PRP8 intein in Ajellomycetaceae family pathogens: Sequence analysis, splicing evaluation and homing endonuclease activity

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Application of synthetic peptides to the diagnosis of neurocysticercosis

We tested the possible diagnostic utility of five Taenia saginata oncosphere-derived synthetic peptides in T. solium neurocysticercosis (NC). The five peptides correspond to protein sequences with high antigenic indexes that were cloned from a T. saginata oncosphere cDNA library. The test samples consisted of cerebrospinal fluid (CSF) samples randomly collected from patients referred from Mexican and Brazilian neurological institutes. Indirect enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) were carried out with the peptides either unconjugated or coupled to carrier proteins, and were compared with results obtained using T. solium cyst fluid as a positive control. For active inflammatory NC, the higher sensibility (93%) and specificity (85%) was obtained with peptides HP6-2 and Ts45W-1, respectively, coupled to ovalbumin, in both Mexican and Brazilian patients. Examining the results of the individual peptide assays in combination, in some instances, improved the sensitivity to 100%.

The contribution of transposable elements to Bos taurus gene structure

In an effort to identify the contribution of TEs to bovine genome evolution, the abundance, distribution and insertional orientation of TEs were examined in all bovine nuclear genes identified in sequence build 2.1 (released October 11, 2005). Exons, introns and promoter segments (3 kb upstream the transcription initiation sites) were screened with the RepeatMasker program. Most of the genes analyzed contained TE insertions, with an average of 18 insertions/gene. The majority of TE insertions identified were classified as retrotransposons and the remainder classified as DNA transposons. TEs were inserted into exons and promoter segments infrequently, while insertion into intron sequences was strikingly more abundant. The contribution of TEs to exon sequence is of great interest because TE insertions can directly influence the phenotype by altering protein sequences. We report six cases where the entire exon sequences of bovine genes are apparently derived from TEs and one of them, the insertion of Charlie into a bovine transcript similar to the zinc finger 452 gene is analyzed in detail. The great similarity of the TE-cassette sequence to the ZNF452 protein and phylogenetic relationship strongly suggests the occurrence of Charlie 10 DNA exaptation in the mammalian zinc finger 452 gene. (c) 2006 Published by Elsevier B.V.

Sequence characterization of coding regions of the myostatin gene (GDF8) from Brazilian Murrah buffaloes (Bubalus bubalis) and comparison with the Bos taurus sequence

Within about 30 years the Brazilian buffalo (Bubalus bubalis) herd will reach approximately 50 million head as a result of the great adaptive capacity of these animals to tropical climates, together with the good productive and reproductive potential which make these animals an important animal protein source for poor and developing countries. The myostatin gene (GDF8) is important in the physiology of stock animals because its product produces a direct effect on muscle development and consequently also on meat production. The myostatin sequence is known in several mammalian species and shows a high degree of amino acid sequence conservation, although the presence of non-silent and silent changes in the coding sequences and several alterations in the introns and untranslated regions have been identified. The objective of our work was to characterize the myostatin coding regions of B. bubalis (Murrah breed) and to compare them with the Bos taurus regions looking for variations in nucleotide and protein sequences. In this way, we were able to identify 12 variations at DNA level and five alterations on the presumed myostatin protein sequence as compared to non double-muscled bovine sequences.

Solanum americanum: reservoir for Potato virus Y and Cucumber mosaic virus in sweet pepper crops

Weeds can act as important reservoirs for viruses. Solanum americanum (Black nightshade) is a common weed in Brazil and samples showing mosaic were collected from sweet pepper crops to verify the presence of viruses. One sample showed mixed infection between Cucumber mosaic virus (CMV) and Potato virus Y (PVY) and one sample showed simple infection by PVY. Both virus species were transmitted by plant extract and caused mosaic in tomato (Solanum lycopersicum cv. Santa Clara), sweet pepper (Capsicum annuum cv. Magda), Nicotiana benthamiana and N. tabaccum TNN, and local lesions on Chenopodium quinoa, C. murale and C. amaranticolor. The coat protein sequences for CMV and PVY found in S. americanum are phylogenetically more related to isolates from tomato. We conclude that S. americanum can act as a reservoir for different viruses during and between sweet pepper crop seasons.

