A human pancreatic ribonuclease variant kills cancer cells by apoptosis and reduces the expression of P-glycoprotein in MDR cell lines

En aquesta tesi s'han estudiat les propietats antitumorals d'una variant de la ribonucleasa pancreàtica humana anomenada PE5 que incorpora un senyal de localització nuclear. Aquest estudi mostra que PE5 indueix l'apoptosi de les cèl·lules tractades i que aquesta mort és independent de l'activitat de p53. A més, l'efecte citotòxic no es veu afectat per un fenotip de resistència a múltiples drogues. Les dades també mostren que l'activitat citotòxica de PE5 és selectiva per a cèl·lules tumorals in vitro i que la capacitat citotòxica de les dues ribonucleases és semblant. S'ha estudiat l'efecte d'aquestes dues ribonucleases sobre el cicle cel·lular, l'activació de diferents caspases i l'expressió de proteïnes relacionades amb l'apoptosi i el cicle cel·lular. Els resultats indiquen que PE5 i l'onconasa maten les cèl·lules a través de mecanismes diferents. A més, PE5 però no l'onconasa, redueix l'acumulació de glicoproteïna-P en dues línies cel·lulars resistents a múltiples drogues.

Producció i caracterització de variants de la ribonucleasa pancreàtica humana dissenyades per a adquirir propietats citotòxiques

Amb la finalitat d'aprofundir en les bases moleculars de la citotoxicitat de les ribonucleases pancreàtiques, es van construir variants derivades de l'HP-RNasa seguint dues estratègies. En la primera, es van generar variants de l'enzim resistents a l'acció de l'inhibidor proteic de les ribonucleases (hRI), substituint residus implicats en la interfície de contacte entre la ribonucleasa i l'hRI. En la segona, es va addicionar el motiu RGD en regions de superfície de la proteïna implicades en la formació del complex amb l'hRI, a fi de promoure la seva interacció amb la membrana plasmàtica de les cèl·lules i a la vegada disminuir l'afinitat de les variants per l'hRI. Es va comprovar que només les variants portadores de substitucions múltiples adquirien la capacitat de resistència a l'hRI. L'estudi del percentatge d'inhibició de la síntesi proteica en cèl·lules incubades amb cadascuna de les variants va mostrar que només dues de les variants construïdes havien adquirit propietats citotòxiques. La citotoxicitat més elevada la va presentar una variant que no era resistent a l'hRI, amb valors que eren només entre 5 i 15 vegades inferiors als de l'onconasa. Aquest resultat demostrà que la sensibilitat a l'hRI no és necessàriament un paràmetre limitant per a la citotoxicitat de les ribonucleases. Cap de les variants que incorporava un motiu RGD presentà citotoxicitat, evidenciant que aquest motiu no és efectiu a fi de dotar les ribonucleases pancreàtiques de propietats citotòxiques. Es van estudiar les bases moleculars de la citotoxicitat de la variant més citotòxica. En primer lloc, l'anàlisi de la internalització per marcatge radioactiu d'aquesta variant en relació amb l'onconasa i amb altres variants de l'HP-RNasa no citotòxiques, va posar en evidència que només l'onconasa era internalitzada eficientment. Es descartava així la possibilitat que l'acció citotòxica de l'enzim estudiat fos conseqüència d'una major eficiència d'endocitosi. També es va comprovar que l'addició del motiu RGD no era capaç de promoure la internalització de les proteïnes amb més eficàcia. Per microscòpia confocal de fluorescència, les variants humanes només es van començar a detectar a l'interior de la cèl·lula a partir de les 24 h d'incubació. Totes les variants generades van presentar una eficiència catalítica superior al 50 % de l'activitat de la seva proteïna parental, PM5, indicant que probablement l'estructura del centre actiu no havia estat afectada de manera dràstica per les substitucions introduïdes. No obstant, en tots els casos es va produir una disminució en la termoestabilitat respecte a PM5. Aquest resultat indicà que la correlació descrita a la bibliografia entre l'increment de termoestabilitat i l'increment de citotoxicitat per les ribonucleases no sempre es compleix. Per microscòpia confocal es va comprovar que tant la proteïna més citotòxica, com una variant no citotòxica resistent a l'hRI, així com la proteïna parental, seguien la via de degradació lisosomal. Aquesta ruta de trànsit no va ser afectada per l'addició de drogues que alteren les vies de trànsit retrògrad (monensina i brefeldina A), però sí per l'addició de la bafilomicina A1, una droga que neutralitza el pH endosomal i que va actuar alentint el trànsit de les proteïnes als lisosomes. D'acord amb aquests resultats, els valors de citotoxicitat de les variants es van incrementar de manera significativa només en presència de bafilomicina A1, suggerint que les ribonucleases transloquen al citoplasma a partir d'algun punt de la via de trànsit endosomal. Es va comprovar que l'acció de la variant més citotòxica era deguda a que l'addició d'un segon motiu de tres Arg en PE5 dota a aquesta proteïna amb un senyal de transport nuclear. La fracció d'enzim que aconsegueix translocar al citoplasma a partir d'algun punt de la via endosomal previ als lisosomes, és conduït ràpidament al nucli de la cèl·lula per mitjà del mecanisme clàssic de transport actiu. Per la seva afinitat amb l'rRNA, l'enzim es concentra en el nuclèol, on probablement duu a terme la seva activitat catalítica. La interacció d'aquesta variant amb els receptors nucleocitoplasmàtics, les importines, impediria per altra banda el bloqueig de l'enzim per part de l'hRI. Els resultats obtinguts presenten una nova estratègia de disseny de ribonucleases citotòxiques, basada en l'addició de segments NLS a fi de promoure el transport nuclear dels enzims. Aquesta estratègia podria permetre superar limitacions que fins al moment han estat descrites com a limitants de la citotoxicitat de les ribonucleases pancreàtiques, com la sensibilitat a l'hRI o la baixa eficiència d'internalització.

