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Benzoxazinoide (BX) sind Sekundärmetabolite, die in Gräsern und sporadisch in Dikotyledonen auftreten. Der Biosyntheseweg ist in Gräsern aufgeklärt, in den Dikotyledonen dagegen nur teilweise. P450-abhängige Monooxygenasen aus Consolida orientalis, UDPG-abhängige Glukosyltransferasen und beta-Glukosidasen (BGLU) aus Lamium galeobdolon wurden charakterisiert und ihre Funktion in der BX-Biosynthese untersucht. Die BX-spezifische BGLU aus L. galeobdolon wurde identifiziert. Das Enzym zeigt Substratpromiskuität und konvergente Evolution der Enzymfunktion., Benzoxazinoids (BXs) are secondary metabolites of the grasses occurring sporadically in some species of the dicots. The biosynthetic pathway is fully elucidated in the grasses but only partially in dicots. P450-dependent monooxygenases of Consolida orientalis and the Lamium galeobdolon UDPG-dependent glucosyltransferases and beta-glucosidases (BGLU) were characterised and screened for the function in BX biosynthesis. The BX-specific BGLU of L. galeobdolon was identified. The enzyme shows substrate promiscuity and convergent evolution of the enzyme function.

Untersucht wurde, inwieweit die DIBOA-Synthese von Mais auf Arabidopsis übertragbar ist. Dafür wurden die Benzoxazinoidbiosynthesegene Bx1 bis Bx5 transgen exprimiert und deren Auswirkung untersucht. Es ist gelungen Bx1, Bx2, Bx3 und Bx4 in A. thaliana funktional zu exprimieren und das DIBOA-Vorläufermolekül HBOA in vivo zu synthetisieren. Die transgene Überexpression von Bx1- und Bx2 retardiert die Pflanzenentwicklung, beeinflusst die biotische Interaktion und aktiviert detoxifizierende Aktivitäten., It was our aim to investigate to what extent the DIBOA synthesis is transferable from maize to Arabidopsis. The benzoxazinoid biosynthesis genes Bx1 to Bx5 were transgenically expressed and the consequences of this expression were examined. Functionall expression of Bx1, Bx2, Bx3 and Bx4 was achieved leading to the formation of HBOA. Transgenic overexpression of Bx1 and Bx2 resulted in retarded plant development, altered biotic interaction and activated endogenous detoxification of indolin-2-one.

The benzoxazinoid DIMBOA is a natural defense compound of maize seedlings. A panel of inbred lines was screened for protective DIMBOA levels in older plants. The inbreds Mo17 and B73 were identified as lines with high respective low late DIMBOA levels; the IBM population that is based on these lines was used for QTL-mapping. A major QTL for high late DIMBOA locates close to the cluster of DIMBOA biosynthetic genes (Bx-genes). Fine mapping revealed a genetic element in Mo17, located 151 kb upstream of Bx1 that is required for high late Bx1 expression and is a hotspot of recombination., Das Benzoxazinoid DIMBOA ist ein Abwehrstoff des Maiskeimlings. Inzuchtlinien wurden auf schützende DIMBOA-Mengen in alten Pflanzen untersucht. Mit Mo17 und B73 wurden Linien mit hohem bzw. niedrigem späten DIMBOA-Gehalt gefunden; eine auf diesen Linien basierende Population wurde zur QTL-Kartierung eingesetzt. Ein Haupt-QTL für hohes spätes DIMBOA liegt im Bereich des Clusters biosynthetischer Bx-Gene. Feinkartierung identifizierte eine 151 kb von Bx1 entfernte Mo17-Sequenz, die notwendig für hohe späte Bx1-Expression ist und einen „Hotspot“ für Rekombination bildet.

Abscisinsäure (ABA) ist ein Phytohormon und ein Hauptregulator zur Anpassung an abiotische Stressfaktoren wie Trockenheit. In dieser Arbeit ließ sich erstmalig eine ABA-Rezeptorfunktion für alle RCARs (regulatory component of ABA receptors) in Arabidopsis nachweisen. Es wurden alle Rezeptor-Korezeptor-Interaktionen untersucht und über 100 regulatorische Kombinationen identifiziert., The plant phytohormone abscisic acid (ABA) mediates plant adaptive response to abiotic stress factors such as drought. For the first time, an ABA receptor function was demonstrated for all RCARs (regulatory component of ABA receptors) in Arabidopsis. Furthermore, all receptor co-receptor interactions were analyzed and more than 100 regulatory combinations were identified.

Abscisinsäure (ABA) ist ein Phytohormon und ein Hauptregulator zur Anpassung an abiotische Stressfaktoren wie Trockenheit. In dieser Arbeit ließ sich erstmalig eine ABA-Rezeptorfunktion für alle RCARs (regulatory component of ABA receptors) in Arabidopsis nachweisen. Es wurden alle Rezeptor-Korezeptor-Interaktionen untersucht und über 100 regulatorische Kombinationen identifiziert., The plant phytohormone abscisic acid (ABA) mediates plant adaptive response to abiotic stress factors such as drought. For the first time, an ABA receptor function was demonstrated for all RCARs (regulatory component of ABA receptors) in Arabidopsis. Furthermore, all receptor co-receptor interactions were analyzed and more than 100 regulatory combinations were identified.