On the Evolution of Hexose Transporters in Kinetoplastid Potozoans

Glucose, an almost universally used energy and carbon source, is processed through several well-known metabolic pathways, primarily glycolysis. Glucose uptake is considered to be the first step in glycolysis. In kinetoplastids, a protozoan group that includes relevant human pathogens, the importance of glucose uptake in different phases of the life cycles is well established, and hexose transporters have been proposed as targets for therapeutic drugs. However, little is known about the evolutionary history of these hexose transporters. Hexose transporters contain an intracellular N- and C-termini, and 12 transmembrane spans connected by alternate intracellular and extracellular loops. In the present work we tested the hypothesis that the evolutionary rate of the transmembrane span is different from that of the whole sequence and that it is possible to define evolutionary units inside the sequence. The phylogeny of whole molecules was compared to that of their transmembrane spans and the loops connecting the transmembrane spans. We show that the evolutionary units in these proteins primarily consist of clustered rather than individual transmembrane spans. These analyses demonstrate that there are evolutionary constraints on the organization of these proteins; more specifically, the order of the transmembrane spans along the protein is highly conserved. Finally, we defined a signature sequence for the identification of kinetoplastid hexose transporters.

Evolutionary history of exon shuffling

Exon shuffling has been characterized as one of the major evolutionary forces shaping both the genome and the proteome of eukaryotes. This mechanism was particularly important in the creation of multidomain proteins during animal evolution, bringing a number of functional genetic novelties. Here, genome information from a variety of eukaryotic species was used to address several issues related to the evolutionary history of exon shuffling. By comparing all protein sequences within each species, we were able to characterize exon shuffling signatures throughout metazoans. Intron phase (the position of the intron regarding the codon) and exon symmetry (the pattern of flanking introns for a given exon or block of adjacent exons) were features used to evaluate exon shuffling. We confirmed previous observations that exon shuffling mediated by phase 1 introns (1-1 exon shuffling) is the predominant kind in multicellular animals. Evidence is provided that such pattern was achieved since the early steps of animal evolution, supported by a detectable presence of 1-1 shuffling units in Trichoplax adhaerens and a considerable prevalence of them in Nematostella vectensis. In contrast, Monosiga brevicollis, one of the closest relatives of metazoans, and Arabidopsis thaliana, showed no evidence of 1-1 exon or domain shuffling above what it would be expected by chance. Instead, exon shuffling events are less abundant and predominantly mediated by phase 0 introns (0-0 exon shuffling) in those non-metazoan species. Moreover, an intermediate pattern of 1-1 and 0-0 exon shuffling was observed for the placozoan T. adhaerens, a primitive animal. Finally, characterization of flanking intron phases around domain borders allowed us to identify a common set of symmetric 1-1 domains that have been shuffled throughout the metazoan lineage.

Characterization of Bean Necrotic Mosaic Virus: A Member of a Novel Evolutionary Lineage within the Genus Tospovirus

Background: Tospoviruses (Genus Tospovirus, Family Bunyaviridae) are phytopathogens responsible for significant worldwide crop losses. They have a tripartite negative and ambisense RNA genome segments, termed S (Small), M (Medium) and L (Large) RNA. The vector-transmission is mediated by thrips in a circulative-propagative manner. For new tospovirus species acceptance, several analyses are needed, e. g., the determination of the viral protein sequences for enlightenment of their evolutionary history. Methodology/Principal Findings: Biological (host range and symptomatology), serological, and molecular (S and M RNA sequencing and evolutionary studies) experiments were performed to characterize and differentiate a new tospovirus species, Bean necrotic mosaic virus (BeNMV), which naturally infects common beans in Brazil. Based upon the results, BeNMV can be classified as a novel species and, together with Soybean vein necrosis-associated virus (SVNaV), they represent members of a new evolutionary lineage within the genus Tospovirus. Conclusion/Significances: Taken together, these evidences suggest that two divergent lineages of tospoviruses are circulating in the American continent and, based on the main clades diversity (American and Eurasian lineages), new tospovirus species related to the BeNMV-SVNaV clade remain to be discovered. This possible greater diversity of tospoviruses may be reflected in a higher number of crops as natural hosts, increasing the economic impact on agriculture. This idea also is supported since BeNMV and SVNaV were discovered naturally infecting atypical hosts (common bean and soybean, respectively), indicating, in this case, a preference for leguminous species. Further studies, for instance a survey focusing on crops, specifically of leguminous plants, may reveal a greater tospovirus diversity not only in the Americas (where both viruses were reported), but throughout the world.