Myocyte remodeling in response to hypertrophic stimuli requires nucleocytoplasmic shuttling of muscle LIM protein

CSRP3 or muscle LIM protein (MLP) is a nucleocytoplasmic shuttling protein and a mechanosensor in cardiac myocytes. MLP regulation and function was studied in cultured neonatal rat myocytes treated with pharmacological or mechanical stimuli. Either verapamil or BDM decreased nuclear MLP while phenylephrine and cyclic strain increased it. These results suggest that myocyte contractility regulates MLP subcellular localization. When RNA polymerase II was inhibited with alpha-amanitin, nuclear MLP was reduced by 30%. However, when both RNA polymerase I and II were inhibited with actinomycin D, there was a 90% decrease in nuclear MLP suggesting that its nuclear translocation is regulated by both nuclear and nucleolar transcriptional activity. Using cell permeable synthetic peptides containing the putative nuclear localization signal (NLS) of MLP, nuclear import of the protein in cultured rat neonatal myocytes was inhibited. The NLS of MLP also localizes to the nucleolus. Inhibition of nuclear translocation prevented the increased protein accumulation in response to phenylephrine. Furthermore, cyclic strain of myocytes after prior NLS treatment to remove nuclear MLP resulted in disarrayed sarcomeres. Increased protein synthesis and brain natriuretic peptide expression were also prevented suggesting that MLP is required for remodeling of the myo filaments and gene expression. These findings suggest that nucleocytoplasmic shuttling MLP plays an important role in the regulation of the myocyte remodeling and hypertrophy and is required for adaptation to hypertrophic stimuli. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Genetic diversity at the Dhn3 locus in Turkish Hordeum spontaneum populations with comparative structural analyses

We analysed Hordeum spontaneum accessions from 21 different locations to understand the genetic diversity of HsDhn3 alleles and effects of single base mutations on the intrinsically disordered structure of the resulting polypeptide (HsDHN3). HsDHN3 was found to be YSK2-type with a low-frequency 6-aa deletion in the beginning of Exon 1. There is relatively high diversity in the intron region of HsDhn3 compared to the two exon regions. We have found subtle differences in K segments led to changes in amino acids chemical properties. Predictions for protein interaction profiles suggest the presence of a protein-binding site in HsDHN3 that coincides with the K1 segment. Comparison of DHN3 to closely related cereals showed that all of them contain a nuclear localization signal sequence flanking to the K1 segment and a novel conserved region located between the S and K1 segments [E(D/T)DGMGGR]. We found that H. vulgare, H. spontaneum, and Triticum urartu DHN3s have a greater number of phosphorylation sites for protein kinase C than other cereal species, which may be related to stress adaptation. Our results show that the nature and extent of mutations in the conserved segments of K1 and K2 are likely to be key factors in protection of cells.

