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Was bedeutet die Umsetzung der globalen Mindestbesteuerung praktisch für große Familienunternehmen? Dieser Frage sind wir gemeinsam mit Benjamin Badetz von der Dr. August Oetker KG nachgegangen. Fest steht bereits jetzt: Ein Bürokratie-Monstrum ist die globale Mindestbesteuerung in jedem Fall. Und Stichwort Bürokratie: Wie sieht die bürokratische Landschaft derzeit eigentlich aus, in der sich Unternehmen zum Zeitpunkt der Einführung ohnehin zurechtfinden müssen? Wie geht man als Unternehmen an die Umsetzung der globalen Mindestbesteuerung heran? Ist es empfehlenswert, sich nur auf Safe Harbor-Regeln zu verlassen? Darüber hinaus speziell für deutsche Familienunternehmen nach wie vor besonders wichtig: Welche Herausforderungen gibt es insbesondere für Personengesellschaften? Wie soll man als Unternehmen mit Daten umgehen, die ausländische Untereinheiten zuliefern und die für die globale Mindeststeuer-Steuererklärung im Inland erforderlich sind? Antworten auf diese und weitere interessanten Fragen rund um die globale Mindestbesteuerung gibt es in dieser TAXpod-Episode. Viel Spaß beim Hören! Folge direkt herunterladen

In dieser Episode schauen wir uns einmal wieder drei eurer gestellten Fragen rund um Bitcoin an. Zunächst geht es darum, ob Bitcoin überhaupt begrenzt ist, wenn man theoretisch unendlich viele Untereinheiten erstellen kann. Anschließend schauen wir uns an, was im Jahr 2140 passiert, wenn alle Bitcoin im Umlauf sind und die Miner keine Belohnung mehr für ihren Aufwand erhalten. Abschließend geht es um die Frage, wie man Bitcoin erhalten kann, wenn man kein Bankkonto besitzt. Weitere Informationen zu dieser Episode findet ihr unter bitcoinverstehen.info/episode-52-bitcoin-haeufige-fragen-3 Alle weiteren Episoden und Informationen findet ihr unter bitcoinverstehen.info. Ihr habt Fragen, Anregungen oder Kritiken? Dann schreibt gerne an fragen@bitcoinverstehen.info SOCIAL MEDIA • Twitter: twitter.com/BTCVerstehenPod • Instagram: instagram.com/bitcoinverstehen EMPFOHLENE HARDWAREWALLETS UND APPS ZUM KAUFEN • Hardwarewallet BitBox02 Bitcoin-only Edition* (shiftcrypto.ch/btcverstehen) - Mit dem Code BTCVERSTEHEN (Eingabe während des Kaufprozesses) erhaltet ihr 5 % Rabatt auf die BitBox02 Bitcoin-only Edition von Shift Crypto. • Relai App* (relai.ch) - Mit dem Referral Code REL090 (Eingabe während des Kaufprozesses) erhaltet ihr 0,5 % Ersparnis auf die Gebühren bei euren Käufen. HILFREICHE BÜCHER RUND UM BITCOIN* • Bitcoin verstehen - Bitcoin für Einsteiger von Jonas Hofmeister (amzn.to/37MKx0l) • Der Bitcoin Standard: Die dezentrale Alternative zum Zentralbankensystem von Saifedean Ammous (amzn.to/36ZpKXb) • Bitcoin entdecken: Wie die Technologie hinter dem ersten knappen und dezentralisierten Geld funktioniert von Yan Pritzker (amzn.to/3grxDaH) • 21 Lektionen: Meine Reise in den Kaninchenbau von Gigi (amzn.to/3n1U48U) • Bitcoin: Selbstbestimmung durch Mathematik von Knut Svanholm (amzn.to/3gpvSLg) • Bitcoin: Unabhängigkeit neu gedacht von Knut Svanholm (amzn.to/3gsdVvz) *Die hier aufgeführten Links sind sogenannte Affiliate Links. Kommt über einen solchen Link ein Einkauf zustande, werden wir mit einer Provision beteiligt. Für euch entstehen dabei keine Mehrkosten. Wo und wie ihr ein Produkt kauft, bleibt natürlich euch überlassen. MUSIK "No? Yeah!" by LiQWYD soundcloud.com/liqwyd Creative Commons — Attribution 3.0 Unported — CC BY 3.0 Download / Stream: hypeddit.com/track/nwio90

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Warum wird man spätestens um 9:00 Uhr wieder müde und unkonzentriert? Nicht ausgeschlafen Abends zu lange wachgeblieben Sauerstoffmangel Bewegungsmangel Zu wenig getrunken Sauerstoffmangel Frühstück am Morgen Wie sieht das Frühstück und die Zwischenmahlzeiten in der heutigen Zeit aus? Marmelade Nutella Margarine Brötchen Toast Weißbrot Süßigkeiten Gesüßte Getränke   Gerade denken wir darüber nach, und dabei aktivieren wir zehn und hundert Millionen Nervenzellen. Das ist aber „Peanuts“ für unser Gehirn. Es verfügt immerhin über rund 100 Milliarden Nervenzellen, so viele, wie es Sterne in der Milchstraße gibt. Bis sie eine Antwort finden, flitzen kopfeigene Signale bis zu 500 km/h hin und her, schneller als mancher Rennfahrer (Spitze 360km/h). Dabei steht das Gehirn unter Strom, so werden die Daten elektronisch verschickt. Damit das Gehirn arbeiten kann, braucht es Botenstoffe. Das sind die Transportschiffe für kluge Gedanken und Denkprozesse (Lernen, Konzentrieren). Studien haben gezeigt, dass Nährstoffe den Gehirnstoffwechsel beeinflussen. Damit das Gehirn genügend Botenstoffe herstellen kann, braucht es vor allem Eiweiß, aber auch Vitamine, Enzyme und Mineralstoffe.   Nervenbotenstoffe: Serotonin (Wohlfühlbote) Es steuert Wohlbefinden und Entspannung, sorgt für Schlaf und lindert Ängste und Schmerzen, Störungen können zu Depressionen, Migräne und Verdauungsstörungen führen.   Dopamin (Belohnungsbote) Er macht munter, energisch, kreativ, zufrieden, und regelt die Muskelspannung. Einige Zellen des Gehirnteils, der für Belohnung zuständig ist, produzieren Dopamin als Glücks- Botenstoff (auch bei Nikotin und Alkohol leider). Bei der Parkinson Krankheit sterben Dopamin produzierende Zellen im Gehirn ab. Acetylcholin (Schlaumeierbote)Er hilft beim Lernen und Konzentrieren schärft das Gedächtnis und hält das Gehirn fit. Gegen die Alzheimer-Krankheit gibt es heute Medikamente, die den Abbau des Acetylcholins hemmen und damit den Gedächtnisverlust verlangsamen. Gamma-Amino Buttersäure (Beruhigungsbote) Er sorgt für innere Ruhe, Ausgeglichenheit und für tiefen Schlaf. An fast jeder dritten Nervenbrücke im Gehirn ist der Bote als Nachrichtenvermittler aktiv. Noradrenalin und Adrenalin (Powerboten)Diese „Katecholamine sind im Gehirn Neurotransmitter und im Körper Hormone. Sie pumpen verstärkt den Hirnbrennstoff Glukose in die Denkzentrale, liefern Energie und Durchsetzungsvermögen und machen die grauen Zellen für Höchstleistungen fit.   Eiweiß Eiweiße bestehen chemisch gesehen aus vielen kleinen Untereinheiten, den Aminosäuren. Diese Bausteine muss sich der Körper erst erschließen, bevor er sie weiterverwenden kann. Einige Aminosäuren kann der Körper selbst herstellen diese heißen dann „nicht essentiell“, ist der Körper dazu nicht in der Lage heißen sie, „essentiell“. Aminosäuren machen ganz schön wach, Tyrosin besonders.   TyrosinIst wirkungsvoll gegen Erschöpfung und Konzentrationsmangel. Beste Nahrungsquellen: Milch, Kassler, Käse, Fisch, Vollkornweizen, Maismehl, Haferflocken.   TryptophanMacht Laune sorgt für gute Laune, Gelassenheit und Konzentration. Beste Nahrungsquellen: Vollkorngetreide, Nüsse, Schokolade, Bananen, Reis, Milch, Fisch, Fleisch.   Acetylcholin Ist ein wichtiger Botenstoff für das Lernen und Erinnern. Ohne Acetylcholin hätten wir eine verminderte Intelligenz. Beste Nahrungsquellen: Eigelb, Bierhefe, Weizenkeime, Tofu, Sojalecithin, Butter.   GlutaminsäureIst der richtige Ordner fürs Gehirn. Glutaminmangel wird mit Verhaltensstörungen bei Kindern Depressionen, Konzentrationsstörungen und Heißhungerattacken in Verbindung gebracht. Beste Nahrungsquellen: Vollkornweizen Zucker, der süße TreibstoffNur wenn du deinem Gehirn den richtigen Zucker anbietest, arbeitet es konstant. Er liefert dem Gehirn Energie, feuert die Zellen zu mehr Leistung. Während die Muskeln neben Zucker auch Fett zur Energiegewinnung verbrennen können, braucht unser Denkmotor alleine Zucker als Benzin. Bis zu einem Drittel der täglich benötigten Energie fließt in unsere Denkzentrale, damit sie funktionsfähig bleibt. Es ist also wichtig täglich die Zuckervorratskammern in Leber und Muskeln aufzufüllen, damit das Gehirn über genügend Strom verfügt. Aber mit deinem Kopf ist es wie mit deinem Auto. Gibst du deinem Benzinmotor Diesel, streikt er schon nach wenigen Minuten. Tankst du das richtige Benzin, läuft es gleichmäßig über viele Tage und Kilometer. Also, nur wenn du deinem Gehirn den richtigen Zucker anbieten, arbeitet es konstant über viele Stunden. Aber Vorsicht vor Zuckerfallen. Denn es gibt schnellen und langsamen Zucker (Kohlenhydrate). Z u bösen Fallen werden oft die schnellen Kohlenhydrate, deren Zuckermoleküle blitzschnell wieder aus dem Blut verschwinden. Dazu gehören Einfachzucker, Traubenzucker, Fruchtzucker oder der Haushaltszucker. Diese bringen zwar Energie fürs Gehirn aber nur ganz, ganz kurz. Dazu gehören: Honig, Haushaltszucker, Vollmilchschokolade, Weißbrot, Bratkartoffeln, weißer Reis, Cornflakes, Croissants, usw. Langsame Zuckerketten machen dein Gehirn reaktionsschnell für Stunden: Frische Gemüsesäfte, Kirschen, Linsen, frischer Fruchsaft, Magerjohurt, Haferflocken, Vollkornmüsli ohne Zucker, Roggenvollkornbrot, Nüsse, usw. Wenn du nun alles Richtige gegessen hast und dein Gehirn trotzdem auf Sparflamme arbeitet, dann liegt es wahrscheinlich an den Genen. Seit Generationen sagen Gene unserem Körper, wann er die Körperfunktionen auf volle Leistung hochfahren muss (morgens) und wann er sie drosseln muss (abends). Wann der Körper nur noch auf Verdauung statt aufs Denken programmiert ist (zwischen 13 und 15 Uhr), wann Immunfunktionen verstärkt werden (gegen Abend) und wann unser größtes Konzentrationstief ist (zwei bis vier Uhr morgens). Zu dieser Zeit ist die Unfallgefahr für Autofahrer am höchsten. Und warum greifen nun tausende Büroarbeiter am Nachmittag zu Kaffee und Kuchen? Weil ihre körpereigene Bio-Uhr jetzt Hunger hat. Wer jetzt das Richtige nascht und Eiweiß und Kohlenhydrate futtert (Banane) setzt den Arbeitsspeicher im Kopf schnell wieder in Gang. Bei jedem Menschen ist der Kohlenhydrat-Stoffwechsel verschieden. Deshalb prüfe sich genau, wer naschen will: Wirst du durch Zucker und Süßigkeiten müde? Dann solltest du bei geistigen Durchgängen zu Obst und Vollkornbrot greifen. Steigert Zucker deine Laune und Leistungskraft, dann darfst du auch schon mal einen Schokoriegel essen. Gehirnflaute? Vier Regeln für richtige Hirnnahrung: Niemals Hunger plus Denkflaute ignorieren. Knabbere schnell den richtigen Snack. Frühstücke Vollkorn, Milchprodukte und Obst. Mache einen Bogen um fette Speisen. Die Bauchspeicheldrüse muss Überstunden machen, um das Fett abzubauen. Die dafür nötige Energie klaut sie deinem Gehirn. Trinke täglich mindestens zwei bis drei Liter Mineralwasser. Nur mit genügend Flüssigkeit können Sauerstoff und Nährstoffe bis ins Gehirn transportiert werden.   Nährstoffe für die BrainpowerAuch auf eine ganze Palette von Nährstoffen ist das Gehirn angewiesen, wenn alles gut funktionieren soll.   B-Vitaminevon B1 – B 12 sind die Zündkerzen für das Gehirn. Sie sorgen für eine gute Hirnleistung und für intakte Nervenzellen.   Omega-3-Fettsäurensorgen für eine anhaltende Hirnfitness. Mit Lachs , Makrelen, Hering oder Thunfisch und das mindestens 2 x pro Woche, ist man gut bedient. Wer keinen Fisch mag, kann auch auf Lein – oder Rapsöl zurückgreifen.   Mineralien & SpurenelementeEin guter Teil unserer Knochen und Zähne besteht aus Mineralstoffen Kalzium und Magnesium. Beides ist für eine optimale Hirnfitness unentbehrlich. Zink ist unter anderem ander körpereigenen Herstellung des Serotonins beteiligt, das nicht nur den Blutkreislauf, sondern auch unseren Schlaf-Wach-Rhythmus maßgeblich steuert. Chrom hält deinen Blutzuckerspiegel stabil und verhindert, dass deinem Gehirn der Brennstoff, die Glukose ausgeht. Damit ist dieses Spurenelement ein wichtiger Partner für die Konzentration.   Auch mit 100 noch ein junges Gehirn?Je öfter benutzt, desto besser in Schuss. Bildung plus regelmäßige geistige Arbeit schützen vor Gedächtnisschwäche. Laufe dein Gehirn jung. Ausdauersportarten verbessern die Durchblutung und Sauerstoffversorgung im Gehirn und auch Gedächtnis und Lernvermögen.   Esse dich schlauEine Untersuchung nach der anderen weist heute nach, wie positiv Vitamine und Mineralien Konzentration, Gedächtnis und Lernvermögen beeinflussen können. So erhielten 245 amerikanische Schüler zwischen 6 und 12 Jahren täglich Mikronährstoffe als Nahrungsergänzung. Schon nach 3 Monaten waren bei einem Großteil der Schüler der Intelligenzquotient und das Lernvermögen deutlich angestiegen.   Zu guter Letzt:Eine Studie mit Babys im Krabbelalter hat folgendes ergeben: Man stellte in einen Raum eine Schale mit bunten Süßigkeiten und eine Schale mit prächtigem Obst, man ließ Kinder im Krabbelalter frei im Raum krabbeln. Mit dem Ergebnis, dass alle Kinder zu der Schale mit Obst gekrabbelt sind.   Am besten ist es du ab abonnierst meinen Podcast um automatisch alle Folgen zu erhalten.   Weitere Informationen über mich und meine Arbeit findest du auf meiner Website: www.gerda-arldt.de   Weitere Fragen dazu kannst du in einem kostenlosen Beratungsgespräch in meiner Praxis Klären, oder du kannst mir eine E-Mail mit deiner Frage schicken. arldt@insel-welt.de   Zum Thema gibt es auch laufend Seminare oder Infoabende in meiner Praxis in 76275 Ettlingen, Seminarstr. 14. www.gerda-arldt.de   Wenn du meinen Podcast sinnvoll und gut findest, dann freue ich mich über deine Bewertung. Gehe dazu auf die Lupe der Podcast-App, klicke auf Bewertung und auf Rezension. Damit hilfst du, dass dieser Podcast auch von anderen Menschen gefunden wird.   Vielen Dank für deine Unterstützung   Gerda Arldt    