Decreasing the number of false positives in sequence classification

Abstract Background A large number of probabilistic models used in sequence analysis assign non-zero probability values to most input sequences. To decide when a given probability is sufficient the most common way is bayesian binary classification, where the probability of the model characterizing the sequence family of interest is compared to that of an alternative probability model. We can use as alternative model a null model. This is the scoring technique used by sequence analysis tools such as HMMER, SAM and INFERNAL. The most prevalent null models are position-independent residue distributions that include: the uniform distribution, genomic distribution, family-specific distribution and the target sequence distribution. This paper presents a study to evaluate the impact of the choice of a null model in the final result of classifications. In particular, we are interested in minimizing the number of false predictions in a classification. This is a crucial issue to reduce costs of biological validation. Results For all the tests, the target null model presented the lowest number of false positives, when using random sequences as a test. The study was performed in DNA sequences using GC content as the measure of content bias, but the results should be valid also for protein sequences. To broaden the application of the results, the study was performed using randomly generated sequences. Previous studies were performed on aminoacid sequences, using only one probabilistic model (HMM) and on a specific benchmark, and lack more general conclusions about the performance of null models. Finally, a benchmark test with P. falciparum confirmed these results. Conclusions Of the evaluated models the best suited for classification are the uniform model and the target model. However, the use of the uniform model presents a GC bias that can cause more false positives for candidate sequences with extreme compositional bias, a characteristic not described in previous studies. In these cases the target model is more dependable for biological validation due to its higher specificity.

Cell organisation, sulphur metabolism and ion transport-related genes are differentially expressed in Paracoccidioides brasiliensis mycelium and yeast cells

Abstract Background Mycelium-to-yeast transition in the human host is essential for pathogenicity by the fungus Paracoccidioides brasiliensis and both cell types are therefore critical to the establishment of paracoccidioidomycosis (PCM), a systemic mycosis endemic to Latin America. The infected population is of about 10 million individuals, 2% of whom will eventually develop the disease. Previously, transcriptome analysis of mycelium and yeast cells resulted in the assembly of 6,022 sequence groups. Gene expression analysis, using both in silico EST subtraction and cDNA microarray, revealed genes that were differential to yeast or mycelium, and we discussed those involved in sugar metabolism. To advance our understanding of molecular mechanisms of dimorphic transition, we performed an extended analysis of gene expression profiles using the methods mentioned above. Results In this work, continuous data mining revealed 66 new differentially expressed sequences that were MIPS(Munich Information Center for Protein Sequences)-categorised according to the cellular process in which they are presumably involved. Two well represented classes were chosen for further analysis: (i) control of cell organisation – cell wall, membrane and cytoskeleton, whose representatives were hex (encoding for a hexagonal peroxisome protein), bgl (encoding for a 1,3-β-glucosidase) in mycelium cells; and ags (an α-1,3-glucan synthase), cda (a chitin deacetylase) and vrp (a verprolin) in yeast cells; (ii) ion metabolism and transport – two genes putatively implicated in ion transport were confirmed to be highly expressed in mycelium cells – isc and ktp, respectively an iron-sulphur cluster-like protein and a cation transporter; and a putative P-type cation pump (pct) in yeast. Also, several enzymes from the cysteine de novo biosynthesis pathway were shown to be up regulated in the yeast form, including ATP sulphurylase, APS kinase and also PAPS reductase. Conclusion Taken together, these data show that several genes involved in cell organisation and ion metabolism/transport are expressed differentially along dimorphic transition. Hyper expression in yeast of the enzymes of sulphur metabolism reinforced that this metabolic pathway could be important for this process. Understanding these changes by functional analysis of such genes may lead to a better understanding of the infective process, thus providing new targets and strategies to control PCM.