We investigated pro-tumour factors secreted by mononuclear cells that activate two of the most important oncogenic pathways: EGFR and STAT3. Upon exposure to tumour cell-supernatants, human peripheral blood monocytes and macrophages secrete one specific EGF family ligand each and a common STAT3 activator. Primed monocytes secrete epiregulin (EREG) and oncostatin-M (OSM), while macrophages secrete heparin-binding EGF-like growth factor (HB-EGF) and OSM. HB-EGF and OSM cooperatively induce chemotaxis of epithelial cells. In mammary carcinoma patients, elevated HB-EGF and OSM plasma protein levels correlate. Elevated HB-EGF plasma levels accompany tumour growth and dissemination in patients with invasive disease. We identify monocyte/macrophage-secreted EREG, HB-EGF and OSM as potential targets for therapeutic intervention in the macrophage-assisted dissemination of tumours., In der vorliegenden Arbeit wurden tumorfördernde Faktoren untersucht, die von mononukleären Zellen sezerniert werden und zwei der wichtigsten onkogenen Signalwege aktivieren: EGFR und STAT3. Primäre humane Blutmonozyten und Makrophagen sezernieren nach Kontakt mit Tumorzellüberständen je einen spezifischen Liganden der EGF-Familie sowie einen gemeinsamen STAT3-Aktivator. So vorbehandelte Monozyten sezernieren Epiregulin (EREG) und Oncostatin-M (OSM), während Makrophagen Heparin-binding EGF-like growth factor (HB-EGF) und OSM ausschütten. HB-EGF und OSM induzieren synergistisch die Chemotaxis epithelialer Zellen. Plasmamengen von HB-EGF und OSM korrelieren in Patienten mit Brustkarzinomen. Erhöhte HB-EGF Plasmamengen in Brustkrebspatienten gehen einher mit stärkerem Tumorwachstum und Lymphknotenbefall. Unsere Untersuchung hat EREG, HB-EGF und OSM als mögliche Ziele für die therapeutische Intervention gegen die Förderung der Tumormetastasierung durch mononukleäre Zellen identifiziert.

In this study, we demonstrate that resistance formation against the cancer therapeutics Sunitinib- and Sorafenib is based on the genetic instability of tumor cells. In a comparative gene-expression analysis and knock-down studies with parental- and in vitro desensibilized cell lines, we identified genes of which increased expression mediates this drug resistance ., In dieser Arbeit demonstrieren wir, dass Resistenzbildung gegen die Krebstherapeutika Sunitinib und Sorafenib auf der genetischen Instabilität von Tumorzellen basiert. In einer vergleichenden Genexpressionsanalyse und “Knock-down“ Experimenten mit parentalen- und in vitro desensibilisierten Zelllinien identifizierten wir Gene, deren erhöhte Expression direkt mit dieser Medikamenten-Resistenz korreliert.

SU11248 is a multitargeted kinase inhibitor approved for the treatment of metastatic renal cell carcinoma and gastrointestinal stromal tumors. For an optimal clinical impact of the drug and its precise response prediction in patients including adverse side-effects, drug target interaction profiles and molecular sites of action are of major importance. Using an efficient affinity chromatography based chemical proteomics approach the target spectrum of SU11248 was profiled in cancer cell lines from different tissue origins and primary mRCC tumors. 313 putative kinase targets were identified. Functional annotation of the targets revealed a diverse inhibition spectrum of SU11248 on cellular signalling processes regulating cell proliferation, survival, migration, invasion as well as energy metabolism and protein-biosynthesis. In addition, new non-kinase targets, including metabolic enzymes, were also found in the performed proteome-wide cell-based interaction screen. A direct proof of target relevance and inhibitor function could be shown by RNAi. Knock-down of high affinity targets significantly reduced SU11248 activity. Moreover, protein expression profiling showed that SU11248 sensitive cell lines are mesenchymal-like with high levels of Vimentin, compared to insensitive cell lines which are more epithelial-like, expressing high levels of E- cadherin. The expression levels of high affinity targets as well as Vimentin and E-cadherin may function as biomarkers for the prediction of SU11248 efficacy in vivo. In addition, phosphoproteomics and a SU11248 biological activity screen in cancer cell lines from different tumor types revealed a strong inhibitory impact of the drug on signalling networks within cancer cells regulating the hallmarks of cancer and potential new tumor indications suitable for SU11248 treatment in future. Taken together, the data constitute a comprehensive study of SU11248 activity and selectivity under cell physiological conditions and provide cance, SU11248 gehört zur Klasse der niedermolekularen Kinase Inhibitoren, die in der Krebsmedizin für die gerichtete Krebstherapie eingesetzt werden. SU11248 war das erste Krebsmedikament seiner Klasse, welches im Jahre 2006 gleichzeitig für metastasierende Nierenzellkarzinome und imatinib-resistente Tumore des Magen-Darm Traktes zugelassen wurde. Für eine optimale therapeutische Wirkung und Anwendung eines Krebsmedikamentes ist es von großer Bedeutung, das genaue molekulare Wirkspektrum zu kennen. Wirkmechanismen und Angriffspunkte des Inhibitors innerhalb der Zelle geben Aufschluss über seine Wirkeffizienz in bestimmten Tumorindikationen, sowie Hinweise auf mögliche Nebenwirkungen während einer Therapie. Die Kombination von Affinitätschromatographie und anschließender massenspektrometrischer Identifizierung potentieller Bindungspartner, auch `chemical proteomics` genannt, ermöglicht die Identifizierung zellweiter Interaktionspartner niedermolekularer Inhibitoren. In dieser Arbeit wurde das Profil von SU11248 in Krebszelllinien verschiedener Tumorindikationen, sowie primären Nierenzellkarzinomen analysiert. Insgesamt wurden 313 potentielle Kinasetargets identifiziert. Die funktionelle Charakterisierung gefundener Interaktoren ergab ein breites biologisches SU11248 Wirkspektrum, welches mit Prozessen zur Regelung von Zellproliferation, Zellmigration und Invasion, Zelltod, Zellwachstum im Allgemeinen, sowie Energiemetabolismus und Proteinbiosynthese interferiert. Durch die funktionelle Charakterisierung hoch-affiner SU11248 Kinasetargets mittels RNAi, konnte eine direkte Verbindung zwischen Target Relevanz und Inhibitorfunktion gezeigt werden. Hoch affine Zielproteine spielen eine essentielle Rolle bei der Wirkung von SU11248 in Krebszelllinien. Ihre Expression und zelluläre Relevanz korreliert mit der Aktivität des Inhibitors. Sie könnten als `Marker of Responsiveness` in der Klinik zur Diagnose der Wirkeffizienz von SU11248 in Tumoren eines bestimmten genetischen Hinterg