Involvement of Eukaryotic Translation Initiation Factor 5A (eIF5A) in Skeletal Muscle Stem Cell Differentiation

The eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) contains a special amino acid residue named hypusine that is required for its activity, being produced by a post-translational modification using spermidine as substrate. Stem cells from rat skeletal muscles (satellite cells) were submitted to differentiation and an increase of eIF5A gene expression was observed. Higher content of eIF5A protein was found in satellite cells on differentiation in comparison to non-differentiated satellite cells and skeletal muscle. The treatment with NI-guanyl- 1,7-diaminoheptane (GC7), a hypusination inhibitor, reversibly abolished the differentiation process. In association with the differentiation blockage, an increase of glucose consumption and lactate production and a decrease of glucose and palmitic acid oxidation were observed. A reduction in cell proliferation and protein synthesis was also observed. L-Arginine, a spermidine precursor and partial suppressor of muscle dystrophic phenotype, partially abolished the GC7 inhibitory effect on satellite cell differentiation. These results reveal a new physiological role for eIF5A and contribute to elucidate the molecular mechanisms involved in muscle regeneration.

Is there a role for eIF5A in translation?

The putative translation factor eIF5A is essential for cell viability and is highly conserved from archaebacteria to mammals. This factor is the only cellular protein that undergoes an essential posttranslational modification dependent on the polyamine spermidine, called hypusination. This review focuses on the functional characterization of eIF5A. Although this protein was originally identified as a translation initiation factor, subsequent studies did not support a role for eIF5A in general translation initiation. eIF5A has also been implicated in nuclear export of HIV-1 Rev and mRNA decay, but these findings are controversial in the literature and may reflect secondary effects of eIF-5A function. Next, the involvement of eIF5A and hypusination in the control of the cell cycle and proliferation in various organisms is reviewed. Finally, recent evidence in favor of reconsidering the role of eIF5A as a translation factor is discussed. Future studies may reveal the specific mechanism by which eIF5A affects protein synthesis.

Caracterização da região 3'-terminal do genoma de um isolado brasileiro do Southern bean mosaic virus

O presente trabalho caracteriza a região 3'-terminal do genoma de um isolado do Southern bean mosaic virus encontrado no Estado de São Paulo (SBMV-SP). O RNA foi extraído de partículas virais purificadas e submetido a RT-PCR usando oligonucleotídeos desenhados para amplificar 972 nt da região 3'-terminal do RNA viral. Foi obtido fragmento de tamanho esperado que inclui o gene da proteína capsidial e a região 3'-terminal não codificadora. O gene da proteína capsidial (ORF4) contém 801 nucleotídeos, incluindo-se o códon de terminação UGA, com seqüência deduzida de 266 aminoácidos e massa molecular estimada de 28.800 Da. Sessenta e um aminoácidos terminais da ORF2 estão sobrepostos na ORF4. O sinal de localização nuclear, encontrado dentro do Domínio R na região 5'-terminal da ORF4 de alguns sobemovírus, não foi identificado no SBMV-SP. Esse dado pode explicar a ausência de partículas virais do SBMV-SP no núcleo celular. A seqüência do SBMV-SP apresentou identidade de nucleotídeos e aminoácidos de, respectivamente, 91% e 93% com o isolado Arkansas (SBMV-ARK) descrito nos EUA. Os resultados obtidos indicam que o SBMV-SP e o SBMV-ARK são isolados muito proximamente relacionados.