Theoretical studies of Membrane Proteins : Properties, Prediction Methods and Genome-wide analysis

Membrane proteins are a large and important class of proteins. They are responsible for several of the key functions in a living cell, e.g. transport of nutrients and ions, cell-cell signaling, and cell-cell adhesion. Despite their importance it has not been possible to study their structure and organization in much detail because of the difficulty to obtain 3D structures. In this thesis theoretical studies of membrane protein sequences and structures have been carried out by analyzing existing experimental data. The data comes from several sources including sequence databases, genome sequencing projects, and 3D structures. Prediction of the membrane spanning regions by hydrophobicity analysis is a key technique used in several of the studies. A novel method for this is also presented and compared to other methods. The primary questions addressed in the thesis are: What properties are common to all membrane proteins? What is the overall architecture of a membrane protein? What properties govern the integration into the membrane? How many membrane proteins are there and how are they distributed in different organisms? Several of the findings have now been backed up by experiments. An analysis of the large family of G-protein coupled receptors pinpoints differences in length and amino acid composition of loops between proteins with and without a signal peptide and also differences between extra- and intracellular loops. Known 3D structures of membrane proteins have been studied in terms of hydrophobicity, distribution of secondary structure and amino acid types, position specific residue variability, and differences between loops and membrane spanning regions. An analysis of several fully and partially sequenced genomes from eukaryotes, prokaryotes, and archaea has been carried out. Several differences in the membrane protein content between organisms were found, the most important being the total number of membrane proteins and the distribution of membrane proteins with a given number of transmembrane segments. Of the properties that were found to be similar in all organisms, the most obvious is the bias in the distribution of positive charges between the extra- and intracellular loops. Finally, an analysis of homologues to membrane proteins with known topology uncovered two related, multi-spanning proteins with opposite predicted orientations. The predicted topologies were verified experimentally, providing a first example of "divergent topology evolution".

Bioinformatische, genomweite Analyse genexpressionsregulierender Faktoren in Lebergewebe