Herpesviren umfassen eine große Gruppe von human- sowie tierpathogenen Erregern. Auf Grund ihrer hohen Durchseuchungsrate und Fähigkeit zur Etablierung einer latenten Infektion stellen humane Herpesviren vor allem für immunsupprimierte Patienten eine ernsthafte Bedrohung dar. Deshalb ist eine umfassende Aufklärung des viralen Replikationszyklus für die Entwicklung von antiviralen Therapiestrategien zwingend erforderlich. Besonders die membran-assoziierten Vorgänge der Virionmorphogenese - primäre Umhüllung an der inneren Kernmembran mit darauffolgendem Verlust der Virushülle an der äußeren Kernmembran sowie sekundäre Umhüllung an cytoplasmatischen Membranen - sind nur unvollständig entschlüsselt. Um das komplexe Zusammenspiel der viralen Proteine während des Replikationszyklus an den verschiedenen zellulären Membranen aufzudecken, wurde im Rahmen dieser Arbeit eine genomweite Analyse der Protein-Protein-Interaktion (PPI) der durch Herpes simplex-Virus 1 (HSV-1) kodierten Membranproteine durchgeführt. Außerdem lieferte die Identifizierung von PPI zwischen dem HSV-1 Proteom und Untereinheiten der zellulären ESCRT-Maschinerie (endosomal sortingcomplex required for transport) weitere Belege für die Ausbeutung von Wirtsfaktoren durch das Virus zur Knospung der Partikel. Zur Detektion der genomweiten PPI sowohl intraviral als auch zwischen Virus und Wirt wurde das Hefe-2-Hybridsystem (Y2H) im Hochdurchsatz angewandt. Beide Datensätze konnten eine Vielzahl neuer PPI aufdecken und somit eine solide Grundlage für Interaktionsnetzwerke und zukünftige funktionale Studien schaffen. Auch wurde duch das breite Interaktionsspektrum des Virus mit den z.T. funktionell redundanten ESCRT-Proteinen erneut veranschaulicht, wie die Nutzung flexibler Strategien zur Stabilität des HSV-1 beiträgt. Anhand der Y2H-Analysen wurde ein virales Membranprotein als interessanter Kandidat zur funktionalen Charakterisierung ausgewählt. Glykoprotein M (gM/UL10) von HSV-1 ist ein Typ-III Transmembranprotein, das während der Infektion in verschiedenen Membrankompartimenten lokalisiert. Obwohl evolutionär konserviert, ist es zumindest für HSV-1 nicht-essenziell und seine molekulare Funktion unklar. Auch die funktionale Relevanz einiger potenzieller trafficking Motive von gM ist noch nicht aufgeklärt. In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass das targeting von gM zum trans-Golgi Netzwerk (TGN) unabhängig von anderen viralen Faktoren sowie seinen potenziellen C terminalen trafficking Motiven erfolgt und keiner Homooligomerisierung bedarf. Erstaunlicherweise führt die Deletion der C-terminalen Domäne von gM (gMΔC) zu seiner Retention im ER, wohingegen der Vorwärtstransport durch eine kurze, nicht-verwandte Sequenz wiederhergestellt wurde. Demzufolge enthält die C-terminale Domäne von gM wahrscheinlich keine Sequenzinformation für das targeting vom ER zum Golgi-Apparat, jedoch scheint die Faltung und Integrität des Proteins dafür von Bedeutung zu sein. Im Kontext der Virusinfektion führte die Deletion der C-terminalen Domäne von gM (HSV-1 gMΔC) zur Akkumulation von nicht-umhüllten Partikeln im Cytoplasma, verminderter Freisetzung von Viruspartikeln und in ihrer Infektiosität beeinträchtigten reifen Virionen. Alle Effekte wurden durch eine Revertante wieder aufgehoben und sind demnach spezifisch. Im Gegensatz dazu zeigten zwei zusätzliche Mutanten, HSV-1 ΔgM mit einem frühzeitigen Stoppcodon an Position 3 von UL10 und gMΔac ohne potenzielle trafficking Motive, Wildtyp-ähnliche Wachstumskinetiken. Daraus lässt sich schließen, dass zwar gM entbehrlich ist, gMΔC jedoch einen dominant-negativen Effekt ausübt. Daher wird eine Beteiligung der N-terminalen Bereiche von gM (Aminosäuren 1-361) an der Rekrutierung von viralen und/oder zellulären Faktoren zum Ort der sekundären Umhüllung postuliert. Diese Daten enthüllen neue unbekannte Eigenschaften von HSV-1 gM.