Biophysical characterization of the recombinant importin-α from neurospora crassa

Neurospora crassa has been widely used as a model organism and contributed to the development of biochemistry and molecular biology by allowing the identification of many metabolic pathways and mechanisms responsible for gene regulation. Nuclear proteins are synthesized in the cytoplasm and need to be translocated to the nucleus to exert their functions which the importin-α receptor has a key role for the classical nuclear import pathway. In an attempt to get structural information of the nuclear transport process in N. crassa, we present herein the cloning, expression, purification and structural studies with N-terminally truncated IMPα from N. crassa (IMPα-Nc). Circular dichroism analysis revealed that the IMPα-Nc obtained is correctly folded and presents a high structural conservation compared to other importins-α. Dynamic light scattering, analytical size-exclusion chromatography experiments and molecular dynamics simulations indicated that the IMPα-Nc unbound to any ligand may present low stability in solution. The IMPα-Nc theoretical model displayed high similarity of its inner concave surface, which binds the cargo proteins containing the nuclear localization sequences, among IMPα from different species. However, the presence of non-conserved amino acids relatively close to the NLS binding region may influence the binding specificity of IMPα-Nc to cargo proteins. Copyright © 2012 Bentham Science Publishers. All Rights Reserved.

Identificação de fatores de transcrição de Neurospora crassa envolvidos na regulação do metabolismo de glicogênio

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Effectiveness, against tuberculosis, of pseudo-ternary complexes: Peptide-DNA-cationic liposome

We report the effects of a synthetic peptide designed to act as a nuclear localization signal on the treatment of tuberculosis. The peptide contains 21 amino acid residues with the following specific domains: nuclear localization signal from SV 40T, cationic shuttle sequence, and cysteamide group at the C-terminus. The peptide was complexed with the plasmid DNAhsp65 and incorporated into cationic liposomes, forming a pseudo-ternary complex. The same cationic liposomes, composed of egg chicken L-alpha-phosphatidylcholine, 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane, and 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (2:1:1 M), were previously evaluated as a gene carrier for tuberculosis immunization protocols with DNAhsp65. The pseudo-ternary complex presented a controlled size (250 nm), spherical-like shape, and various lamellae in liposomes as evaluated by transmission electron microscopy. An assay of fluorescence probe accessibility confirmed insertion of the peptide/DNA into the liposome structure. Peptide addition conferred no cytotoxicity in vitro, and similar therapeutic effects against tuberculosis were seen with four times less DNA compared with naked DNA treatment. Taken together, the results indicate that the pseudo-ternary complex is a promising gene vaccine for tuberculosis treatment. This work contributes to the development of multifunctional nanostructures in the search for strategies for in vivo DNA delivery. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Development of a recombinant fusion protein based on the dynein light chain LC8 for non-viral gene delivery

The low efficiency of gene transfer is a recurrent problem in DNA vaccine development and gene therapy studies using non-viral vectors such as plasmid DNA (pDNA). This is mainly due to the fact that during their traffic to the target cell's nuclei, plasmid vectors must overcome a series of physical, enzymatic and diffusional barriers. The main objective of this work is the development of recombinant proteins specifically designed for pDNA delivery, which take advantage of molecular motors like dynein, for the transport of cargos from the periphery to the centrosome of mammalian cells. A DNA binding sequence was fused to the N-terminus of the recombinant human dynein light chain LC8. Expression studies indicated that the fusion protein was correctly expressed in soluble form using E. coli BL21(DE3) strain. As expected, gel permeation assays found the purified protein mainly present as dimers, the functional oligomeric state of LC8. Gel retardation assays and atomic force microscopy proved the ability of the fusion protein to interact and condense pDNA. Zeta potential measurements indicated that LC8 with DNA binding domain (LD4) has an enhanced capacity to interact and condense pDNA, generating positively charged complexes. Transfection of cultured HeLa cells confirmed the ability of the LD4 to facilitate pDNA uptake and indicate the involvement of the retrograde transport in the intracellular trafficking of pDNA: LD4 complexes. Finally, cytotoxicity studies demonstrated a very low toxicity of the fusion protein vector, indicating the potential for in vivo applications. The study presented here is part of an effort to develop new modular shuttle proteins able to take advantage of strategies used by viruses to infect mammalian cells, aiming to provide new tools for gene therapy and DNA vaccination studies. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Analyse molekularer Mechanismen der Immundominanz MHC Klasse I-präsentierter Antigene bei Humaner Cytomegalovirus-Infektion