Für eine Reihe einzelner genetischer Faktoren und Promotorelemente wurde in der Vergangenheit eine Regulation der Genexpression in der Leber (und auch in anderen Geweben) gezeigt. Mit der Verfügbarkeit des gesamten humanen Genoms sowie dessen Expressionsdaten in großen Microarray- und SAGE-Datenbanken bietet sich die Möglichkeit, solche Regulationsmechanismen in großem, genomweitem Maßstab zu untersuchen. Dabei geht diese Arbeit der Frage nach, ob es übergeordnete, eine Expression speziell in der Leber fördernde oder hemmende Faktoren gibt oder ob jedes Gen von einer unabhängigen Kombination von Faktoren reguliert wird, in dessen Summe die Expression des individuellen Gens in der Leber am stärksten ist. Sollten sich übergeordnete, eine Expression in der Leber stimulierende Faktoren finden, wären diese interessant für die Entwicklung neuer Behandlungskonzepte bei Lebererkrankungen. Zur Untersuchung dieser Fragestellung wurden aus einem Affymetrix Microarray Datenset für 12 Gewebe die Expressiondaten von insgesamt jeweils 15.472 Genen extrahiert. In einem zweiten Schritt wurden zusätzlich die Promotorsequenzen der einzelnen zugehörigen Gene, definiert als eine 1000 bp Region upstream des Transkriptionsstarts, in dieselbe Datenbank abgelegt. Die Promotorsequenzen wurden über den PromotorScan-Algorithmus analysiert. Auf diese Weise wurden Transkriptionsfaktorbindungsstellen auf 7042 der Promotoren identifiziert. Es fand sich eine Gesamtzahl von 241.984 Transkriptionsfaktorbindungsstellen. Anhand der Microarray-Expressionsdaten wurde die Gesamtgruppe der verfügbaren Gene und Promotoren in zwei Gruppen unterteilt, nämlich in die Gruppe der Gene, deren Expression in der Leber deutlich am höchsten gefunden wurde und in die Gruppe der Gene, die in anderen Geweben am höchsten exprimiert waren. Jeder potentiell bindende Transkriptionsfaktor wurde auf unterschiedliches Vorkommen in diesen beiden Gruppen hin untersucht. Dies geschah unter der Vorstellung, dass übergeordnete Faktoren, die eine Expression in der Leber stimulieren in der Gruppe der Gene, die in der Leber am höchsten exprimiert sind, verhältnismäßig wesentlich häufiger zu finden sein könnten. Eine solches häufigeres Vorkommen ließ sich jedoch für keinen einzigen Faktor nachweisen. Transkriptionsfaktorbindungsstellen sind typischerweise zwischen 5 und 15 bp lang. Um auszuschließen, dass mit dem verwendeten PromotorScan-Algorithmus Transkriptionsfaktorbindungsstellen, die bisher nicht bekannt sind, nicht übersehen wurden, wurden die Häufigkeit sämtlicher möglicher 8 bp (48) und 10 bp (410) Nukleotid-Kombinationen in diesen Promotoren untersucht. Biologisch relevante Unterschiede fanden sich zwischen den beiden Gruppen nicht. In gleicher Weise wurde auch die Bedeutung von TATA-Boxen untersucht. TATA-Boxen kommt bei der Transkriptionsinitiierung eine wichtige Rolle zu, indem über sie die Bindung des initialen Transkriptionskomplexes vermittelt wird. Insgesamt 1033 TATA-Boxen wurden ebenfalls mittels PromotorScan vorausgesagt. Dabei waren 57 auf Promotoren von Genen, die in der Leber überexprimiert waren und 976 auf Promotoren von Genen, die in anderen Geweben überexprimiert waren. Der Vergleich dieser beiden Gruppen ließ keine signifikant unterschiedliche Häufigkeit an TATA-Boxen erkennen. Im weiteren wurde die Bedeutung von CpG-Islands für eine potentiell differentielle Regulation untersucht. Insgesamt wurden 8742 CpG-Islands in einem Bereich von bis zu 5 kb upstream des Transkriptionsstarts identifiziert, 364 davon auf Promotoren von Genen, die am höchsten in der Leber exprimiert waren, 8378 auf Promotoren von Genen, die in anderen Geweben am höchsten exprimiert waren. Signifikante Unterschiede in der Verteilung von CpG-Islands auf Promotoren dieser beiden Gengruppen ließen sich nicht nachweisen. Schließlich wurden die RNA- und Proteinsequenzen des Transkriptoms und Proteoms hinsichtlich ihrer Zusammensetzung aus einzelnen Nukleotiden bzw. Aminosäuren analysiert. Auch hierbei fanden sich keine signifikanten Unterschiede in der Verteilung zwischen beiden Gengruppen. Die Zusammenschau der Ergebnisse zeigt, dass die Regulation der einzelnen Gene im Lebergewebe im wesentlichen individuell erfolgt. Im Rahmen der vorgelegten bioinformatischen Analysen fanden sich keine übergeordneten genetischen „Leberfaktoren“, die speziell eine Expression von Genen in der Leber stimulieren. Neue therapeutische Ansätze, die auf eine Regulation der Genexpression in der Leber zielen, werden somit auch weiterhin auf die Beeinflussung individueller Gene fokussiert bleiben.