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Rolle von intrazellulärem Adaptorprotein FADD in der T-Zellaktivierung. Die Expression einer dominant negativen Form des FADD-Proteins (FADDdn) reduziert die Proliferation von T-Lymphozyten der Maus. Um die Bedeutung und die molekularen Funktionen des FADD-Proteins in der T-Zellproliferation zu untersuchen, wurde eine Oligonukleotid-Array-Analyse der Genexpression von FADDdn und WT-T-Zellen durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Expression von FADDdn zur Deregulation einer Vielzahl von Genen führt, die bei der Steuerung der T-Zellfunktion beteiligt sind, wie IL-2, SOCS-3 und Bcl-3. Um die Rolle des Bcl-3-Proteins in vivo zu untersuchen, wurde eine FADDdn/bcl3-/--Maus generiert. Die T-Zellen dieser Maus zeigten eine gestörte Proliferation und eine erhöhte Apoptose nach mitogener Stimulation. FADD und Bcl-3 erwiesen sich damit als wichtige Komponenten der Regulation des Zelltodes und der Proliferation von T-Lymphozyten., The present work deals with the role of intracellular adapter protein FADD in T cell activation. The expression of a dominant negative form of FADD protein (FADDdn) reduces the proliferation of mouse T-lymphocytes. To investigate the importance and the molecular functions of FADD protein in T cell proliferation an oligonucleotide array analysis of the gene expression profile of T cells from FADDdn and WT mice was performed. It was shown that the expression of FADDdn causes de-regulation of a large number of genes, such as IL-2, SOCS-3 and Bcl-3, which are involved in the control of T cell function. To study the role of Bcl-3 protein in vivo a FADDdn/bcl3-/- mouse was generated. T cells of this mouse showed decreased proliferation and increased apoptosis after mitogenic stimulation. FADD and Bcl-3 proved to be important components of the regulation of cell death and proliferation of T-lymphocytes.

In the present thesis we investigated the function of mig-6 and its relation to the HER receptors in melanoma development and progression as well as hepatocyte proliferation in vivo. Here we could show that HER3 serves as a novel marker for the prognosis of melanoma. In addition, we could show that HER3 is essential for the proliferation, migration and invasion of human melanoma cells. In contrast, mig-6 seems to be a tumor suppressor of melanomagenesis. Furthermore, we characterized mig-6 as a negative regulator of the EGFR in hepatocytes and in liver carcinomas., In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktion von mig-6 und dessen Einfluss auf die HER Rezeptoren sowohl in der Entstehung und der Progression von humanen Melanomen als auch im Wachstum von Hepatozyten in vivo untersucht. Dabei konnte HER3 als neuer Marker für die Prognose von Melanomen postuliert werden. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass HER3 essentiell für die Proliferation, Migration und Invasion von humanen Melanomzellen ist. Im Gegensatz dazu scheint mig-6 ein Tumorsuppressor der Melanomagenese zu sein. Des Weiteren konnte mig-6 als Negativ-Regulator des EGF Rezeptors in Hepatozyten als auch in Leberkarzinomen charakterisiert werden.

The main findings of this study are: 1. UV led to EGFR transactivation in melanoma and squamous cell carcinoma cell lines. This pathway conferred cancer cells with survival advantage under UV irradiation. 2. UV/GPCR induced EGFR transactivation was found to be dependent on ROS production by the Nox protein family. 3. Inhibition strategies targeting ADAMs led to higher apoptosis by UV irradiation as compared to the direct EGFR inhibition, which could be explained by differences in the ability of inhibitors to induce cell cycle arrest. Additionally, we demonstrated a selective presence of EGFR transactivation pathway in malignant melanoma, and absence in primary melanoma. Blocking EGFR transactivation pathway thus holds prophylactic and therapeutic potential in skin cancer., Die wichtigsten Erkenntnisse dieser Studie sind: 1. UV-Bestrahlung führte in Melanom- und Plattenepithelkarzinom-Zelllinien zur Transaktivierung des EGF-Rezeptors. Dieser Signalweg verlieh den Krebszellen einen Überlebensvorteil unter UV-Strahlung. 2. Es wurde gezeigt, dass die UV/GPCR- abhängige Transaktivierung des EGFR-Rezeptors von der Produktion von ROS durch die Familie der NOX-Proteine abhängig ist. 3. Die Inhibition von ADAMs führte im Vergleich zu einer direkten EGFR-Inhibition zu einer höheren UV-induzierten Apoptoserate. Dies kann erklärt werden durch Unterschiede in deren Vermögen, den Zellzyklus zu stoppen. Zusätzlich konnten wir zeigen, dass der Signalweg für die EGFR-Transaktivierung nur in malignen Melanomen und nicht in primären Melanomen zu finden ist. Die Blockierung der EGFR-Transaktivierung beinhaltet daher ein prophylaktisches und therapeutisches Potential für die Bekämpfung von Hautkrebs.