Die unter dem Einfluss von Organismen entstehenden Minerale können entweder lediglich ein Nebenprodukt des Metabolismus sein oder aber eine Funktion aufweisen, wofür ihre Eigenschaften und Morphologie gezielt vom Organismus gesteuert werden. Der erstere Fall der bioinduzierten Mineralisation wurde in dieser Arbeit bei der Fällung des Minerals Schwertmannit (Fe8O8(OH)6SO4) durch den Bakterienstamm Leptospirillum ferrooxidans angetroffen. Die ursprünglich als bio-spezifisch eingeschätzte Morphologie des Minerals konnte in abiotischen Experimenten unter geeigneten Bedingungen erhalten werden. Die in dieser Arbeit am Beispiel der calcitischen Brachiopodenschalen, Seeigelstacheln und Seeigelzähne untersuchten Produkte der gesteuerten Biomineralisation sind Kompositwerkstoffe, deren Eigenschaften aus der Kombination von weichen organischen und harten mineralischen Komponenten entstehen. Sie sind funktionsangepasste Strukturen, für die ein anorganischer Bildungsmechanismus nicht in Frage kommen kann. Die Bildung der Minerale und deren Eigenschaften wurden mit Hilfe von Rasterelektronenmikroskopie, Rückstreuelektronenbeugung, Transmissionselektronenmikroskopie, Röntgenbeugung, Mikrohärtenmessungen nach Vickers und Nanoindentation untersucht. Durch Messungen mit niedriger Beschleunigungsspannung konnte die laterale Auflösung der Rückstreuelektronenbeugung verbessert werden. Eine Verbesserung der Winkelgenauigkeit der Rückstreuelektronenbeugung wurde durch einen statistischen Ansatz erreicht. Durch vergleichende biotische und abiotische Syntheseexperimente wurde die Bildung von Schwertmannit durch Leptospirillum ferroooxidans als Prozess einer bioinduzierten Mineralisation identifiziert. Die abiotischen Synthesewege beinhalten sowohl zweiwertige als auch dreiwertige Eisenlösungen als Ausgangsmaterial und nutzen verschiedene Wege der Oxidation und/oder Präzipitation von Schwertmannit. Die so gefällten Proben zeigten unterschiedliche Morphologien des Minerals, worunter aber auch die "Igelmorphologie" zu finden war, die in der Literatur als mit Schwertmannit-Nadeln überwachsene Zellen angesehen worden war. Rietveld-Anpassungen des Röntgenbeugungsprofils des amorphen bis nanokristallinen Minerals zeigen, dass die Kristallitgröße anisotrop ist. Sie ist je nach Bildungsbedingungen 2-2.5 nm senkrecht und als 5-11 nm parallel zu Kanälen, die durch das Netzwerk von [FeO6]3- -Oktaedern in der Struktur gebildet werden. Die Untersuchungen des Aufbaus calcitischer Brachiopodenschalen zeigen, dass Brachiopodenschalen, je nach Spezies, aus bis zu drei distinkten Mikrostrukturen bestehen können: Kolumnare Schicht, faserige Schicht und Primärschicht. Die Mikrostruktur und Textur der kolumnaren Schicht kann durch einen kompetitiven Wachstumsprozess erklärt werden, der auch bei anorganischen Prozessen angetroffen werden kann. Eine Erklärung der Mikrostruktur der fasrigen Schicht und der Primärschicht ist hingegen nicht durch Prozesse, die aus anorganischen Systemen bekannt sind, möglich. Die Mikrostruktur der Primärschicht, die in dieser Arbeit erstmalig mit Hilfe von räumlich hochauflösender Rückstreuelektronenbeugung aufgeklärt wurde, ähnelt dendritischen Strukturen. Eine derartig stark verzahnte und hochwiderstandsfähige Mikrostruktur ist bisher bei keinem anderen einphasigen Material bekannt und wird durch einen Entstehungsprozess aus einem amorphen CaCO3 (ACC) Precursor erklärt, der seinerseits eine Agglomeration von ACC-gefüllten Vesikeln entstand. Die Vickerhärten der einzelnen Schichten in Brachiopodenschalen schwanken zwischen 200 und 520 HV (0.005/10) und sind damit deutlich härter als bei anorganisch geformtem Calcit (150-170 HV 0.005/10). Mikrostruktur, Textur und Anordnung der Schichten innerhalb von Brachiopodenschalen maximieren deren Bruchfestigkeit. Seeigel bilden Calcit mit einem starken Grad an kristallographischer Vorzugsorientierung. Diese Vorzugsorientierung ist bei Seeigelstacheln so hoch, dass diese hochporösen Konstrukte als Einkristalle bezeichnet werden. Eine genaue, räumlich aufgelöste Messung der Orientierung der Kristallite mit Hilfe von Rückstreuelektronenbeugungsmessungen mit hoher Winkelauflösung zeigten, dass es interne Verkippungen bis zu 0.5° gibt. Diese Verkippungen in Seeigelstacheln erlauben Rückschlüsse auf deren Bildung. Die räumlich aufgelöste chemische Analyse in Kombination mit räumlich aufgelöster mechanischer Charakterisierung zeigt, dass der Mg Gehalt (molares Mg/Ca Verhältnnis 1-6 %) in Seeigelstacheln nicht mit Nanohärte (4-4,5 GPa) und E-Modulus (50-80 GPa) korrelierbar ist. Die Nanhohärte von Seeigelstacheln liegt deutlich höher als bei anorganisch gebildetem Calcit (3.0 +/- 0.2,GPa), während deren E-Moduli ähnlich sind (70 +/- 5,GPa). Diese Arbeit untersucht erstmals die Mikrostruktur von Seeigelzähnen mit Rückstreuelektronenbeugung. Die Untersuchungen zeigen, dass die großen strukturellen Einheiten, Steinteil, lamellarer Nadel Komplex, Prismen, Primär-, Sekundär- und Karinarplatten, 3-5° gegeneinander verkippt sind. Diese Bereiche selbst sind wieder in Untereinheiten strukturiert, beispielsweise einzelne Platten, die 1-2° gegeneinander verkippt sind. Diese Untersuchungen zeigen jedoch auch, dass die Bereiche ineinandergreifen können und eine strikte Unterscheidung nicht immer möglich ist. Für dieses Material wird der Begriff des Kompositkristalls vorgeschlagen. Das molare Mg/Ca Verhältnis der untersuchten Seeigelzähne liegt bei 10-25 % und ist positiv mit der Nanohärte (4-8 GPa) korreliert. Die Kombination der Messung der präzisen kristallographischen Orientierung, mikrostrukturellen, chemischen und mechanischen Eigenschaften trägt zu einem tiefergehenden Verständnis des Selbstschärfungsmechanismuses der Seeigelzähne bei. So konnte beispielsweise der häufig diskutierte Einfluss der prominenten 104-Spaltfläche von Calcit ausgeschlossen werden.

The crista junction is a tubular element of the mitochondrial inner membrane connecting inner boundary membrane and cristae membrane. The molecular basis of its formation was so far largely unknown. The lack of the mitochondrial inner membrane protein mitofilin results in the absence of crista junctions in HeLa-cells. Moreover, deletion of Fcj1, the orthologue of mitofilin in S. cerevisiae, leads to concentric stacks of cristae membranes and the virtual absence of crista junctions. The aim of the present work was to investigate the function of Fcj1 as well as the molecular basis of the formation of cristae and crista junctions in S. cerevisiae. Fcj1 undergoes homotypic interactions and is part of a stable oligomeric protein complex. Using immuno-EM, Fcj1 has been shown to be specifically enriched at crista junctions. All other proteins, which have been studied so far, such as subunits Su e and Su g of the F1FO-ATP-Synthase, are rather underrepresented in this region. Overexpression of Fcj1 increases the number of crista junctions, enlarges the crista junction diameter and leads to internal branching of cristae. Upon downregulation of Fcj1, the mitochondrial ultrastructure progressively changes reflecting the deletion phenotype more and more. Considering the fact that the decrease of the number of crista junctions occurs at an early time point, Fcj1 seems directly involved in the formation of crista junctions. In order to investigate if cristae form a detached compartment in the absence of crista junctions, the accessibility of the intracristal space for the protein-modifying substance AMS was examined. In fcj1 mitochondria the modification of cytochrome c was temporally delayed and incomplete in comparison to wild-type. Hence, metabolite exchange between intracristal space and cristae space seems impaired though not entirely impossible in the absence of crista junctions. This might be due to some extent of fusion and fission tracing back to protein or lipid exchange within the inner membrane of mitochondria. Cryo-EM tomograms revealed regular zipper-like arrangements of F1FO-ATP-Synthase particles. An inverse correlation of the amount of Fcj1 and the oligomeric state of F1FO-ATP-Synthase was observed upon biochemical analysis: in fcj1 mitochondria, F1FO-ATP-Synthase oligomers have a higher molecular weight and are more stable than in wild-type mitochondria, whereas in mitochondria of cells overexpressing Fcj1 they are smaller and less stable. Subunits Su e and Su g are essential for the stabilization of dimers and oligomers of the F1FO-ATP-Synthase. As the influence of Su e/Su g on the formation of crista junctions has not been investigated so far, the mitochondrial ultrastructure of both deletion strains was analyzed concerning this matter. Enlargement of crista junctions and internal branching of cristae similar to the overexpression phenotype of Fcj1 have been observed in both strains. Furthermore, crista tips are virtually absent. Apart from this functional interaction, Fcj1 and Su e/Su g have also been shown to interact genetically. Based on the gained insights on the roles of Fcj1 and Su e/Su g in cristae formation the following model is proposed: the modulation of the inner membrane of mitochondria is based on an antagonistic behavior of Fcj1 and Su e/Su g. Fcj1 introduces negative membrane curvatures, possibly by impairing the oligomerisation of the F1FO-ATP-Synthase. The presence of Su e/Su g, in contrast, promotes positive curvatures of cristae membranes by stabilizing dimers and oligomers of the F1FO-ATP-Synthase. Taken together, relative amounts of Fcj1 and Su e/Su g locally modulate the oligomeric state of the F1FO-ATP-Synthase and thereby enable the formation of crista junctions and crista tips in mitochondria.

Die γ-Sekretase ist eine in essentieller Weise an der Produktion des Amyloid-β-Peptids beteiligte Aspartylprotease, welches durch proteolytische Spaltung des Amyloid-Vorläufer-Proteins (Amyloid Precursor Protein, APP) entsteht. Amyloid-β stellt die Hauptkomponente der amyloiden Plaques im Gehirn von Alzheimer-Patienten dar und spielt bei der Entstehung der Alzheimer-Demenz eine entscheidende Rolle. Die γ-Sekretase ist ein Proteinkomplex, für dessen Funktionalität die vier Komponenten Presenilin (PS), Nicastrin (Nct), Aph1 und Pen2 hinreichend und notwendig sind. Im endoplasmatischen Retikulum (ER) werden die einzelnen Untereinheiten vollständig assembliert, nach dem Austritt aus dem ER kommt es zur katalytischen Aktivierung des γ-Sekretase-Komplexes. Die Substratprozessierung durch den nun aktiven Komplex findet in endolysosomalen Kompartimenten und an der Plasmamembran statt. Nicht vollständig assemblierte Teilkomplexe und einzelne Komponenten werden im ER zurückgehalten und erreichen nicht die nachgeschalteten Kompartimente. Diese Beobachtungen legen nahe, dass eine mögliche Regulation der Aktivität des Enzyms eng mit der Regulation von Assemblierung und Transport des Komplexes verknüpft ist. Um mechanistisch zu erklären, weshalb ausschließlich der vollständig assemblierte Komplex in der Lage ist, das ER zu verlassen, wurde von der Arbeitsgruppe ein Modell vorgeschlagen, demzufolge die einzelnen nicht assemblierten Untereinheiten mittels Retentionssignalen im ER zurückgehalten werden, bis diese im Rahmen der Assemblierung durch die Bindung an andere Untereinheiten maskiert werden. In der vorliegenden Arbeit wird unter Verwendung von Reporterkonstrukten bzw. chimären Fusionsproteinen mittels konfokaler Mikroskopie und Proteinbiochemie gezeigt, dass nicht assembliertes Pen2 im ER zurückgehalten wird und dass diese Retention durch ein neuartiges Retentionssignal in der ersten Transmembrandomäne (TM1) vermittelt wird. Insbesondere ist ein konservierter Asparaginrest innerhalb dieser Sequenz für die Retention erforderlich. Auch wird mittels knock down- und rescue-Experimenten gezeigt, dass die Pen2-TM1 essentiell für die korrekte Assemblierung und enzymatische Aktivität der γ-Sekretase ist. Diese Arbeit bestätigt damit das vorgeschlagene Modell für die Transportregulation des γ-Sekretase-Komplexes bezüglich seiner Untereinheit Pen2 und gibt starke Anhaltspunkte dafür, dass dieser Mechanismus für eine korrekte Funktionalität des Komplexes erforderlich ist.

Die Biogenese von Ribosomen ist Voraussetzung für die Neusynthese von Proteinen und somit auch für Zellwachstum unabdingbar. In den Nukleoli der Zellen muss eine Vielzahl von Ribosomenbiogenese-Faktoren funktionell reguliert und koordiniert werden, damit reife 40S- und 60S- ribosomale Untereinheiten entstehen. Die vorliegende Arbeit geht der Frage nach, wie das nucleostemin (nst) Gen an dem zellulären Prozess der Ribosomenbiogenese partizipiert. Zur Beantwortung dieser Frage wurden mehrere Punkt- und Deletionsmutanten von nst kloniert, exprimiert und zuerst auf ihren intrazellulären Lokalisationsphänotyp hin überprüft. Dabei wurde festgestellt, dass die vorwiegend nukleoläre Lokalisation von NST durch den N-Terminus des Proteins, bestehend aus der basischen- und Coiled-Coil Domäne, vermittelt und durch zirkulär permutierte GTP-Bindemotive reguliert wird. Die Überexpression der nst Mutanten verursachte des Weiteren keine nukleoplasmatische Translokation des nukleolären Stressdetektorproteins Nucleophosmin (B23). Ein weiterer Überexpressionsphänotyp des nst Wildtyp-Gens ist eine signifikante Proliferationserhöhung in p53-positiven Zellen. Ein knock-down von nst resultiert in einer deutlichen Proliferationsinhibition von p53 positiven- als auch p53 negativen Zellen und einem p53 vermittelten G1/S-Phase Zellzyklusarrest. Auf Ebene der ribosomalen RNA induziert die temporäre Herabregulation von nst einen 32S-rRNA-Prozessierungsdefekt, welcher in verringerten de novo prozessierten 28S rRNA Mengen resultiert. In einem miRNA/siRNA basierten knock-down knock-in Experiment wurde der N-Terminus des Proteins zudem als minimale Funktionseinheit identifiziert: die Expression einer Mutante, bestehend aus der basischen und Coiled Coil Domäne, konnte den durch RNAi induzierten 32S-rRNA-Prozessierungsdefekt kompensieren. Der N-Terminus von NST sedimentiert zudem in einem Sucrose-Gradienten in Wildtyp-ähnlicher Manier, im Gegensatz zu einer NST Proteinvariante, welcher dieser Teil des Proteins fehlt. Eine Interaktion des NST-Proteins mit dem PeBoW-Komplex oder dem p53 Regulator Hdm-2 konnte nicht gezeigt werden. Diese Arbeit beschreibt somit NST als 32S rRNA-Prozessierungsfaktor und definiert den N-Terminus des Proteins als minimale Funktionseinheit während der Ribosomenbiogenese.