Das Humane Cytomegalovirus (HCMV) ist ein Erreger von großer klinischer Relevanz. Die HCMV-Infektion, die insbesondere bei immunsupprimierten Patienten mit hoher Morbidität und Mortalität assoziiert ist, wird vorwiegend durch CD8+-zytotoxische T-Lymphozyten (CTL) kontrolliert. Das Tegumentprotein pp65 und das immediate early 1-Protein (IE1) waren als die dominanten CTL-Antigene bekannt. Ziel dieser Arbeit war es, die zur Immundominanz des pp65 führenden molekularen Mechanismen aufzuklären und die Grundlagen für die Analyse der IE1-spezifischen Immunantwort zu erarbeiten. Durch Peptidimmunisierung HLA-A2-transgener Mäuse wurden hochaffine pp65-spezifische CTL-Klone generiert. Für die Generierung ähnlicher CTL-Klone gegen IE1 konnte erstmals ein konserviertes HLA-A2-bindendes Peptid identifiziert werden. Mit Hilfe der pp65-spezifischen CTL-Klone konnte gezeigt werden, dass das durch Viruspartikel in die Zelle eingebrachte pp65 die Erkennung infizierter Zellen durch CD8+-CTL vermittelt. Durch den Nachweis der außergewöhnlichen Stabilität von pp65 in der Zelle gelang es, eine hohe metabolische Umsatzrate als eine Ursache von Immundominanz auszuschließen. Dagegen hob die Blockierung des CRM1-vermittelten nukleären Exportweges durch Zugabe von Hemmstoffen oder Zutransfektion kompetitiver Inhibitoren die Erkennung des pp65 nahezu auf. Hiermit wurde erstmalig eine Abhängigkeit der Präsentation eines immundominanten nukleären Proteins vom nukleozytoplasmatischen Transport nachgewiesen. Die Erkenntnisse dieser Arbeit stellen die Grundlage für die detaillierte Analyse der Zusammenhänge zwischen nukleärem Export und Antigenpräsentation dar.

Cell Host-Microbe Interactions: Turning Pathogen Mechanisms Into Cell's Advantages

Host-Pathogen Interaction is a very vast field of biological sciences, indeed every year many un- known pathogens are uncovered leading to an exponential growth of this field. The present work lyes between its boundaries, touching different aspects of host-pathogen interaction: We have evaluate the permissiveness of Mesenchimal Stem cell (FM-MSC from now on) to all known human affecting herpesvirus. Our study demonstrate that FM-MSC are full permissive to HSV1, HSV2, HCMV and VZV. On the other hand HHV6, HHV7, EBV and HHV8 are susceptible, but failed to activate a lytic infection program. FM-MSC are pluripotent stem cell and have been studied intensely in last decade. FM-MSC are employed in some clinical applications. For this reason it is important to known the degree of susceptibility to transmittable pathogens. Our atten- tion has then moved to bacterial pathogens: we have performed a proteome-wide in silico analy- sis of Chlamydiaceae family, searching for putative Nuclear localization Signal (NLS). Chlamy- diaceae are a family of obligate intracellular parasites. It’s reasonably to think that its members could delivered to nucleus effector proteins via NLS sequences: if that were the case the identifi- cation of NLS carrying proteins could open the way to therapeutic approaches. Our results strengthen this hypothesis: we have identified 72 protein bearing NLS, and verified their func- tionality with in vivo assays. Finally we have conceived a molecular scissor, creating a fusion protein between HIV-1 IN protein and FokI catalytic domain (a deoxyexonuclease domain). Our aim is to obtain chimeric enzyme (trojIN) which selectively identify IN naturally occurring target (HIV LTR sites) and cleaves subsequently LTR carrying DNA (for example integrated HIV1 DNA). Our preliminary results are promising since we have identified trojIN mutated version capable to selectively recognize LTR carrying DNA in an in vitro experiments.