The goal of the thesis was, to find and characterise possible oncogenic alterations in genes of tyrosine kinases. The genetic alterations, which are making proto-oncogenes to oncogenes, may be used as targets in the development of novel cancer therapies. Therefore a large scale sequencing screen was set up, where all the 90 tyrosine kinase genes were analysed in cDNAs of 250 cancer cell lines. In one part of the thesis, the functional characterisation of two transforming mutations in the FES (feline sarcoma oncogene) tyrosine kinase is described. Further a mutation in the fibroblast growth factor receptor 4 (FGFR4) gene, which was discovered in the “Singapore Oncogenome Project” in the breast cancer cell line MDA-MB453, was confirmed to be the genetic reason of the corresponding breast cancer tumour., Das Ziel der vorliegenden Doktorarbeit war es, potenziell onkogene Veränderungen in Genen von Tyrosinkinasen zu finden und zu charakterisieren. Diese Veränderungen, die Proto-Onkogene zu Onkogenen machen, können als Zielstrukturen für die Entwicklung neuer Krebstherapien genutzt werden. Dafür wurden im grossen Maßstab alle 90 Tyrosinkinasegene als cDNAs von 250 Krebszelllinien sequenziert. Als Teilprojekt der Arbeit ist die funktionelle Charakterisierung zweier transformierender Mutationen im Gen der FES (feline sarcoma virus oncogene) Tyrosinkinase beschrieben. Des Weiteren wurde eine Mutation im Fibroblasten Wachstumsfaktor Rezeptor 4 (FGFR4), die im Zuge des „Singapore Oncogenome Project“ in der Brustkrebszelllinie MDA-MB453 gefunden wurde, als genetische Ursache des entsprechenden Brustkrebstumors bestätigt.

Stärke ist der wichtigste Speicherstoff in Pflanzen. Die biochemische und genetische Charakterisierung von Mutanten hat Mais als ein Modellsystem der Stärkebiosynthese etabliert. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Kombination aus Stabilisotopenmarkierung und NMR-Spektroskopie zur Analyse des Stärkesyntheseweges und des primären Kohlenhydratmetabolismus eingesetzt. Maiskörner wurden in Sterilkultur angezogen und in steady-state Experimenten mit [U-13C6]Glucose oder [U-13C12]Saccharose markiert. Aus Stärke- und Phytoglykogenhydrolysaten wurden mittels 13C-NMR-Spektroskopie die Konzentrationen aller biochemisch relevanten Glucoseisotopologe bestimmt und auf diese Weise die Isotopologenmuster von verschiedenen Inzuchtlinien (W64A, W22, Fa56) und Stärkemutanten (wx, ae, su1, bt1, bt2, sh2, Sh2-Rev6, sh1, sh1 sus1, mn1) erstellt. Drei Markierungsexperimente an unterschiedlichen Entwicklungsstufen zeigen einerseits, dass die relativen Flüsse der Glykolyse, des Pentosephosphatweges und des Citratzyklus flexibel sind und sich mit der Kornentwicklung ändern. Andererseits belegen die ähnlichen Isotopologenmuster eines Großteils der untersuchten Mutanten die gleichzeitige Stabilität des zentralen Kohlenhydratmetabolismus. Lediglich die Isotopologenmuster von su1-Phytoglykogen, mn1-Stärke und bt2-Stärke weichen signifikant von den Profilen der zugehörigen Wildtypstärken ab. Darauf basierend konnte unter anderem ein neues Modell zur Biosynthese von Stärke und Phytoglykogen in su1 Endosperm vorgeschlagen werden., Starch is the major storage compound in plants. The biochemical and genetic characterization of mutants established maize as a model system to investigate the biosynthesis of starch. In this study, a combination of stable isotope labeling and NMR-spectroscopy was used to study the starch biosynthetic pathway and the primary carbohydrate metabolism. Maize kernels were grown in sterile culture and labeled in steady state experiments with [U-13C6]glucose or [U-13C12]sucrose. From starch and phytoglycogen hydrolysates the concentrations of all biochemical relevant glucose isotopologs were estimated by 13C-NMR-spectroscopy and in this way the isotopolog patterns of several inbred lines (W64A, W22, Fa56) and starch-deficient mutants (wx, ae, su1, bt1, bt2, sh2, Sh2-Rev6, sh1, sh1 sus1, mn1) were determined. Three labeling experiments at different developmental stages show on the one hand that fluxes through the glycolysis, the pentose-phosphate pathway, and the tricarboxylic acid cycle are flexible and change with kernel development. On the other hand, the similar isotopolog patterns of the majority of the mutants studied here, support the rigidity of central metabolism. Solely the isotopolog patterns of su1-phytoglycogen, mn1-starch, and bt2-starch differ significantly from the profiles of according wild type starches. Based on these results, a new model of the biosynthesis of starch and phytoglycogen in su1 endosperm was proposed.

Die Signalwege, die zur Apoptoseresistenz in zwei zellulären Systemen führen, wurden untersucht. In Melanomzellen wurde ermittelt, daß die Auslösung der Apoptose durch Stimulation des c-Kit Rezeptors durch die Sezernierung eines wahrscheinlich noch unbekannten apoptotischen Liganden erfolgt. In einem zweiten System wurden antiapoptotische Signalwege in Cervix-Karzinomzellen durch eine funktionelle Expressionsanalyse identifiziert. Dabei wurde nicht ein dominanter antiapoptotischer Signalweg gefunden, sondern mehrere Signalwege, die in ihrer Gesamtheit die Apoptoseresistenz vermitteln. Zu diesen Signalwegen gehören bekanntermaßen antiapoptotische Signalwege wie der MAP-Kinase Signalweg, der Akt/PI3K-Signalweg und der NFkappaB-Signalweg als auch noch unbekannte Signalwege., Signal transduction pathways that lead to apoptosis resistance in two cellular systems were investigated. In melanoma cells the apoptosis induction by the c-Kit receptor was shown to be based upon the release of an as yet unknown apoptotic factor. This factor does not induce apoptosis in melanocytes but was not identified. In a second system, antiapoptotic pathways that lead to apoptosis resistance in cervix carcinoma were identified by a functional genomics approach. This lead to the identification of a number of antiapoptotic pathways rather than one dominant pathway. Among the identified known antiapoptotic pathways are Map-kinases, the Akt/PI3K-pathway and the NFkappaB pathway. Pathways that inhibit apoptotis by as yet unknown mechanisms were also identified.