Eine große Gruppe genetisch vererbter Erblindungskrankheiten steht im Zusammenhang mit Mutation in Genen, die in Photorezeptoren exprimiert sind. Diese Mutationen führen nicht nur zu einer Beeinträchtigung des mutierten Proteins selbst, sondern auch zu einer Störung von funktionell nachgeschalteten Proteinnetzwerken. In der Folge ändern sich die Zusammensetzung von Multiproteinkomplexen sowie die Proteinlokalisation, was schwerwiegende physiologische Konsequenzen nach sich zieht. Alleine im lichtwahrnehmenden Molekül Rhodopsin sind mehr als hundert unterschiedliche Mutationen beschrieben worden, die vermutlich im Zusammenhang mit Retinitis pigmentosa, einer degenerativen Erkrankung der Retina, stehen (http://www.sph.uth.tmc.edu/RetNet/). In Saccharose-Dichte Gadienten Experimenten von Dr. Magdalena Swiatek-deLange, die dieser Studie vorangegangen sind, wurde Rhodopsin als Teil eines potentiellen Rhodopsin/Ras Homolog Gene Family, Member A (RhoA)/Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1 (Rac1)/RhoKinase II (Rock II)/ Collapsin response mediator protein 2 (CRMP2) Signal-Multiproteinkomplexes in Außensegmenten von Stäbchen Photorezeptoren (ROS) identifiziert, welcher im Zuge dieser Studie bestätigt und eingehender untersucht wurde. Ein Zusammenhang zwischen einer Rhodopsin-vermittelten Degeneration von Photorezeptoren und der Regulation des Cytoskeletts durch die kleine GTPase Rac1, wurde von Chang und Kollegen (Chang and Ready, 2000) hergestellt. Sie haben gezeigt, dass die Expression von dominant-aktivem Rac1 in Rhodopsin-Null Mutanten von Drosophila die Rhabdomer Morphogenese erhalten kann. In Zellen fungiert Rac1 durch den Wechsel zwischen einem inaktiven, vorwiegend cytosolischen und einem aktiven, überwiegend membranassoziierten Zustand, als molekularer Schalter in der Signaltransduktion und vermittelt Signale von Membranrezeptoren an das Cytoskelett. Obwohl die Rolle von Rac1 bereits in einer großen Zahl unteerschiedlicher Zellen untersucht worden ist, ist seine Funktion in Photorezeptoren noch immer weitgehend ungeklärt. Die wenigen vorhanden Studien, in denen beispielsweise gezeigt wurde, dass Rac1 an der Fusion von Rhodpsintransportcarriern in Rana barlandieri (Deretic et al., 2004) oder auch an der lichtinduzierten Degeneration von murinen Photorezeptoren beteiligt ist (Belmonte et al., 2006), machen aber deutlich, dass Rac1 ein für die Funktion und Regulation von Photorezeptoren wichtiges Molekül ist. In dieser Studie wurde daher die Rolle von Rac1 in Photorezeptoren eingehender untersucht und ein Rac1-Interaktom in ROS, bestehend aus 22 Interaktoren, identifiziert. Von diesen 22 identifizierten Interaktoren sind fünf bereits als Interaktoren von Rac1 beschrieben worden, darunter CRMP2, einer der Hauptregulatoren von Polarität in neuronalen Zellen, sowie die cytoskelettalen Proteine Aktin ( and  und Tubulin ( and Unter den 17 neuen potentiellen Rac1 Interaktoren befindet sich das Aryl Hydrocarbon Receptor-Interacting Protein Like 1 (AIPL1), das im Zusammenhang mit Leberscher kongenitaler Amaurose (LCA) sowie mit retinalem Proteintransport steht (Sohocki et al., 2000), sowie eine Reihe von Proteinen, die Teil der Phototransduktionskaskade sind, wie die Untereinheit der 3´, 5´-cyclic-GMP Phosphodiesterase 6, Recoverin, Arrestin sowie die ,  und  Untereinheiten von Transducin. Rac1 verbindet damit die Lichtwahrnehmung durch Rhodopsin mit einer Regulation des Cytoskeletts und legt damit eine Interdependenz von Lichtwahrnehmung mit einer korrekten zellulären und funktionalen Struktur von Photorezeptoren nahe. In dieser Studie wurde nicht nur die Existenz des potentiellen Rhodopsin/RhoA/Rac1/Rock II/CRMP2 Multiproteinkomplexes in ROS bestätigt, sonder auch eine lichtabhängige Dynamik und Interaktion der einzelnen Komplexbestandteile beschrieben. In Übereinstimmung mit Daten aus verschiedenen Organismen ((Wieland et al., 1990), (Petrov et al., 1994), (Balasubramanian and Slepak, 2003)) konnte eine lichtabhängige Aktivierung von Rac1 in ROS von Schweinen nachgewiesen werden. Während lichtaktiviertes, GTP-gebundenes Rac1 überwiegend membranassoziiert vorliegt, konnte in dunkeladaptierten ROS insgesamt nur eine sehr geringe Menge an aktivem Rac1 detektiert werden. Des Weiteren wurden in dieser Studie auch deutliche Hinweise geliefert, die auf eine CRMP2 vermittelte Verbindung von Rac1 und RhoA assoziierten Signalwegen hinweisen, wohingegen die Kinase Rock II nur Teil des RhoA assoziierten Signalkomplexes zu sein scheint. Als Funktion von CRMP2 liegt daher eine Rolle als physiologischer Schalter nahe, der die Balance zwischen Rac1 und RhoA vermittelter Signaltransduktion koordiniert. Eine solche Funktion für CRMP2 wurde von Ariumura und Kollegen bereits für die Signaltransduktion in Neuronen vorgeschlagen (Arimura et al., 2000). Um die Signaltransduktion von CRMP2 in ROS eingehender untersuchen zu können, sind CRMP2 Antikörper unabdingbar, welche aber zu Beginn dieser Arbeit kommerziell nicht erhältlich waren. Daher war die Produktion und Charakterisierung von monoklonlalen CRMP2 spezifischen Antikörpern ein wichtiger Teil dieser Studie. Von den vier erhaltenen stabilen Linien monoklonaler, CRMP2 spezifischer Antikörper waren alle für den Einsatz im Western Blot sowie in der Immunohistochemie geeignet, aber nur ein Antikörper erwies sich auch als geeignet für die Immunopräzipitation von nativem CRMP2 aus primärem retinalen Gewebe. Dieser Antikörper stellt damit ein exzellentes Werkzeug für die weitere Charakterisierung der Funktion von CRMP2 in ROS dar. Drei Klassen von Proteinen regulieren die Aktivität von Rac1. Sie alle haben einen Einfluss auf den GTP/GDP-Austausch. Einer dieser Regulatoren ist der Rho GDP Dissociation Inhibitor (RhoGDI). Er kontrolliert die Interaktion von Rac1 mit weiteren regulatorischen Proteinen und Effektoren, sowie durch Interaktion mit dem Prenylrest von Rac1 das Pendeln zwischen Cytosol und Membran. Da aber der RhoGDI nicht in ROS nachgewiesen werden konnte (Balasubramanian and Slepak, 2003), legt dies den Schluss nahe, dass ein anderes Protein diese Funktion in ROS übernimmt. Das 17-kDa große Protein PDEdas lange Zeit als Untereinheit der retinalen cGMP Phosphodiesterase 6 aus Stäbchen galt, weist starke strukturelle Homologien zu RhoGDI auf. Es interagiert mit einer ganzen Reihe von prenylierten und unprenylierten Proteinen. Seine Fähigkeit, prenylierte Proteine von Zellmembranen zu lösen, erinnert stark an die Funktion, welche RhoGDI auf GTPasen der Rho Familie hat. Es wurde daher im Zuge dieser Studie untersucht, ob PDE in ROS GDI Funktion auf Rac1 ausübt. In dieser Arbeit konnte eine lichtabhängige Interaktion von Rac1 mit PDE in ROS von Schweinen nachgewiesen werden. Des Weiteren wurde gezeigt, dass aufgereinigtes PDE Rac1 von isolierten ROS Membranen lösen kann, eine Eigenschaft, die deutlich auf eine GDI-Funktion von PDE für Rac1 hinweist. Zudem wurde gezeigt, dass die Interaktion von Rac1 mit PDE mit einer lichtabhängigen Carboxylmethylierung von Rac1 in ROS korreliert, was ein Hinweis darauf sein kann, dass die die GDI Funktion von PDE durch die Methylierung von Rac1 reguliert wird. Alles in Allem zeigen diese Daten, das PDE für Rac1 in ROS die Funktion eines GDIs ausübt. In dieser Studie geben die identifizierten und mit Rac1 assoziierten Multiproteinkomplexe sowie deren lichtregulierte Dynamik einen deutlichen Hinweis darauf, dass Rac1 die Lichtwahrnehmung durch Rhodopsin mit Signalnetzwerken verbindet, die eine Rolle bei der strukturellen Integrität und Polarität von Photorezeptoren spielen. Dies deutet auf eine Abhängigkeit von Lichtwahrnehmung und funktioneller zellulärer Struktur hin. Mit der Bereitstellung von qualitativ sehr hochwertigen CRMP2 spezifischen Antikörpern liefert diese Studie zudem eine gute Basis für weiterführende Studien in diesem Forschungsfeld. Neben Rhodopsin assoziierten Komplexen stehen auch eine ganze Reihe von ciliären Komplexen in Zusammenhang mit degenerativen Erkrankungen der Retina. Im kürzlich entdeckten ciliären Protein Lebercilin (den Hollander et al., 2007) wurden Mutationen mit Leberscher kongenitaler Amaurose (LCA) in Verbindung gebracht, einer sehr schweren Form einer erblichen retinalen Dystrophie ((Kaplan et al., 1990), (Perrault et al., 1999)). Mit Hilfe von SF-TAP und LC/MS/MS Analysen konnten 24 Lebercilin Interaktoren in HEK Zellen identifiziert werden (den Hollander et al., 2007). Hier in dieser Studie wurden schließlich diese potentiellen Lebercilin Interaktoren auch in Photorezeptoren von Schweinen bestätigt (veröffentlicht in (den Hollander et al., 2007). Die identifizierten Interaktoren stellen mögliche Kandidaten für Gene für LCA und andere Ciliopathien dar und weisen Lebercilin als ein ciliär und mikrotubulär assoziiertes Protein in der Retina aus. Dies betont den Stellenwert, welche gestörte ciliäre Prozesse in der molekularen Pathogenese von LCA besitzen.

