erkrankungen assoziierten Hirano-Bodies. Über das beobachtbare Lokalisationsverhalten der unterschiedlichen im ersten Teil der Arbeit eingesetzten Vacuolin-Hybridproteine ließ sich die Stärke der Lokalisationsinformationen der fusionierten Aktin-interagierenden Proteine miteinander vergleichen. Dies wurde verwendet, um die einzelnen Proteine gemäß ihres Targeting-Potenzials hierarchisch anzuordnen. Im zweiten Teil der Arbeit wurden dieser Hierarchie die beiden cytoplasmatischen Targeting-Signale für Peroxisomen (PTS1) und den Zellkern (SV40-NLS) hinzugefügt. Der vorgenommene Vergleich dieser in vivo gewonnen Daten aus Dictyostelium mit unterschiedlichen in vitro-Bindungsstudien mit homologen Proteinen anderer Organismen zeigte eine erstaunlich gute Übereinstimmung. Diese Beobachtung lässt auf vergleichbare Targeting-Affinitäten innerhalb der Eukaryoten schließen und belegt, dass die zelluläre Lokalisation eines Proteins relativ sicher anhand der in ihm vorhandenen Bindungs-Affinitäten vorhergesagt werden kann. Durch die Kombination der in vivo- und in vitro-Daten war es auch ohne Kenntnis des Oligomerisierungsgrades und des Interaktionspartners erstmals möglich, die Bindungsstärke von Vacuolin an der endosomalen Membran auf einen definierten Bereich einzugrenzen.