Ursachen der unterschiedlichen Oligomerisierung von Lichtsammelproteinen

Die verschiedenen Lichtsammelproteine (Lhc-Proteine) höherer Pflanzen unterscheiden sich im Oligomerisierungsverhalten. Im Photosystem II existieren 6 Lhc-Proteine, die entweder die monomeren Lichtsammelkomplexe (LHC) CP24 (Lhcb6), CP26 (Lhcb5) und CP29 (Lhcb4) oder den trimeren LHCII (Lhcb1, Lhcb2 und Lhcb3) bilden. Im Photosystem I sind laut Kristallstruktur vier Lhc-Proteine lokalisiert, die als Heterodimere organisiert vorliegen. Der schwerpunktmäßig untersuchte LHCI-730 setzt sich aus Lhca1 und Lhca4 zusammen, während der LHCI-680 aus Lhca2 und Lhca3 besteht. Das Ziel der Arbeit bestand in der Identifizierung der für das unterschiedliche Oligomerisierungsverhalten verantwortlichen Proteinbereiche und Aminosäuren. Die für diese Arbeit generierten Consensussequenzalignments verschiedener Lhca- und Lhcb-Proteine vieler Arten unterstützen die Folgerungen aus Strukturdaten und anderen Sequenzalignments, dass den LHCs eine gemeinsame Monomerstruktur zu Grunde liegt. Die Helices 1 und 3 weisen weitgehend sehr hohe Sequenzidentitäten auf, während die N- und C-Termini, die zwei Schleifenregionen und die Helix 2 nur schwach konserviert sind. Falls die Bereiche mit hoher Sequenzübereinstimmung für das Zustandekommen ähnlicher monomerer LHC-Strukturen verantwortlich sind, könnten in den schwach konservierten Domänen die Ursachen für das unterschiedliche Oligomerisierungsverhalten lokalisiert sein. Aufgrund dessen wurden die schwach konservierten Domänen des monomerisierenden Lhcb4, des mit dem Lhca1 dimerisierenden Lhca4 und des Trimere bildenden Lhcb1 gegen die entsprechenden Domänen der anderen Proteine ausgetauscht und bezüglich ihres Oligomerisierungsverhaltens untersucht. Im Lhca4 konnten mit der Helix 2 und der stromalen Schleife zwei für eine Heterodimerisierung essentielle Domänen gefunden werden. Im Lhcb1 waren neben dem N-Terminus auch die 2. Helix und die stromale Schleifendomäne unentbehrlich für eine Trimerisierung. Zusätzlich waren Dimerisierung und Trimerisierung bei Austausch der luminalen Schleife beeinträchtigt. Ein geringer Beitrag zur Lhcb1-Trimerisierung konnte auch für den C-Terminus belegt werden. Ein zusätzliches Ziel der Arbeit sollte der Transfer der Oligomerisierungseigenschaften durch umfangreichen Domänentausch von einem auf ein anderes Protein sein. Der Transfer der Fähigkeit zur Dimerbildung durch Substitution gegen essentielle Lhca4-Domänen (50% luminale Schleife, 100% Helix 2 und 100% stromale Schleife) gelang beim Lhcb4, nicht aber beim Lhcb1. Der Transfer der Trimerisierungsfähigkeit auf Lhca4 und Lhcb4 scheiterte. Eine Lhca1-Mutante mit allen für eine Dimerisierung essentiellen Lhca4-Domänen, die durch Interaktion einzelner Moleküle untereinander multimere LHCs bilden sollte, war bereits in ihrer Monomerbildung beeinträchtigt. Eine Übertragung der Oligomerisierungsfähigkeit auf andere Proteine durch massiven Domänentransfer gestaltete sich somit schwierig, da vermutlich im mutierten Protein immer noch ursprüngliche Tertiärstrukturanteile enthalten waren, die nicht mit den transferierten Proteinbestandteilen kompatibel sind. Bei zukünftigen Experimenten zur Klärung der Transferierbarkeit der Oligomerisierungseigenschaft sollten deswegen neben dem unberücksichtigten 1. Teil der luminalen Schleife auch wenig konservierte Aminosäuren in der 1. und 3. Helix Beachtung finden. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es, die LHCI-730-Dimerisierung im Detail zu untersuchen. Mutationsanalysen bestätigten den von früheren Untersuchungen bekannten Einfluss des Isoleucins 103 und Histidins 99. Letzteres geht möglicherweise durch sein gebundenes Chlorophyll eine Interaktion mit dem Lhca1 ein. Das Phenylalanin 95 stellte sich ebenfalls als ein wichtiger Interaktionspartner heraus und könnte in Wechselwirkung mit einem zwischen Lhca1 und Lhca4 lokalisierten Phosphatidylglycerin treten. Das ebenfalls an der Dimerbildung beteiligte Serin 88 des Lhca4 könnte auf Grund der räumlichen Nähe bei Modellierungen direkt mit dem am C-Terminus des Lhca1 lokalisierten Glycin 190 interagieren. Darüber hinaus wurde ein in der luminalen Lhca4-Schleife lokalisiertes Phenylalanin 84 als Interaktionspartner des Tryptophans 185 im C-Terminus von Lhca1 identifiziert. Der simultane Austausch des Isoleucins 109 und Lysins 110 in der stromalen Schleife des Lhca4, konnte deren Einfluss auf die Dimerisierung belegen. Nachdem bislang an der Dimerbildung beteiligte Aminosäuren am N- und C-Terminus des Lhca1 und Lhca4 identifiziert werden konnten, wurden in dieser Arbeit viele an einer Dimerbildung beteiligten Proteinbereiche und Aminosäuren in der Helix 2 und den Schleifenregionen des Lhca4 identifiziert. Um alle an der Lhca1-Lhca4-Interaktion beteiligten Aminosäuren aufzuklären, müssten durch Mutationsanalysen die in der stromalen Lhca4-Schleife vermuteten Interaktionspartner des für die Dimerisierung wichtigen Tryptophans 4 am N-Terminus von Lhca1 identifiziert, und die in der Helix 3 des Lhca1 vermuteten Interaktionspartner der Helix 2 des Lhca4 ermittelt werden.