Etioplasten sind hochspezialisierte pflanzliche Organelle der Plastidenfamilie, die während der Skotomorphogenese von Pflanzen gebildet werden. Die Morphologie der Etioplasten unterscheidet sich grundlegend von Chloroplasten, die während der Photomorphogenese gebildet werden. Durch Belichtung von Pflanzen, die im Dunkeln angezogen worden sind, kommt es zur Induktion der Transformation von Etioplasten zu Chloroplasten. Die unmittelbar vor Induktion des biologischen Systems bestehende Zusammensetzung der Proteine und Proteinkomplexe des Etioplasten ist allerdings bislang kaum untersucht worden. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgten mehrere spezifische Analysen von plastidären Subproteomen. Ausgewählte Subproteome der inneren Membranen von Etioplasten der Gerste wurden im Vergleich zum Proteom der Thylakoidmembran von Chloroplasten analysiert. Durch die Kombination verschiedener gelelektrophoretischer Trennmethoden für Einzelproteine und Proteinkomplexe mit massenspektrometrischen Analysemethoden gelangen sensitivste Nachweise niedrig konzentrierter Untereinheiten von Membranproteinkomplexen. Darüber hinaus gelangen der Nachweis niedermolekularer membranintegraler Proteine und die spezifische Charakterisierung von Einzelproteinen. Im ersten Teil der Arbeit wurden die N-Termini von NADPH:Protochlorophyllid-Oxidoreduktase (POR) A und B durch ein LC-MS basiertes Verfahren bestimmt. Es erfolgte die Entwicklung einer Methode zur selektiven Isolation N-terminaler Peptide mittels Höchstdruckflüssigkeitschromatographie (UPLC). Dazu wurden zwei chemische Reaktionsschritte auf Protein- und Peptidebene durchgeführt, wodurch das N-terminale Peptid nach einem tryptischen Verdau ausschließlich acetyliert vorlag und interne Peptide durch eine weitere Modifikation mit 2,4,6-Trinitrobenzolsulfonsäure abgetrennt wurden. Dadurch konnte gezeigt werden, dass die N-Termini von PORA und PORB homolog zueinander sind und eine vergleichbare Erkennungssequenz für die prozessierende(n) Protease(n) vorliegt. Das Transitpeptid von PORA ist somit deutlich kürzer, als bislang vermutet, wodurch neue Rückschlüsse bezüglich einer möglichen Bindestelle von Protochlorophyllid gezogen werden konnten, da eine von Reinbothe et al. 2008 beschriebene Bindestelle nicht im Bereich des Transitpeptids, sondern in Bereich der maturen PORA liegt. Bei PORB konnten neben einem dominierenden N-terminalen Peptid zwei weitere um jeweils ein Alanin verkürzte N-terminale Peptide mit geringerer Signalintensität nachgewiesen werden. Dies deutet auf eine unpräzise N-terminale Prozessierung hin. Im zweiten Teil der Arbeit gelang die bislang umfassendste massenspektrometrische Charakterisierung des NAD(P)H-Dehydrogenase-Komplexes aus einer C3-Pflanze. In Etioplasten konnten sechs plastidär kodierte und mindestens fünf kernkodierte Untereinheiten des NDH-Komplexes identifiziert werden. Dies gelang durch die Isolation des Komplexes mittels nativer PAGE als 1. Dimension und die anschließende Aufkonzentrierung der Untereinheiten in einer SDS-PAGE als konzentrierende 2. Dimension. Dadurch konnte gezeigt werden, dass der NDH-Komplex bereits in Etioplasten neben dem membranintegralen Subkomplex aus mindestens zwei löslichen Subkomplexen aufgebaut ist. Aufgrund dieser umfangreichen Assemblierung ist eine physiologische Funktion wahrscheinlich und erste Versuche zur NAD(P)H-Dehydrogenase Aktivität lieferten Hinweise auf eine mögliche enzymatische Aktivität. Im dritten Teil der Arbeit gelang in Etioplasten erstmals der Nachweis aller bekannten membranintegralen, niedermolekularen Untereinheiten von Photosystem II, nicht aber von Photosystem I. Die Untereinheiten von PSI konnten ausschließlich in Chloroplasten nachgewiesen werden. Von PSII konnten 13 niedermolekulare Untereinheiten mit jeweils einer Transmembrandomäne nachgewiesen werden. Diese Untereinheiten konnten im Gegensatz zu Chloroplasten nicht in höhermolekularen Komplexen, sondern ausschließlich nahe der Lauffront einer BN-PAGE im Bereich der freien Proteine nachgewiesen werden. Der Nachweis von PsbN war ausschließlich in Etioplasten möglich. Aus diesen Ergebnissen wurde geschlossen, dass ausschließlich nicht-chlorophyllbindende Untereinheiten von PSII in Etioplasten akkumuliert werden und die Anreicherung von chlorophyllbindenden Untereinheiten von PSI und PSII von der Anwesenheit von Chlorophyll abhängt. Darüber hinaus konnten die vier niedermolekularen, membranintegralen Untereinheiten des Cytochrom b6f-Komplexes in Etioplasten und in Chloroplasten sowohl in der monomeren, als auch dimeren Assemblierungsstufe nachgewiesen werden. Ermöglicht wurden diese Nachweise durch eine neu entwickelte Methode zur Extraktion von Proteinen aus einem Polyacrylamid-Gel mit organischen Lösungsmitteln und der anschließenden massenspektrometrischen Charakterisierung mittels offline ESI-MS.

Die autosomal dominante Optikusatrophie ist mit Mutationen in dem Gen OPA1 assoziiert. OPA1 kodiert eine konservierte mitochondriale Dynamin-ähnliche GTPase. Das Ortholog von OPA1 in S. cerevisiae ist Mgm1. Mgm1 liegt im Intermembranraum der Mitochondrien assoziiert mit der Innenmembran in zwei Proteinisoformen vor: der langen (l-Mgm1) und der kurzen Isoform (s-Mgm1). Beide Isoformen sind für den Erhalt der mitochondrialen Morphologie und der mitochondrialen DNA erforderlich. l-Mgm1 wird von der mitochondrialen Rhomboidprotease Pcp1 durch limitierte N-terminale Proteolyse in s-Mgm1 umgesetzt. OPA1 ist ebenfalls für den Erhalt normaler mitochondrialer Morphologie in Säugetierzellen erforderlich. Zusätzlich reguliert es die Freisetzung von Cytochrom c während der Apoptose. Insgesamt acht Transkriptionsvarianten von OPA1 sind bekannt, die durch alternatives Spleißen der N-terminal gelegenen Exons 4, 4b und 5b entstehen. Auf Proteinebene ließen sich bis zu fünf OPA1-Proteinisoformen unterschiedlicher Größe voneinander abgrenzen. Die Proteinisoformen liegen zum einen Teil membranverankert in der Innenmembran und zum anderen Teil peripher mit der Innenmembran assoziiert im Intermembranraum der Mitochondrien vor. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Biogenese der verschiedenen OPA1-Proteinisoformen. Hierzu wurden OPA1-Transkriptionsvarianten in Hefe heterolog exprimiert. OPA1 wird in Hefe ähnlich wie in Säugetierzellen prozessiert. Die Prozessierung erfolgt N-terminal, an mehreren Stellen und schrittweise. Die menschliche mitochondriale Rhomboidprotease PARL kann Pcp1 in der Hefe voll komplementieren, aber weder Pcp1 noch PARL prozessieren OPA1. In PARL-/--Mauszellen wird OPA1 normal prozessiert. In der Hefe ist die Prozessierung von OPA1 von den Untereinheiten Yta10 und Yta12 der mitochondrialen AAA-Protease der Matrix (m-AAA-Protease) abhängig. Durch Expression der Untereinheiten der menschlichen m-AAA-Protease, Paraplegin und AFG3L2, lässt sich die Prozessierung von OPA1 in yta10yta12 rekonstituieren. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Biogenese von Mgm1/OPA1 nicht vollständig von der Hefe bis zu Säugetieren konserviert ist. Der Austausch der prozessierenden Protease könnte in Verbindung mit einem Mechanismus zur Qualitätssicherung der Mitochondrien in Metazoa stehen.

Etwa 30% aller Gene codieren für Membranproteine (MP). Trotz ihrer hohen Relevanz, speziell im medizinischen Bereich, stellt die Analyse von MP aufgrund ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften ein häufiges Problem in der Proteinbiochemie dar. Diese Arbeit soll eine Einsicht in die Problematik geben sowie Lösungsansätze aufzeigen, um den Umgang mit diesen Polypeptiden zu vereinfachen. Ein geeignetes Modellsystem zum Studium der Eigenschaften membranintegraler Proteine und Peptide sowie zur Verbesserung der bestehenden Analysemethoden stellte die Thylakoidmembran der Plastide dar. Um das funktionelle Proteom der Thylakoidmembran zu definieren, wurden die Proteinkomplexe der Thylakoidmembran von Gerste (Hordeum vulgare) über hochauflösende 2D-Blue Native /SDS-Polyacrylamidgelelektrophorese (PAGE) getrennt. Das Gelsystem erlaubte die Isolation der photosynthetisch aktiven Proteinkomplexe PSI/LHCI, PSII, LHCII, Cytochrom b6/f und ATPase in unterschiedlichen Assemblierungszuständen. Im Fokus der Untersuchungen stand die Charakterisierung der isolierten Subkomplexe von PSII. Die Identifikation der Komplexuntereinheiten erfolgte nach enzymatischem In-Gel Verdau und massenspektrometrischer Analyse der entstandenen Peptide (offline nanoESI-MSMS). MP > 10 kDa wurden ausschließlich über Peptide aus den löslichen Abschnitten identifiziert. Die Analyse der niedermolekularen Untereinheiten (< 10 kDa) wurde auf Ebene des Gesamtproteins nach Extraktion aus den Komplexbanden der BN-PAGE realisiert. Dabei konnten dem mono- und dimeren PSII-Subkomplex folgende niedermolekularen UEn zugeordnet werden: PsbE, PsbF, PsbI, PsbK, PsbL, PsbM, PsbTc und PsbX. Da kein Unterschied in der Zusammensetzung des mono- und dimeren PSII-Subkomplexes existierte, konnte eine Beteiligung einer der niedermolekularen UEn an der Ausbildung des dimeren PSII-Subkomplexes im Rahmen der Assemblierung nicht bestätigt werden. Die Lichtsammelproteine (LHCP) des LHCII wurden nach 2D BN/SDS-PAGE auf Ebene der Superkomplexe oder abgetrennt als Mono- und Trimerer LHCII-Subkomplex identifiziert, wobei das Trimer durch das Fehlen der minoren LHCP (CP29, CP26 und CP24) charakterisiert war. Die für Membranproteine der Thylakoide ungewöhnlich hydrophilen LHCP erhielten die benötigte Hydrophobizität zur Durchspannung der Membran über die Bindung von Pigmenten (Chlorophyll). Eine eindeutige Unterscheidung der Genprodukte von Lhcb1-3 war trotz extremer Sequenzhomologie über die Detektion eines charakteristischen Peptids im N-terminalen Bereich der maturen Sequenz möglich. In Gerste wurde somit jeweils eine Form von Lhcb2 und 3, sowie sechs Isoformen von Lhcb1 identifiziert. Um den In-Gel Verdau von Proteinen nach elektrophoretischer Trennung zu vereinfachen und zu standardisieren, wurde ein Reaktionsgefäß (OMX-S®) aus Polypropylen entwickelt. Im Zuge der Anpassung des konventionellen Protokolls zum In-Gel Verdau von Proteinen für OMX-S® wurde ein optimiertes Verdauprotokoll entwickelt, das ohne die Reaktionsschritte Entfärbung, Reduktion & Alkylierung der AS Cystein sowie eine multiple Extraktion zur Anreicherung der entstandenen Peptide auskommt. Die Erhöhung der Reaktionstemperatur auf 50°C und die Verkürzung der Diffusionsstrecke für die Protease erhöhten zudem die Effizienz des Verdaus und führten zu einer Reduktion der gesamten Prozesszeit von 6-24 h auf 1 h. Welche Auswirkung die Auslassung einzelner Reaktionsschritte auf die Peptidausbeute hatte, wurde nach differentieller Isotopenmarkierung der generierten Peptide mittels massenspektrometrischer Analyse quantifiziert. Da jeder Prozessierungsschritt eine potentielle Quelle für Verluste darstellte, waren die Peptidausbeuten im Vergleich zum konventionellen In-Gel Verdau äquivalent oder sogar besser. Unabhängig vom verwendeten Verfahren, fehlten die membranintegralen Peptide in den Spektren. Folglich wurde die Detektierbarkeit und Signalintensität von tryptischen Peptiden in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren untersucht. Dabei ergab sich eine direkte Korrelation zwischen der Proteinmenge einer Bande und der Anzahl, der nach Verdau detektierten Peptide. Die Untersuchungen an Peptiden aus löslichen und membranintegralen Proteinen ergaben, dass die Hauptursache für das Fehlen letzterer, nicht auf den Einfluss bestimmter AS auf die Ionisierbarkeit, die Sequenzlänge und/oder die Hydrophobizität zurückzuführen war. Entscheidend für die Abwesenheit der membranintegralen Peptide war vielmehr die schlechte Zugänglichkeit der Schnittstellen für die Protease, aufgrund unzureichender Denaturierung der Sekundärstruktur bzw. der Aggregation hydrophober Abschnitte im Rahmen der Probenaufarbeitung.