Identifizierung chemischer Transportinhibitoren zur Modulation (patho)biologischer Genprodukte

Die intrazelluläre Lokalisation von Proteinen und Makromolekülen unterliegt in Eukaryoten einer strengen Regulation. Insbesondere erlaubt die Kompartimentierung eukaryotischer Zellen in Zellkern und Zytoplasma den simultanen Ablauf räumlich getrennter biochemischer Reaktionen, und damit die unabhängige Regulation zellulärer Programme. Da trotz intensiver Forschungsbemühungen bis dato die molekularen Details sowie die (patho)biologische Bedeutung von Kern-Zytoplasma-Transportprozessen noch immer nicht vollkommen verstanden sind, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Fokus auf die Identifizierung von chemischen Transportinhibitoren gelegt. Das zu diesem Zweck entwickelte Translokations-Biosensor-System basiert auf der Kombination von autofluoreszierenden Proteinen, sowie spezifisch ausgewählten Kernexport- und Kernimportsignalen. Nach Etablierung geeigneter Zellmodelle, die effizient und stabil die Translokations-Biosensoren exprimieren, wurde die 17 000 Substanzen umfassende Bibliothek der ChemBioNet-Initiative nach Kernexportinhibitoren mittels einer Fluoreszenzmikroskopie-basierten Hochdurchsatzanalyse-Plattform durchmustert. Zunächst wurden Translokations-Algorithmen, welche eine zuverlässige automatisierte Erkennung von Zellkern und Zytoplasma erlauben, optimiert. Im Folgenden konnten acht neue niedermolekulare Kernexport-Inhibitoren identifiziert werden, die sich in der Stärke, der Geschwindigkeit, sowie in der Beständigkeit der vermittelten Inhibition unterscheiden. Die Aktivität der Inhibitoren konnte auf den isolierten nukleären Exportsignalen (NES) von HIV-1 Rev und Survivin als auch auf den entsprechenden Volllängeproteinen mittels Mikroinjektionsexperimenten sowie durch umfassende in vitro und biochemische Methoden bestätigt werden. Zur Untersuchung der funktionellen Einheiten der Inhibitoren wurden homologe Substanzen auf Ihre Aktivität hin getestet. Dabei konnten für die Aktivität wichtige chemische Gruppen definiert werden. Alle Substanzen stellen neue Inhibitoren des Crm1-abhängigen Exports dar und zeigen keine nachweisbare NES-Selektivität. Interessanterweise konnte jedoch eine zytotoxische und Apoptose-induzierende Wirkung auf verschiedene Krebszellarten festgestellt werden. Da diese Wirkung unabhängig vom p53-Status der Tumorzellen ist und die Inhibitoren C3 und C5 die Vitalität nicht-maligner humaner Zellen signifikant weniger beeinträchtigen, wurden diese Substanzen zum internationalen Patent angemeldet. Da der nukleäre Export besonders für Tumorzellen einen wichtigen Überlebenssignalweg darstellt, könnte dessen reversible Hemmung ausgenutzt werden, um besonders in Kombination mit gängigen Krebstherapien eine therapeutisch relevante Tumorinhibition zu erzeugen. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der neuen Exportinhibitoren ist auf dem Gebiet der Infektionskrankheiten zu sehen, da auch die Aktivität des essentiellen HIV-1 Rev-Proteins inhibiert wird. Zusätzlich konnte in der Arbeit gezeigt werden, dass der zelluläre Kofaktor des Crm1-abhängigen Exports des HIV-1 Rev-Proteins, die RNA-Helikase DDX3, ein eigenes NES enthält. Der Nachweis einer direkten Interaktion des HIV-1 Rev- mit dem DDX3-Protein impliziert, dass multiple Angriffstellen für chemische Modulatoren hinsichtlich einer antiviralen Therapie gegeben sind. Da die Vielfalt des chemischen Strukturraums es unmöglich macht diesen experimentell vollständig zu durchmustern, wurden im Rahmen dieser Arbeit auch Naturstoffe als vielversprechende Wirkstoffquelle untersucht. Um zukünftig umfassend bioaktive Substanzen aus diesen hochkomplexen Stoffgemischen experimentell identifizieren zu können, wurde eine Fluoreszenzmikroskopie-basierte Hochdurchsatzanalyse-Plattform am Mainz Screening Center (MSC) etabliert. Damit konnte bereits ein weiterer, bisher unbekannter Exportinhibitor aus Cyphellopsis anomala identifiziert werden. Neben einer Anwendung dieser Substanz als chemisches Werkzeug zur Aufklärung der Regulation von Transportvorgängen, stellt sich auch die evolutionsbiologisch relevante Frage, wie es dem Pilzproduzenten gelingt die Blockierung des eigenen Kernexports zu umgehen. Weiterführende Projekte müssen sich neben der Aufklärung der molekularen Wirkmechanismen der gefundenen Substanzen mit der Identifizierung spezifischer chemischer „Funktionseinheiten“ beschäftigen. Neben einem verbesserten mechanistischen Verständnis von Transportvorgängen stellen die erarbeiteten Transportinhibitoren Vorstufen zur Weiterentwicklung möglicher Wirkstoffe dar. Die im Rahmen dieser Arbeit etablierte Technologie-Plattform und molekularen Werkzeuge stellen darüber hinaus eine wichtige Voraussetzung dar, um eine systematische Suche nach möglichen Wirkstoffen im Forschungsfeld der „Chemischen Biomedizin“ voranzutreiben.