Das Benzoxazinoid DIMBOA stellt einen wichtigen Sekundärmetaboliten der generellen pflanzlichen Abwehr in Zea mays dar. Die DIMBOA-Biosynthesegene (Bx-Gene) zeigen ein ähnliches Expressionsmuster. Ihre Transkription wird daher möglicherweise durch gleiche Transkriptionsfaktoren aktiviert. In einer vergleichenden Analyse der Bx-Gen-Promotoren wurde ein konserviertes Bx-Sequenzelement identifiziert. Es wurden erstmals zwei Transkrip-tionsfaktoren der HD-Zip-Klasse I aus Mais isoliert. Beide Proteine sind in der Lage Homo- und Heterodimere zu bilden und wirken in vitro als Aktivatoren der Genexpression. Aufgrund ihrer spezifischen Bindung an das konservierte Bx-Sequenzmotiv in verschiedenen in-vitro- und in-vivo-Systemen stellen beide Gene interessante Kandidaten für Transkriptionsfaktoren der Bx-Gene dar., The secondary metabolite DIMBOA belongs to the class of benzoxazinoids and represents an important part of general plant defence in Zea mays. The DIMBOA biosynthesis genes (Bx genes) show a similar expression pattern. Their transcription might therefore be activated by the same transcription factors. A comparative analysis of the Bx promoters led to the identifi-cation of a conserved Bx sequence element. Two transcription factors belonging to class I of HD-Zip proteins could be isolated from maize for the first time. Both proteins are able to form homo- and heterodimers and function as activators of gene expression in vitro. As they show specific binding to the conserved Bx element in vitro and in vivo, both proteins are interesting candidates as transcriptional regulators of Bx gene expression.

Es wurde ein auf Agrobacterium tumefaciens basierendes Transformationssystem für Gerste etabliert und optimiert. Transgene Linien konnten mit einer Frequenz von 0,7 – 3,3 % regeneriert werden. Dabei wurden vier verschiedene En-Transposon-Konstrukte erfolgreich übertragen. Insgesamt wurden 33 unabhängige transgene Linien etabliert, aus denen 149 Pflanzen regeneriert erhalten und molekular charakterisiert werden konnten., A transformation system on the basis of Agrobacterium tumefaciens has been established and optimised for barley. We were able to recover transgenic lines with frequencies between 0,7 – 3.3 %. Using this technique four different transposon constructs were successfully introduced into barley. A total of 33 independent transgenic lines were established. From these lines 149 plants could be regenerated and were molecularly characterised.

Die Benzoxazinone DIBOA und DIMBOA sind Sekundärmetabolite der generellen Pflanzenabwehr. Die DIMBOA-Biosynthese zweigt von der Tryptophan-Biosynthese ab und ist in Zea mays fast vollständig aufgeklärt. Eine umfassende Expressionsanalyse der biosynthetischen Gene wurde auf RNA- und Proteinebene durchgeführt. Das entwicklungsspezifische Expressionsmuster der DIMBOA-Biosynthesegene ist für die drei bei Mais vorliegenden Wurzeltypen identisch. In den Differenzierungszonen sind die DIMBOA-Biosynthesegene am stärksten ausgeprägt. Die von diesem Expressionsmuster abweichende Verteilung von DIMBOA im Wurzelgewebe lässt einen Transport des Metaboliten vermuten., The Benzoxazinoids DIBOA and DIMBOA are secondary metabolites of grasses that function as natural pesticides. The biosynthesis of the benzoxazinoid pathway has been elucidated in maize (Zea mays) and branches off the tryptophan biosynthesis pathway. An extensive expression analysis of the biosynthesis genes was carried out on RNA and protein level. The development specific expression pattern of the DIMBOA biosynthesis genes is identical in all three existing root types of maize. The highest expression of the DIMBOA biosynthesis genes was found in the differentiation zone, whereas the highest amount of DIMBOA was found in the root tip. This leads to the assumption that the metabolite is being transported.

Die Transkriptionsregulation des Herbivor-induzierbaren Gens Igl von Mais wurde untersucht. In vitro-Analysen ergaben keinen Hinweis auf eine durch Volicitin-Inkubation hervorgerufene veränderte DNA-Protein-Bindung innerhalb des untersuchten proximalen Promotorbereichs. Transiente Mais-Expressionssysteme ließen keine Igl-Elicitierung zu. Daher wurden Promotor-Reportergen-Konstrukte für die stabile Transformation von monokotylen und dikotylen Pflanzen erzeugt und mittels T-DNA-Transfer in Arabidopsis thaliana und Hordeum vulgare überführt. Es wurden Sequenzelemente identifiziert, die speciesspezifisch in A. thaliana eine distinkte Genexpression vermitteln., Transcription regulation of the herbivore-inducible Igl gene of maize was analyzed. In vitro-analysis showed no volicitin incubation-caused alteration of DNA-protein binding within the analyzed proximal promoter region. Transient maize expression systems showed no Igl induction via volicitin. Promoter reporter gene constructs for stable transformation of monocot and dicot plants were created and transferred to Arabidopsis thaliana and Hordeum vulgare by T-DNA-transfer. Sequence elements specific for distinct expression in Arabidopsis thaliana were identified.