Das leichte Schädelhirntrauma stellt in der Altersgruppe zwischen dem 15. und dem 25. Lebensjahr mit einer Inzidenz von 600 Personen/100000 Gesamtbevölkerung in Deutschland eine der häufigsten neurologischen Erkrankungen dar. 10-20% der Betroffenen leiden an chronischen posttraumatischen Leistungseinbussen, ohne zerebral einen makroskopisch erkennbaren Schaden aufzuweisen. In dieser Dissertation konnte im experimentellen Tiermodell des leichten Schädelhirntraumas erstmals der Verlust von Basalmembranbestandteilen als ein mikroskopisches Korrelat im Sinne einer deutlichen Störung der für die normale Funktion des Gehirns notwendigen Blut-Hirn-Schranke gezeigt werden. Dieses mikroskopische Korrelat äusserte sich in der Zerstörung der Integrität der Basalmembran und ihrer Verankerung mittels Integrinen in der extrazellulären Matrix. 24 Stunden nach einem milden Flüssigkeits-Perkussions-Trauma zeigte der Kortex der Ratten einen Verlust von 31 ± 6% (p < 0,03) des Basalmembran-bestandteiles Kollagen Typ IV im Western Blot gegenüber der nicht-traumatischen Seite und bestätigte somit den bereits in Vorarbeiten in der Immunhistochemie festgestellten Verlust von 19 ± 4% (p < 0,009) der gefärbten Kollagenfläche, als auch mit 29 ± 6% (p < 0,02) der Reduktion der Gesamtanzahl der durch Kollagen identifizierten Mikrogefäße. Dieser Verlust war nach 12 Stunden Überlebenszeit erst als Trend zu sehen und erst nach 24 Stunden Überlebenszeit signifikant. Der beobachtete Verlust war auf den Kortex der Traumaseite beschränkt, das heißt die Basalganglien blieben unbeschädigt. Verglichen mit ischämischen Veränderungen nach MCAO/R (Verschluss der Arteria cerebri media und Reperfusion) war der Kollagen Typ IV Verlust im milden SHT weniger ausgeprägt, als auch von einem unterschiedlichen Verteilungsmuster, da im MCAO/R der mikrovaskuläre Basalmembranschaden hauptsächlich in den Basalganglien zu finden ist, im experimentellen SHT jedoch in kortikalen Arealen. Auch im Bereich der Verankerung der Basalmembran fand sich ein ausgeprägter Verlust der Zell-Adhäsions-Molekül Untergruppe genannt Integrine. Die untersuchten Integrinuntereinheiten α1, α6 und β1 finden sich entlang des Endothels der kleinen hirnversorgenden Gefäße. Als direkte Folge auf ein moderates Schädelhirntrauma in der Ratte treten hier deutliche Verluste auf. Die mit α1-Integrin Antikörper durchgeführte Immunhistochemie zeigte von allen drei untersuchten Integrinsubgruppen die stärkste Reduktion: Die angefärbte maximale Fläche nahm sowohl in der 12-Stunden-Überlebensgruppe, als auch in der 24-Stunden-Überlebensgruppe signifikant gegenüber der nicht-traumatischen Seite ab. Die 12-Stunden-Gruppe erfuhr eine Reduktion der maximalen α1 Integrinfläche um 8 ± 2% (p < 0,01; Abbildung 30), die 24-Stunden-Gruppe sogar eine Reduktion der maximalen α1-Integrinfläche um 13 ± 2% (p < 0,001). Die ebenfalls untersuchte α1 Integrinintensität nahm in einem vergleichbarem Maß signifikant ab, in der 12-Stunden-Überlebensgruppe um 8 ± 1% (p < 0,01), in der 24-Stunden-Überlebensgruppe um 14 ± 2% (p < 0,01). Etwas weniger stark ausgeprägt und erst nach 24 Stunden Überlebenszeit signifikant, folgten die beiden Integrinuntereinheiten β1 und α6 mit 12 ± 2% (p < 0,005) respektive 8 ± 2% (p < 0,05) Verlust der gefärbten Integrinfläche, sowie 10 ± 3% (p < 0,05) respektive 7 ± 1% (p < 0,005) Verlust der Integrin Färbeintensität. Dieser Effekt konnte nur in kortikalen Arealen des Gehirns entdeckt werden, wie bereits zuvor die Schäden der Basalmembran, und war auch im Zeitverlauf parallel zum Verlust von Kollagen Typ IV. Auch war, verglichen mit ischämischen Veränderungen nach MCAO/R, der Integrinverlust im milden SHT weniger ausgeprägt und von einem unterschiedlichen Verteilungsmuster. Die vorbeobachteten Verluste dieser Integrinuntereinheiten (entsprechend Kollagen Typ IV) werden nach MCAO/R hauptsächlich in den Basalganglien gefunden, im experimentellen SHT jedoch in kortikalen Arealen. Als ursächlich für die beobachteten und deutlichen Schäden der mikrovaskulären Basalmembran des Gehirns auch nach dem milden experimentellen Schädelhirntrauma wäre am ehesten die Aktivierung der Matrix-Metallo-Proteasen als einer der drei Hauptwege der Proteolyse (Plasminogen-Plasmin-System, Matrix-Metallo-Proteasen und Inflammation) zu vermuten. Zudem könnten auch die Basalmembranbestandteile selbst, die als Reaktion auf ein Trauma freigesetzt werden, insbesondere Untereinheiten von Kollagen Typ IV, verborgene Bindungsstellen zur Signalvermittlung präsentieren, welche eine Kaskade von intrazellulären Zerstörungsmechanismen anstossen könnten. Zukünftige Untersuchungen sollten sich daher auf die drei bisher bekannten proteolytischen Hauptwege, sowie die Basalmembranbestandteile selbst und ihre Auswirkungen auf die Regeneration der Mikrogefäße stützen, um ein besseres Verständnis für die in den Verlust von Basalmembran involvierten Prozesse während eines Schädelhirntrauma zu entwickeln. Zukünftige Therapien des leichten bis moderaten experimentellen Schädelhirntraumas sollten daher möglicherweise bereits während der akutmedizinischen Versorgung in Betracht gezogen werden. Man sollte anhand der Ergebnisse dieser Dissertation in Betracht ziehen, dass die hier vorgestellte Studie auch im milden experimentellen Schädelhirntraumamodell bereits zum frühen Zeitpunkt von 24 Stunden Überlebenszeit stabil signifikante Verluste von Basalmembranbestandteilen nachweisen konnte. Therapeutische Strategien sollten sich daher auch nach mildem Schädelhirntrauma auf eine Wiederherstellung der endothelialen Basalmembran konzentrieren, insbesondere um die oben beschriebenen Folgeschäden durch im Blut gelöste Bestandteile der Basalmembran, ihre Interaktion mit Integrinen und den nachfolgenden intrazellulären Signalkaskaden zu unterbinden. Optimalerweise sollten diese Strategien bereits für den akutmedizinischen Zeitpunkt geplant werden.

Für die Assemblierung des bakteriellen Flagellums müssen die externen Untereinheiten an ihren Bestimmungsort transportiert werden. Dies geschieht wie bei allen Gram-negativen Bakterien auch in Escherichia coli mit Hilfe des flagellären Typ III-Sekretionssystems (fTTSS). Dabei ist der flagelläre Exportapparat mit seinen cytoplasmatischen Komponenten FliH, FliI und FliJ von Bedeutung. Der Exportapparat ist im Basalkörper des Flagellums lokalisiert und liefert die Energie für den Export der Substrate, wie z. B. das Hakenkappenprotein FlgD und das Hakenprotein FlgE. Die Substrate benötigen ihrerseits ein Signal für die Erkennung durch den Exportapparat. Im Rahmen dieser Arbeit konnten Interaktionen zwischen den löslichen Komponenten FliH, FliI und FliJ des flagellären Typ III-Sekretionssystems von E. coli K12 festgestellt werden. Zudem wurden begonnene Arbeiten zur Lokalisation und Beschaffenheit einer Erkennungssequenz für den Exportapparat beim Substrat FlgD weitergeführt und auch das Substrat FlgE näher untersucht. Mit Hilfe der Affinitätschromatographie konnte ein Komplex, bestehend aus FliH, FliI und FliJ, aus dem Cytosol von E. coli BL21 (DE3) präpariert werden. Dafür wurden zuvor die Gene fliH, fliI und fliJ zusammen in den Vektor pASK-IBA 45 kloniert und dann exprimiert. Parameter für Interaktionen und Affinitäten zwischen zuvor einzeln präpariertem FliH, FliI und FliJ konnten mit Hilfe von isothermaler Titrationskalorimetrie (ITC) und Surface Plasmon Resonance (SPR) ermittelt werden. Unter Verwendung eines bereits etablierten Testsystems für das fTTSS in E. coli CC181-Mutanten konnte der Export der Hybridproteine FlgDPhoA bzw. FlgEPhoA untersucht werden. Dabei wurden von FlgD auch N- oder C-terminale Verkürzungen sowie auf Nukleotid- oder Aminosäureebene veränderte Sequenzen eingesetzt. Die Untersuchungen ergaben ein Signal für den Export des Hakenkappenproteins FlgD auf Proteinebene und nicht auf der Ebene der mRNA. Zudem konnte das Exportsignal auf die N terminalen 71 Aminosäuren von FlgD eingegrenzt und eine Bedeutung des möglichen zweiten Startcodons an Position 52 in flgD für den Export ausgeschlossen werden. FlgE wurde in seiner gesamten Länge vom fTTSS transportiert. Im Gegensatz zu FlgD führten jedoch alle C-terminalen Verkürzungen von FlgE zum Transportverlust.