Ein räumliches Orientierungsgedächtnis im Zentralkomplex von Drosophila melanogaster und die spezifische Rolle von ellipsoid-body-open

In der vorliegenden Arbeit wurden zwei Strukturmutationslinien von Drosophila melanogaster, grf und ebo, hinsichtlich ihres Lauf- und Orientierungsverhaltens im Buridanschen sowie im Detour-Paradigma untersucht. Als Kernthema der Arbeit entwickelte sich rasch die molekulare Analyse von ebo in Bezug auf das räumliche Orientierungsgedächtnis, da ebo-mutante Fliegen Letzteres nicht zeigen. Durch Wiederherstellen der EBO-Funktion kann der Verhaltensphänotyp der ebo-Mutante in jeder Ringneuronengruppe des Ellipsoidkörpers gerettet werden, jedoch nicht der Strukturdefekt. Zudem wird zur Ausbildung des Orientierungsgedächtnisses EBO nicht während der Entwicklung, sondern akut benötigt. Aufgrund der Tatsache, dass ebo für das nukleäre Protein Exportin6 codiert, und selbiges für den Export von Aktin-Profilin-Komplexen aus dem Zellkern verantwortlich ist (STÜVEN ET AL., 2003), zeigen ebo-Tiere nukleäre Aktin-Akkumulationen sowohl während der Entwicklung in Speicheldrüsen als auch im adulten Gehirn, was mittels Expression eines Actin::GFP-Fusionsproteins gezeigt wurde. Die genetischen Interaktionsexperimente zeigen, dass der anatomische Defekt von ebo durch eine reduzierte Aktin-Polymerisation erfolgt, für den Verhaltensphänotyp jedoch die Aktin-Anreicherung in den Zellkernen von Ringneuronen des Ellipsoidkörpers ursächlich ist. Die erstaunliche Redundanz der Ringneurone in Bezug auf die Rettung des Verhaltensphänotyps legt nahe, dass diffusible Faktoren eine wichtige Rolle für die Ausbildung eines Orientierungsgedächtnisses spielen. Bezüglich dieser Hypothese konnte nachgeweisen werden, dass durch FMRFamid-RNAi in R2- und R4-Ringneuronen des Ellipsoidkörpers das Orientierungsgedächtnis zerstört wird. Eine daraufhin durchgeführte Antikörperfärbung gegen pro-FMRFa in wildtypischen und ebo-mutanten Gehirnen ergab jedoch keine Verschiedenheit die Menge oder Lokalisation betreffend. Die bei ebo vorhandene Anreicherung von Aktin im Zellkern bewirkt, dass die Aktin-Monomere im Nucleus an den Cofaktor dMRTF (Mrtf) binden und diesen somit inaktivieren. Dadurch kann der Transkriptionsfaktor dSRF (bs) nicht mehr durch dMRTF aktiviert werden, was den Orientierungsgedächtnis-Verlust bewirkt. Da es jedoch unwahrscheinlich ist, dass ein Gedächtnis, welches nur wenige Sekunden andauert, von Transkriptionsregulation abhängt, könnte dSRF auch die Genexpression von Molekülen, die schnelle Veränderungen synaptischer Transmission der Ringneurone vermitteln, modulieren. Für die Zukunft wäre es demnach von enormer Bedeutung, weitere Zielgene von dSRF aufzuklären und zu analysieren.