The study describes a gas chromatography/ mass spectrometry-based metabolite profiling of grain from barley plants grown under drought stress induced by using a rain-out-shelter. The data assessment via multi- and univariate analysis revealed 17 metabolites to be either consistently increased or decreased compared to natural weather conditions. In addition, free amino acids turned out as potential markers for barley cultivars differently adapted to drought., Die Arbeit beschreibt ein Gaschromatographie/ Massenspektrometrie-basiertes Metabolite Profiling von Körnern aus Gerstenpflanzen, die unter Trockenstress, der mit Hilfe eines Rain-Out-Shelters induziert wurde, gewachsen sind. Die Datenauswertung mittels multi- und univariater Analyse zeigte 17 Metabolite, die im Vergleich zu natürlichen Wetterbedingungen entweder konsistent zu- oder abnahmen. Zudem erwiesen sich freie Aminosäuren als potentielle Marker für Sorten, die unterschiedlich an Trockenheit adaptiert sind.

The study describes a gas chromatography/ mass spectrometry-based metabolite profiling of grain from barley plants grown under drought stress induced by using a rain-out-shelter. The data assessment via multi- and univariate analysis revealed 17 metabolites to be either consistently increased or decreased compared to natural weather conditions. In addition, free amino acids turned out as potential markers for barley cultivars differently adapted to drought., Die Arbeit beschreibt ein Gaschromatographie/ Massenspektrometrie-basiertes Metabolite Profiling von Körnern aus Gerstenpflanzen, die unter Trockenstress, der mit Hilfe eines Rain-Out-Shelters induziert wurde, gewachsen sind. Die Datenauswertung mittels multi- und univariater Analyse zeigte 17 Metabolite, die im Vergleich zu natürlichen Wetterbedingungen entweder konsistent zu- oder abnahmen. Zudem erwiesen sich freie Aminosäuren als potentielle Marker für Sorten, die unterschiedlich an Trockenheit adaptiert sind.

Untersucht wurde, inwieweit die DIBOA-Synthese von Mais auf Arabidopsis übertragbar ist. Dafür wurden die Benzoxazinoidbiosynthesegene Bx1 bis Bx5 transgen exprimiert und deren Auswirkung untersucht. Es ist gelungen Bx1, Bx2, Bx3 und Bx4 in A. thaliana funktional zu exprimieren und das DIBOA-Vorläufermolekül HBOA in vivo zu synthetisieren. Die transgene Überexpression von Bx1- und Bx2 retardiert die Pflanzenentwicklung, beeinflusst die biotische Interaktion und aktiviert detoxifizierende Aktivitäten., It was our aim to investigate to what extent the DIBOA synthesis is transferable from maize to Arabidopsis. The benzoxazinoid biosynthesis genes Bx1 to Bx5 were transgenically expressed and the consequences of this expression were examined. Functionall expression of Bx1, Bx2, Bx3 and Bx4 was achieved leading to the formation of HBOA. Transgenic overexpression of Bx1 and Bx2 resulted in retarded plant development, altered biotic interaction and activated endogenous detoxification of indolin-2-one.

The benzoxazinoid DIMBOA is a natural defense compound of maize seedlings. A panel of inbred lines was screened for protective DIMBOA levels in older plants. The inbreds Mo17 and B73 were identified as lines with high respective low late DIMBOA levels; the IBM population that is based on these lines was used for QTL-mapping. A major QTL for high late DIMBOA locates close to the cluster of DIMBOA biosynthetic genes (Bx-genes). Fine mapping revealed a genetic element in Mo17, located 151 kb upstream of Bx1 that is required for high late Bx1 expression and is a hotspot of recombination., Das Benzoxazinoid DIMBOA ist ein Abwehrstoff des Maiskeimlings. Inzuchtlinien wurden auf schützende DIMBOA-Mengen in alten Pflanzen untersucht. Mit Mo17 und B73 wurden Linien mit hohem bzw. niedrigem späten DIMBOA-Gehalt gefunden; eine auf diesen Linien basierende Population wurde zur QTL-Kartierung eingesetzt. Ein Haupt-QTL für hohes spätes DIMBOA liegt im Bereich des Clusters biosynthetischer Bx-Gene. Feinkartierung identifizierte eine 151 kb von Bx1 entfernte Mo17-Sequenz, die notwendig für hohe späte Bx1-Expression ist und einen „Hotspot“ für Rekombination bildet.

The strawberry (Fragaria × ananassa) is one of the most consumed fruits worldwide but has limited shelf life due to excessive tissue softening caused by cell wall degradation. Lignin is one of the polymers that strengthen plant cell walls. Lignin biosynthesis involves cinnamoyl-CoA reductase (CCR), cinnamyl alcohol dehydrogenase (CAD), and peroxidase (POD) enzymes. In this study, full-length coding region sequences of FaCCR, FaCAD, FaPOD, and FaPOD27 were cloned from ripe fruit and their recombinant proteins biochemically characterized. Gene expression and metabolite analyses coupled with RNAi-mediated gene silencing and overexpression experiments confirmed lignin formation in strawberry fruit. The results suggest that FaPOD27 is a key gene to improve the firmness of strawberries., Die Erdbeere (Fragaria × ananassa) zählt zu den weltweit am häufigsten konsumierten Obstarten, weist aber nur geringe Lagerstabilität aufgrund starker Gewebserweichung durch Zellwandabbau auf. Lignin ist eines der Polymere, die die pflanzlichen Zellwände verstärken. An der Ligninbiosynthese sind die Enzyme Zimtsäure-CoA Reduktase (CCR), Zimtalkohol Dehydrogenase (CAD) und Peroxidase (POD) beteiligt. In dieser Studie wurden die Volllängensequenzen von FaCCR, FaCAD, FaPOD und FaPOD27 aus reifen Früchten kloniert und ihre rekombinanten Proteine biochemisch charakterisiert. Genexpressions- und Metabolit-Analysen, gekoppelt mit RNAi vermittelter Genstilllegung und Überexpressionsexperimenten bestätigten die Ligninbildung in Erdbeerfrüchten. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass FaPOD27 ein Schlüsselgen zur Verbesserung der Erdbeerfrucht-Festigkeit darstellt.