Die Schizophrenie ist eine der schwerwiegendsten psychiatrischen Erkrankungen verbunden mit massiven Auswirkungen auf die Lebensqualität, die Erlebnisfähigkeit und die Leistungsfähigkeit der Betroffenen. Die Erkrankung weist eine Prävalenz von 0,5-1% auf, und ist in allen Ethnitäten und Kulturen anzutreffen. Die genaue Ätiologie der Schizophrenie ist noch immer ungeklärt. Nach dem derzeitigen Wissensstand wird eine Beteiligung mehrerer Gene und deren Interaktion mit Umweltfaktoren angenommen. Mit Hilfe von Kopplungsanalysen und Assoziationsstudien konnten bisher zahlreiche Kandidatengene identifiziert werden. Das in der vorliegenden Arbeit untersuchte Grin1-Gen ist ein funktionelles Kandidatengen, lokalisiert auf Chromosom 9q34.3, das in mehreren Assoziationstudien als Risikogen für Schizophrenie identifiziert wurde. Dieses Gen codiert für die essentielle NR1-Untereinheit des NMDA-Rezeptors. Dieser ist zentraler Bestandteil des glutamatergen Systems und beteiligt an der neuronalen Entwicklung, der Neuroplastizität und neurotoxischen Vorgängen. In zahlreichen Studien konnte demonstriert werden, dass eine pharmakologisch induzierte NMDA Rezeptor Hypofunktion mittels nicht-kompetitiver Antagonisten wie PCP oder MK-801 sowohl die Positiv- als auch die Negativsymptomatik der Schizophrenie hervorrufen kann. Im Thalamus, im Kortex und zahlreichen anderen Strukturen des ZNS konnten außerdem bei schizophrenen Patienten im Vergleich zu Kontrollen veränderte Konzentrationen der verschiedenen Untereinheiten des NMDA Rezeptors beobachtet werden. Diese Befunde weisen darauf hin, dass das Grin1-Gen an der Pathologie der Schizophrenie beteiligt sein könnte. In der vorliegenden Arbeit wurden 2 Basenaustauschpolymorphismen innerhalb des Grin1-Gens in einer Fall-Kontroll-Assoziationsstudie auf eine Assoziation mit der Erkrankung hin untersucht. Für den SNP -855 G/C der 5`UTR liegen bereits 2 positive Assoziationsergebnisse vor. Auch scheint dieser Einzelmarker über eine Veränderung der Konsensussequenz des Trankriptionsfaktors NF-kappa-B einen Einfluss auf die Expression der NR1-Untereinheit auszuüben (Begni et al. 2003). Der andere untersuchte SNP 17438G/A ist im Exon 7 des Grin1-Gens lokalisiert. In der vorliegenden Arbeit konnte keine Assoziation zwischen den untersuchten Polymorphismen des Grin1-Gens mit der Diagnose Schizophrenie ermittelt werden. Die zweifelsfreie Klärung einer Beteiligung des Grin1-Gens an der Pathogenese der Schizophrenie bedarf weiterer unabhängiger Studien. In zukünftigen Untersuchungen muss darauf geachtet werden, eine möglichst große Anzahl an Polymorphismen über das gesamte Gen hinweg zu untersuchen. Auch deuten erste Ergebnisse von Gen-Gen-Interaktionsstudien darauf hin, dass die einzelnen Kandidatengene nicht miteinander konkurrieren, sondern eher ein Zusammenspiel derselben besteht (Qin et al. 2005).

Die Existenz eines Zytoskeletts galt lange als charakteristisches Merkmal eukaryotischer Zellen. Obwohl sich mit der Entdeckung der eubakteriellen Zytoskelettproteine MreB, ParM, FtsZ und CreS ein Paradigmenwechsel vollzog, lagen bislang keine Erkenntnisse über das Vorkommen von Zytoskelettproteinen in Archaeae vor. Der erste Teil der Arbeit beschreibt die strukturelle und biochemische Charakterisierung des Aktinhomologen Ta0583 aus dem Archaeon Thermoplasma acidophilum. Die Kristallstruktur von Ta0583 wurde mit der Methode der SAD-Phasierung bei einer Auflösung von 2,1 Å gelöst. Ta0583 gehört zur Aktin/Hsp70 Superfamilie und besteht aus zwei Domänen, die jeweils das Aktin/Hsp70 Kernelement enthalten. Obwohl Aktin und das archaeale Ta0583 kaum Sequenzidentität aufweisen, besteht eine deutliche strukturelle Homologie. Die Struktur von Ta0583 kombiniert strukturelle Eigenheiten sowohl von Aktin, als auch von den eubakteriellen Aktinhomologen MreB und ParM. So konnte beispielsweise die strukturelle Ähnlichkeit der Nukleotidbindungsstellen von Ta0583 und MreB in vitro durch den Effekt des MreB-Inhibitors S-(3,4-Dichlorobenzyl)-isothioharnstoff (A22) nachgewiesen werden, der die ATPase Aktivität von Ta0583 kompetitiv hemmt. Im Kristallgitter sind die Ta0583 Monomere in Filament-ähnlichen Reihen angeordnet, in denen ähnliche longitudinale Gitterabstände wie in den Protofilamenten von MreB, Aktin und ParM vorliegen. In vitro bildet Ta0583 kristalline Schichten, die ähnliche Gitterabstände wie die quasi-Filamente im Kristall aufweisen. Die Bereitwilligkeit von Ta0583 zur Kristallisation und zur Bildung kristalliner Schichten könnte eine intrinsische Neigung des Proteins zur Bildung von filamentartigen Strukturen andeuten. Das Vorkommen eines Aktin-Homologen im Archaeon T. acidophilum gibt erste Hinweise auf das Vorkommen möglicher Zytoskelettstrukturen neben Eukaryoten und Eubakterien auch in der dritten Domäne des Lebens, den Archaeae. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der strukturellen und biochemischen Charakterisierung des in S. cerevisiae essentiellen Stoffwechselenzyms Ugp1p, der UDP-Glukose Pyrophosphorylase (UGPase). Die UGPase katalysiert die Synthese von UDP-Glukose, einem zentralen Glykosyldonor im Stoffwechsel aller Organismen. In S. cerevisiae ist die UGPase ein Oktamer aus identischen Untereinheiten. Obwohl oktamere UGPasen schon in den 1960iger Jahren erstmals charakterisiert wurden, blieb die strukturelle Basis für die Assoziation der Monomere im Komplex bis heute unaufgeklärt. In dieser Arbeit wurde die Struktur von Ugp1p durch Molecular Replacement mit der Struktur einer monomeren UGPase aus A. thaliana bei einer Auflösung von 3,1 Å gelöst. Das Ugp1p Monomer besteht aus drei Domänen, einer N-terminalen Domäne, einer katalytischen SGC-Kerndomäne und einer C-terminalen Oligomerisierungsdomäne mit -Helix Motiv. Anhand der Struktur von Ugp1p konnten mehrere Aminosäurereste identifiziert werden, die die Wechselwirkungen zwischen den Untereinheiten im Oktamer vermitteln. Diese vorwiegend hydrophoben Reste sind in den UGPasen von Tieren und Pilzen konserviert, in den UGPasen der Pflanzen jedoch durch polare und geladene Reste ersetzt. Aufgrund der Konservierung der Reste im Bereich der Oligomerisierungs-Schnittstelle ist davon auszugehen, dass alle UGPasen aus Metazoen und Pilzen Ugp1p-ähnliche Oktamere bilden, pflanzliche UGPasen dagegen anders aufgebaut sind. Während die Aktivität pflanzlicher UGPasen über Assoziation und Dissoziation reguliert zu sein scheint (Martz et al., 2002), sind UGPasen aus Metazoen und Pilzen nicht über Oligomerisierung reguliert. So bildet Ugp1p ausschliesslich stabile Oktamere. In Ugp1p scheint vielmehr das flexible N-terminale Segment, das auch an Ser11 phosphoryliert gefunden wurde (Rutter et al., 2002), die Regulation der Enzymaktivität zu vermitteln. Die Struktur von Ugp1p bildet die Grundlage für gezielte Mutagenesestudien an allen UGPasen aus Metazoen und Pilzen.

Zyklonukleotid-aktivierte Kationenkanäle (CNG-Kanäle) spielen eine Schlüsselrolle im Seh- und Riechprozess. Der olfaktorische CNG-Kanal besteht aus den Untereinheiten CNGA2, CNGA4 und CNGB1b. Sowohl CNGA4 als auch CNGB1b können in heterologen Expressionssystemen nur zusammen mit CNGA2 funktionelle Kanäle bilden. Sie werden auch als modulatorische Untereinheiten bezeichnet, da sie dem CNG-Kanal charakteristische Eigenschaften verleihen. In der vorliegenden Arbeit sollte die Rolle von CNGB1b im Riechprozess anhand einer CNGB1-defizienten Mauslinie (CNGB1KO-Maus) untersucht werden. CNGB1KO-Mäuse zeigten im Vergleich zu gleichaltrigen Wildtyp-Mäusen ein deutlich eingeschränktes Riechvermögen. Dieses äußerte sich in verringertem Körpergewicht, schlechterem Abschneiden in einem Riechtest und einem veränderten Elektroolfaktogramm (EOG). EOGs von CNGB1KO-Mäusen zeigten verglichen mit WT-Mäusen ein verzögertes Einsetzen, eine verkleinerte Amplitude und eine verlangsamte Rückbildung der Duftantwort. Als Ursache für die verzögert einsetzende Reizantwort konnte eine verringerte Sensitivität des CNG-Kanals gegenüber zyklischen Nukleotiden ausgemacht werden. Die verkleinerte Amplitude im EOG konnte durch eine verringerte Menge an Kanalprotein erklärt werden, was einen um Faktor zehn verminderten CNG-Strom zur Folge hatte. Das verlangsamte Abklingen der Duftantwort konnte auf ein Fehlen der Calcium-Calmodulin-abhängigen Inaktivierung des CNG-Stroms zurückgeführt werden. Eine Interaktion von CNGA2 und CNGA4 in CNGB1-defizienten Neuronen wurde durch Co-Immunpräzipitation nachgewiesen. Mittels immunhistochemischer Färbungen wurde gezeigt, dass CNGA2 und CNGA4 zwar assemblierten, nicht aber in die Zilienmembran der ORNs transportiert wurden. Vielmehr wurde der CNGA2/CNGA4-Kanal in subziliären Zellkompartimenten zurückgehalten. Der Versuch, die Translokation in das Zilium durch Hemmung des proteolytischen Abbaus der CNG-Untereinheiten zu ermöglichen, war nicht erfolgreich, was auf eine streng reglementierte Qualitätskontrolle in olfaktorischen Rezeptorneuronen schließen ließ. Morphologisch unterschied sich das olfaktorische System von CNGB1KO-Mäusen verglichen mit dem Wildtyp durch eine Reduktion der Schichtdicke des olfaktorischen Epithels sowie einen verkleinerten Bulbus olfactorius. Neurone des Bulbus olfactorius von CNGB1-defizienten Mäusen waren bezüglich ihrer Duftantwort nicht von Wildtyp-Neuronen zu unterscheiden. Für die Bedeutung der CNGB1b-Untereinheit kann festgehalten werden, dass sie dem olfaktorischen CNG-Kanal charakteristische Eigenschaften wie erhöhte Empfindlichkeit gegenüber zyklischen Nukleotiden, die Fähigkeit zur Calcium-Calmodulin-abhängigen Inaktivierung und kontrolliertes Single Channel Flickering verleiht. Zudem spielt die CNGB1b-Untereinheit zusammen mit CNGA4 eine essentielle Rolle für den Transport des CNG-Kanals in die Zilienmembran der ORNs. Darüber hinaus ist CNGB1b unentbehrlich für eine normale Entwicklung des olfaktorischen Systems.