Phylogenomische Analysen bei Metazoen - Zur Stellung der Xenoturbellida und Syndermata

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde die phylogenetischen Stellungen der Xenoturbellida (Deuterostomia) und der Syndermata (Protostomia) mit phylogenomischen Techniken untersucht. Auf methodischer Ebene konnte gezeigt werden, dass ribosomale Proteine aufgrund ihres mittleren bis hohen Konservierungsgrades, ihrer Häufigkeit in kleineren EST-Projekten, damit verbunden ihrer Häufigkeit in Datenbanken und ihres phylogenetischen Informationsgehalts nützliche Werkzeuge für phylogenetische Fragestellungen sind. Es konnte durch phylogenetische Rekonstruktionen und Hypothesentests auf Basis eines 11.912 Aminosäuren langen Datensatzes gezeigt werden, dass die Xenoturbellida innerhalb der Deuterostomia eine Schwestergruppenbeziehung zu den Ambulacraria eingehen. Diese Arbeit zeigt im Vergleich aller bisher durchgeführten Arbeiten die beste statistische Unterstützung für diese Topologie. Weiterhin konnte untermauert werden, dass die Urochordata vermutlich anstelle der Cephalochordata die Schwestergruppe der Vertebrata sind. Der Vergleich der publizierten Xenoturbella EST-Datensätze mit dem eigenen Datensatz ließ den Rückschluß zu, dass ESTs offenbar klar weniger anfällig gegen Kontaminationen mit Erbmaterial (DNA+RNA) anderer Spezies sind als PCR-Amplifikate genomischer oder mitochondrialer Gene. Allerdings bestimmt anscheinend der physiologische Zustand der Tiere die Repräsentation von Transkriptklassen wie Stressproteine und mitochondriale Transkripte. Die bakteriellen Transkripte in einem der EST-Datensätze stammen vermutlich von Chlamydien, die möglicherweise symbiontisch in Xenoturbella bocki leben. Im Bereich der Protostomia wurden drei EST-Projekte für Vertreter der Syndermata durchgeführt. Basierend auf drei verschiedenen Proteinalignment-Datensätzen von ca. 11.000 Aminosäuren Länge konnte gezeigt werden, dass die Syndermata innerhalb der Spiralia einzugruppieren sind und dass sie mit den Gnathostomulida das monophyletische Supertaxon Gnathifera bilden. Die genaue phylogenetische Position der Syndermata innerhalb der Spiralia konnte hingegen noch nicht eindeutig geklärt werden, ebenso wie kein kongruenter Beweis für die Existenz des Supertaxons Platyzoa gefunden werden konnte. Im Rahmen der Untersuchung der internen Phylogenie der Syndermata konnten drei der fünf konkurrierenden Hypothesen aufgrund der Paraphylie der Eurotatoria ausgeschlossen werden. Da keine Daten der Seisonidea in den Analysen implementiert waren, bleibt die Frage der internen Phylogenie der Syndermata letztlich offen. Klar ist jedoch, dass die Eurotatoria nicht wie bislang angenommen monophyletisch sind, da die räderorgantragenden Bdelloidea keinesfalls den morphologisch diesbezüglich ähnlichen Monogononta ähnlich sind, sondern den räderorganlosen Acanthocephala näher stehen. Die Abbildung der molekularen Phylogenie auf die morphologischen Verhältnisse zeigt, dass das Räderorgan (partiell oder komplett) offenbar kurz nach der Aufspaltung der Syndermata in Monogononta und Acanthocephala + Bdelloidea in der Acanthocephala + Bdelloidea-Linie reduziert wurde. Die Entstehung des einziehbaren hinteren Körperteils (Rostrum bei Bdelloidea bzw. Proboscis bei Acanthocephala) in der Acanthocephala + Bdelloidea-Linie könnte das Schlüsselereignis zur Entstehung des Endoparasitismus der Acanthocephala gewesen sein.