Depression is one of the main contributors to the global burden of disease. About 50% of the risk to develop depression is genetically determined. However, not a single valid susceptibility gene or genetic variant has been identified until now. The aim of this study was the validation of two new candidate genes – P2RX7 and TMEM132D – for mood disorders identified by linkage and association studies as potential new targets for antidepressant treatment. To investigate the functional relevance of these genes with regard to depression in an appropriate in vivo model, we generated transgenic and knockout mouse lines for these candidate genes. Molecular and behavioral analyses of these mice revealed alterations equivalent to those observed in human depression. Thus, it is tempting to speculate that the candidate genes analyzed in this study might represent potential new targets for the treatment of mood disorders., Die unipolare Depression leistet einen Hauptbeitrag zur globalen Krankheitslast. Etwa 50% des Risikos eine Depression zu entwickeln ist genetisch bedingt. Bisher konnte jedoch kein Gen identifiziert werden, das für die Entstehung einer Depression hauptverantwortlich ist. Ziel dieser Arbeit war die Validierung der Kandidatengene P2RX7 und TMEM132D, die mithilfe von Kopplungs- und Assoziationsstudien identifiziert wurden, als mögliche Zielstrukturen für die Entwicklung neuer Antidepressiva. Um die funktionelle Relevanz dieser Gene in einem in vivo Modell zu untersuchen, haben wir transgene und knockout Mauslinien für diese Kandidatengene generiert. Molekulare und verhaltensphänotypische Analysen dieser Mäuse zeigten Veränderungen, die vergleichbar sind mit jenen, die in depressiven Patienten beobachtet werden. Dies lässt vermuten, dass die untersuchten Gene potentielle Zielgene für die Behandlung affektiver Störungen darstellen könnten.

Depression is one of the main contributors to the global burden of disease. About 50% of the risk to develop depression is genetically determined. However, not a single valid susceptibility gene or genetic variant has been identified until now. The aim of this study was the validation of two new candidate genes – P2RX7 and TMEM132D – for mood disorders identified by linkage and association studies as potential new targets for antidepressant treatment. To investigate the functional relevance of these genes with regard to depression in an appropriate in vivo model, we generated transgenic and knockout mouse lines for these candidate genes. Molecular and behavioral analyses of these mice revealed alterations equivalent to those observed in human depression. Thus, it is tempting to speculate that the candidate genes analyzed in this study might represent potential new targets for the treatment of mood disorders., Die unipolare Depression leistet einen Hauptbeitrag zur globalen Krankheitslast. Etwa 50% des Risikos eine Depression zu entwickeln ist genetisch bedingt. Bisher konnte jedoch kein Gen identifiziert werden, das für die Entstehung einer Depression hauptverantwortlich ist. Ziel dieser Arbeit war die Validierung der Kandidatengene P2RX7 und TMEM132D, die mithilfe von Kopplungs- und Assoziationsstudien identifiziert wurden, als mögliche Zielstrukturen für die Entwicklung neuer Antidepressiva. Um die funktionelle Relevanz dieser Gene in einem in vivo Modell zu untersuchen, haben wir transgene und knockout Mauslinien für diese Kandidatengene generiert. Molekulare und verhaltensphänotypische Analysen dieser Mäuse zeigten Veränderungen, die vergleichbar sind mit jenen, die in depressiven Patienten beobachtet werden. Dies lässt vermuten, dass die untersuchten Gene potentielle Zielgene für die Behandlung affektiver Störungen darstellen könnten.

We investigated pro-tumour factors secreted by mononuclear cells that activate two of the most important oncogenic pathways: EGFR and STAT3. Upon exposure to tumour cell-supernatants, human peripheral blood monocytes and macrophages secrete one specific EGF family ligand each and a common STAT3 activator. Primed monocytes secrete epiregulin (EREG) and oncostatin-M (OSM), while macrophages secrete heparin-binding EGF-like growth factor (HB-EGF) and OSM. HB-EGF and OSM cooperatively induce chemotaxis of epithelial cells. In mammary carcinoma patients, elevated HB-EGF and OSM plasma protein levels correlate. Elevated HB-EGF plasma levels accompany tumour growth and dissemination in patients with invasive disease. We identify monocyte/macrophage-secreted EREG, HB-EGF and OSM as potential targets for therapeutic intervention in the macrophage-assisted dissemination of tumours., In der vorliegenden Arbeit wurden tumorfördernde Faktoren untersucht, die von mononukleären Zellen sezerniert werden und zwei der wichtigsten onkogenen Signalwege aktivieren: EGFR und STAT3. Primäre humane Blutmonozyten und Makrophagen sezernieren nach Kontakt mit Tumorzellüberständen je einen spezifischen Liganden der EGF-Familie sowie einen gemeinsamen STAT3-Aktivator. So vorbehandelte Monozyten sezernieren Epiregulin (EREG) und Oncostatin-M (OSM), während Makrophagen Heparin-binding EGF-like growth factor (HB-EGF) und OSM ausschütten. HB-EGF und OSM induzieren synergistisch die Chemotaxis epithelialer Zellen. Plasmamengen von HB-EGF und OSM korrelieren in Patienten mit Brustkarzinomen. Erhöhte HB-EGF Plasmamengen in Brustkrebspatienten gehen einher mit stärkerem Tumorwachstum und Lymphknotenbefall. Unsere Untersuchung hat EREG, HB-EGF und OSM als mögliche Ziele für die therapeutische Intervention gegen die Förderung der Tumormetastasierung durch mononukleäre Zellen identifiziert.

Abscisic acid (ABA) plays a central role in coordinating plant adaptive responses to abiotic stress and also regulates plant growth and development. Key players in ABA signal transduction include the type 2C protein phosphatases (PP2Cs) ABI1 and ABI2, which act by negatively regulating ABA responses. In this study, interactors of PP2Cs ABI1 and ABI2 were identified and named Regulatory Components of the ABA Receptors (RCARs). Functional analysis showed that RCAR proteins were able to bind ABA, to mediate ABA-dependent inactivation of ABI1 or ABI2 in vitro, and to stimulate ABA signaling in protoplast cells. As such, they act as ABA receptors., Das Hormon Abscisinsäure (ABA) spielt bei der Auslösung von Schutzmechanismen in der Pflanze als Reaktion auf abiotischen Stress eine zentrale Rolle und reguliert darüber hinaus Wachstums- und Entwicklungsvorgänge. Schlüsselkomponenten der ABA-Signaltransduktion sind Proteinphosphatasen des Typs 2C (PP2Cs) wie ABI1 und ABI2, die hierbei als negative Regulatoren wirken. In Rahmen dieser Arbeit wurden Proteine identifiziert, die mit den PP2Cs ABI1 und ABI2 interagieren und die die Bezeichnung Regulatory Components of the ABA Receptors (RCARs) erhielten. Eine Funktionsanalyse der RCAR-Proteine ergab, dass diese ABA zu binden vermögen, in vitro die ABA-abhängige Inaktivierung von ABI1 und ABI2 vermitteln und in Mesophyllzell-Protoplasten die ABA-Signaltransduktion stimulieren. Somit üben die RCAR-Proteine die Funktion eines ABA-Rezeptors aus.

Mit zunehmender Anzahl transgener Sorten, die auf den gleichen Transformationsereignissen beruhen, ist ein allein auf der gentechnischen Veränderung beruhender Nachweis zur Rückverfolgung nicht mehr ausreichend. Aus diesem Grund ist es notwendig, auch die entsprechende Sorte zu bestimmen. Zur Unterscheidung von transgenen und nichttransgenen Rapssorten (Brassica napus L.) wurden SNP-Marker für die Genotypisierung entwickelt. Da die komplexe Genomstruktur von Raps über zahlreiche homologe und paraloge Sequenzen verfügt, wurde für die Entwicklung unikaler Marker eine zielorientierte Strategie angewandt. Basierend auf vergleichenden Genomanalysen zwischen Arabidopsis thaliana L. und Brassica napus L. wurden die SNP-Marker In-silico-kartiert. Zur Validierung des Informationsgehaltes der SNP-Marker wurden zusätzlich SSR-Marker im gleichen Rapssortiment untersucht. Mit Hilfe von Verwandtschaftsanalysen konnten die mit SNP-Markern gewonnen Informationen bestätigt werden., Traceability of genetical modifications with construct-specific detection methods is insufficient in case of an increasing number of transgenic varieties based on identical events of transformation. Therefore an addidional detection of the variety is important. For differentiation of transgenic and non-transgenic rapeseed varieties (Brassica napus L.) SNP-markers were developed for genotyping. The complex genome structure of rapeseed causing numerous homologous and paralogous sequences demanded a targeted strategy for the development of uncial markers. In-silico mapping was performed based on comparative genome analysis between Arabidopsis thaliana L. and Brassica napus L.. To validate the information content of the SNP-Markers an additional set of SSR-markers was investigated. The SNP-marker generated informations were validated by phylogenetic analysis.

The aim of this work was the identification of polymorphisms within candidate genes from the lignin biosynthesis pathway with possible influence on the silage quality of maize. To achieve this goal, partial or complete genomic sequences from up to 40 independent maize inbreds were obtained and analysed using an association mapping approach. Fife of the analysed 8 loci showed polymorphisms with significant association with the variation of some of the measured maize quality criteria. Several polymorphisms were located in the COMT locus, which is known for a naturally occurring mutation resulting in drastic improvement of maize digestibility. Furthermore, the vulnerability of association studies to false positives was assayed using 9 polymorphisms within the Dwarf8 locus, that were genotyped at 71 maize inbreds. The significant correlation of this polymorphisms with flowering time, previously found in a former study, could be only confirmed when the genetically inferred population structure was not considered., Das Hauptziel dieser Arbeit war die Identifizierung von Polymorphismen innerhalb von Kandidatengenen aus dem Ligninbiosyntheseweg mit möglichem Einfluß auf die Qualität von Silomais. Dazu wurden teilweise Komplette genomische Sequenzen aus bis zu 40 unabhängigen Maisinzuchtlinien erhalten und mittels Assoziationskartierung untersucht. Bei 5 der untersuchten 8 Loci konnten polymorphismen gefunden werden, die eine signifikante Korrelation mit der Variation von einigen der gemessenen Qualitätskriteien zeigten, mehrere davon beim COMT einem Gen, bei dem eine natürlich vorkommende Mutation zu drastischer Verbesserung der Verdaulichkeit führt. Weiterhin wurde die Wiederholbarkeit von Assoziationsstudien anhand von 9 polymorphismen des Dwarf8 Lokus aus 71 Maisinzuchtlinien untersucht. Der in einer vorherigen Studie gefundene signifikante Einfluß einiger dieser Polymorphismen auf den Blühzeitpunkt konnte nur im Falle der nicht-Berücksichtigung der Populationsstruktur bestätigt werden.