Klonierung und Charakterisierung der Luziferase und des Luziferin regenerierenden Enzyms aus dem marinen Schwamm Suberites domuncula

Bereits 1971 erkannte Reiswig bei einigen Schwämmen in der Kontraktion des Osculums eine Reaktion auf Licht. Nachfolgend konnte für eine Reihe von Schwämmen die Existenz von Lichtreaktionen beobachtet werden (Wapstra & van Soest, 1987). In dieser Arbeit sollten Gene eines Luziferin/Luziferase Systems im marinen Schwamm Suberites domuncula identifiziert werden, die eine Rolle bei der Bio¬lumineszenz spielen. Mit Hilfe der PCR-Technik konnten die in der cDNA-Bank identifizierten Fragmente einer Luziferase und eines Luziferin regenerierenden Enzyms erfolgreich vervollständigt, kloniert und analysiert werden. Datenbank¬analysen der abgeleiteten Aminosäuresequenzen ergeben sowohl für die Luziferase als auch für das Luziferin regenerierende Enzym Ähnlichkeiten zu den entsprechenden Proteinen aus Leuchtkäfern, wie z. B. Photinus pyralis. Ausgehend von der cDNA wurden zunächst beide Enzyme in E. coli rekombinant exprimiert und affinitätschromatographisch aufgereinigt. Für die Luziferase gelang es, spezifische Antikörper herzustellen, die im Anschluss an den im Western Blot durchgeführten Nachweis eine Identifizierung in histologischen Schwamm¬schnitten ermöglichte. Weitere Analysen konnten für Suberites domuncula sowohl im Schwammgewebe, im Proteinextrakt als auch für das rekombinante Protein die Licht-generierende Fähigkeit nachweisen. Das ermittelte in vitro Biolumineszenz-Emissionsspektrum der rekombinanten Luziferase weist eine Lichtemission im gelb-grünen Bereich des Spektrums mit einem Maximum bei 548 nm und einer Schulter bei 590 nm auf. Ausserdem bestätigte die Funktionanalyse des rekombinanten Enzyms die für Luziferasen bekannte ATP- und Temperatur¬abhängigkeit sowie den stimulierenden Effekt von Coenzym A. Die Existenz einer bioaktiven Luziferase in einem der ältesten, rezent vertretenen Metazoa deutet darauf hin, dass sich die Oxygenasefunktion der Luziferasen bereits früher entwickelte, als bisher von Viviani* vermutet. Die bisherigen Daten über die optischen Eigenschaften der Spiculae liefern gemeinsam mit den Ergebnissen dieser Arbeit – einer Licht-emittierenden Luziferase in S. domuncula – die Voraussetzungen für die mögliche Existenz eines Photorezeptionssystems in Schwämmen.