Beim Erkennen von Emotionen in Bildern und Gesichtern wurde in verschiedenen Studien eine emotionsspezifische Komponente des visuell evozierten Potentials (die „early posterior negativity“/ EPN) gefunden. Die Generatoren der occipito-parietal lokalisierten EPN wurden vor allem innerhalb des visuellen Systems vermutet. Wir untersuchten, ob eine entsprechende Komponente des akustisch evozierten Potentials bei der Verarbeitung auditorisch präsentierter emotionaler Reize auftritt. Unabhängig davon konnten in diversen Bildgebungsstudien unter Verwendung bestimmter Wahlreaktionsparadigmen unter anderem eine Aktivierung verschiedener Untereinheiten des ACC identifiziert werden. Insgesamt weisen jedoch die Ergebnisse von Untersuchungen des akustischen Wahrnehmungssystems geringe Konsistenz bezüglich der Quellenlokalisation für emotionale Reize auf. Des weiteren wurde der Zusammenhang zwischen bestimmten Persönlichkeitsfaktoren und neurophysiologischen Parametern in einem emotionsspezifischen Aktivierungssystem untersucht. Wir untersuchten 29 gesunde Probande in einer EKP- LORETA Studie mit drei verschiedenen akustischen Wahlreaktionen, bei welchen einmal eine rein kognitive Aufgabe ausgeführt werden musste, einmal die Unterscheidung emotional intonierter Silben und einmal die Identifizierung des emotionalen Inhaltes in Adjektiven verlangt waren. Die Persönlichkeitsmerkmale der Probanden wurden mit Hilfe des NEO-Fünf-Faktoren-Inventars ermittelt. Wir fanden beim Vergleich des neutralen mit den emotionalen Paradigmen eine zweigeteilte, kortikale, parietal lokalisierte „early posterior negativity“ (EPN). Die Stromdichteanalyse der Differenzwellen (emotional minus neutral) mit LORETA ergab bei der EPN 170 eine Mehraktivierung im inferioren Parietallappen (BA 40) der linken Hemisphäre, im supplementären/cingulären motorischen Cortex (SMA/CMA) links, im Lobulus paracentralis links (BA 31/5), im ventralen anterioren cingulären Cortex (ACC, BA 32) sowie im Gyrus temporalis superior (BA 42) links. Die Analyse der EPN 290 ergab eine vermehrte Aktivierung im dorsolateralen präfrontalen Cortex links (DLPFC, BA 9), im ventralen und dorsalen ACC links (BA 32/24) sowie im superioren rechten (BA 22) und medialen linken (BA 21) temporalen Gyrus. Wir konnten interindividuelle Unterschiede der Wahrnehmung von Emotionen nachweisen. Es ergab sich bei den emotionalen Paradigmen (Silben und Worte) eine signifikant höhere EPN 170-Amplitude bei der Gruppe der extravertierten im Vergleich zu den introvertierten Probanden.

Im ersten Teil dieser Arbeit, der sich mit der Untersuchung der Bindung zytosolischer Chaperone am ribosomalen Polypeptid-Austrittstunnel beschäftigt, wurde die ribosomale Untereinheit Rpl25p, die in unmittelbarer Nähe des Polypeptid-Austrittstunnels liegt, als Bindestelle für zytosolische Chaperone, wie den naszente Ketten-assoziierten Komplex (NAC) identifiziert. Auch das Hsp70-Chaperon, Ssb1/2p, wurde in Assoziation mit Rpl25p gefunden. Diese Bindung wurde jedoch nicht näher untersucht. Bei der Etablierung einer Methode zur effizienten Anreicherung von Ribosomen aus Zellextrakten, mittels Präzipitation über einen Epitop-tag an einer ribosomalen Untereinheit, wurde beobachtet, dass ein 3HA-Epitop an Rpl25p, im Gegensatz zu einem 6HA-Epitop an der selben Stelle und an einer anderen ribosomalen Untereinheit, Rpl4ap, im entsprechenden Hefestamm Wachstums- und Translationsdefekte hervorruft. Co-Präzipitationsversuche ergaben, dass sowohl die Assoziation des generellen Hsp70-Chaperons Ssb1/2p, als auch von NAC mit Ribosomen im RPL25-3HA-Hintergrund stark reduziert ist und lieferten damit eine mögliche Erklärung für die beobachteten Defekte. Durch Two-Hybrid-Interaktionen und Co-Präzipitationsexperimente mit immobilisiertem MBP-Rpl25p und Zellextrakten, bzw. gereinigten Chaperonen, konnte gezeigt werden, dass der naszente Ketten-assoziierte Komplex NAC spezifisch, über den N-Terminus der -Untereinheit Egd1p, an Rpl25p bindet. Untersuchungen bezüglich der physiologischen Bedeutung der, nur in der Hefe vorhandenen, alternativen -Untereinheit Btt1p, zeigten, sowohl im Two-Hybrid, als auch in Bindeexperimenten mit Zellextrakten oder gereinigtem Btt1p, dass auch Btt1p direkt mit Rpl25p interagiert. Die starke Sequenzhomologie der N-Termini der -Untereinheiten, führte zu dem Schluss, dass auch Btt1p über seinen N-Terminus an Rpl25p bindet. Egd1p ist jedoch die vorwiegend im Komplex vorliegende -Untereinheit. In Abwesenheit von Egd1p wird die Expression von Btt1p stark erhöht, um das Fehlen dieser Untereinheit zu kompensieren. Sequenzhomologien zwischen Rpl25p und seinem Homolog Rl23p aus E. coli sollten als Ausganspunkt für die Identifizierung der Bindestelle zytosolischer Chaperone, wie NAC und Ssb1/2p an Rpl25p dienen. Versuche, Rpl25p funktionell durch Rl23p zu komplementieren, zeigten jedoch, dass weder Rl23p, noch ein chimäres Protein, in dem ein 50 Aminosäuren langer N terminaler Anhang aus Rpl25p an das E. coli-Protein fusioniert wurde, die Funktion von Rpl25p in der Hefe übernehmen können. Alternativ wurde ein konserviertes Aminosäuremotiv von Rpl25p mutiert, das im E. coli-Protein als Bindestelle für das Chaperon Triggerfaktor dient und dessen Veränderung die Bindung von Triggerfaktor an Rl23p stark reduziert. Die Veränderung dieses Motivs in Rpl25p bedingte zwar eine Reduktion der Bindung von Egd1p an Rpl25p, hatte jedoch keinen Effekt auf die Assoziation von Ssb1/2p mit Rpl25p. Daraus wurde gefolgert, dass nicht dieses Motiv allein für die Bindung zytosolischer Chaperone an Rpl25p verantwortlich ist. Dieser Befund führte außerdem zu der Spekulation, dass die Bindung von Egd1p und Ssb1/2p an Ribosomen durch verschiedene Bindestellen an Rpl25p vermittelt sein könnte. Im zweiten Teil der Arbeit, sollte der Beitrag, den einzelne Untereinheiten des Gim-Komplexes, GimC, zur Interaktion mit den Hauptsubstraten Aktin, α- und -Tubulin leisten untersucht werden. Dazu wurden für jede Untereinheit Verkürzungsmutanten hergestellt, denen die C- und N-terminalen hydrophoben Bereiche fehlen, die diese Wechselwirkung wahrscheinlich vermitteln. Im Gegensatz zu den zuvor untersuchten Deletionsmutanten, beeinträchtigen diese den Komplexaufbau nicht und erlauben daher direkte Rückschlüsse auf die Funktion der jeweiligen veränderten Untereinheit. Die Mutanten wurden zunächst einzeln bezüglich ihrer Sensitivität gegenüber LatrunculinA und Benomyl, Chemikalien, die das Aktin-, bzw. Tubulin-System der Zellen beeinflussen, in vivo charakterisiert. Des Weiteren wurde die Kinetik der Aktinfaltung bei ausgesuchten Mutanten (gim2NTCT, gim5NTCT) gemessen. Diese in vivo Experimente gaben erste Hinweise darauf, dass nicht alle GimC-Untereinheiten für die Bindung jedes Substrats gleich wichtig sind, sondern, in Abhängigkeit vom Substrat, unterschiedliche Rollen spielen. Zum Beispiel scheint die Interaktion mit den Tubulinen vor allem von Gim5p abhängig zu sein, während die anderen Untereinheiten dazu einen geringen (Gim1p, Gim2p, Gim3p) oder gar keinen (Gim4p, Gim6p) Beitrag leisten. Auch bei der Interaktion mit Aktin spielt Gim5p, neben Gim2p, eine tragende Rolle. In diesem Fall führt auch die Verkürzung von Gim3p oder Gim4p zu leichten Defekten, wogegen eine Veränderung von Gim1p oder Gim6p keine Auswirkungen hat. Um diese Ergebnisse durch weiterführende Experimente in vitro validieren zu können, wurde eine Strategie entwickelt, die es erlaubt, den Gim-Komplex und verschiedene Mischformen davon effizient in der Hefe zu exprimieren und daraus zu reinigen. Zu diesem Zweck wurde ein Plasmidsortiment geschaffen, das die starke Überproduktion des Wildtyp-Komplexes und von Mutanten, mit einer, oder bis zu sechs verkürzten Untereinheiten, unter Kontrolle des Kupfer-Promotors ermöglicht. Zur Reinigung dieser Komplexe aus der Hefe wurde ein bestehendes Protokoll abgewandelt und optimiert. Die Substrate, Aktin, α- und -Tubulin, wurden nach heterologer Expression in E. coli in Form von inclusion bodies gewonnen. Mit Hilfe dieser gereinigten Komponenten wurden der Wildtyp-Komplex und ausgewählte Mutanten, bei denen die α-Untereinheiten Gim2p oder Gim5p alleine oder Gim2p und Gim5p zusammen verkürzt waren, bezüglich ihrer Fähigkeit getestet, die Aggregation denaturierten Aktins in vitro zu verhindern. Es zeigte sich, dass die Verkürzung der Gim2p-Untereinheit die Aktinbindung nur wenig beeinträchtigt, wogegen eine Veränderung der Gim5p-Untereinheit eine starke Reduktion gegenüber dem Wildtyp bewirkt. Die entsprechende Doppelmutante ist schließlich nicht mehr in der Lage, die Aggregation denaturierten Aktins zu verhindern. Dieses Ergebnis konnte durch Translationsexperimente bestätigt werden, bei denen die verschiedenen Gim-Komplexe bezüglich ihrer Fähigkeit getestet wurden, de novo synthetisiertes Aktin in Lösung zu halten. Auch hier hatte die Veränderung von Gim2p nur einen geringen Effekt, während eine Verkürzung von Gim5p zu einer drastischen Anreicherung des neu-synthetisierten Aktins in der unlöslichen Proteinfraktion führte. In diesen Experimenten wurde erstmals auch der Beitrag dieser Untereinheiten zur Interaktion von GimC mit α-Tubulin untersucht. Hier zeigte sich, dass alleine die Verkürzung der Gim5p-Untereinheit ausreicht, um die Wechselwirkung von GimC mit diesem Substrat komplett zu verhindern.

In der vorliegenden Arbeit wurden erstmals die mitochondrialen Signalpeptide der Untereinheiten der humanen 3-Methylcrotonyl-CoA-Carboxylase (3-MCC) charakterisiert und die Lokalisation des Enzyms, welches am Abbau der verzweigtkettigen Aminosäure L-Leucin beteiligt ist, in der mitochondrialen Matrix nachgewiesen. Um die Bedeutung dieses Enzyms und des Enzymmangels weiter erfassen zu können, wurden 28 Individuen mit angeborenem 3-MCC-Mangel, die durch das Neugeborenen-Screening direkt oder indirekt identifiziert worden waren, biochemisch und molekularbiologisch charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass der 3-MCC-Mangel lediglich eine milde Störung darstellt. Eine Korrelation zwischen Genotyp und biochemischem bzw. klinischem Phänotyp ist nicht vorhanden.

Mit Hilfe von spektroskopischen Messmethoden (Absorption, Circulardichroismus, Fluoreszenz) wurde die Entfaltung von Phycocyanin untersucht. Dabei diente der Chromophor als natürliche Sonde, zusätzlich wurde die Sekundärstruktur gemessen. Im ersten Teil der Arbeit wurden die Bedingungen der Untersuchungen festgelegt. Anschließend erfolgte die Entfaltung in steady-state Messungen mittels Harnstofftitration. Als drittes wurde die Kinetik der Entfaltung in 8 M Harnstoff untersucht. Daraus entwickelete sich eine Entfaltungsmodell, sowohl für das integrale Phycocyanin, wie auch für die Untereinheiten.

Der isolierte 3-Methylcrotonyl-CoA-Carboxylase (MCC)-Mangel ist eine angeborene Störung im Abbau der Aminosäure Leucin. Die Erweiterung des Neugeborenen-Screenings (NGS) führte zu der Erkenntnis, dass der MCC-Mangel eine der häufigsten organischen Azidämien darstellt. Das klinische Bild ist sehr heterogen und eine Genotyp-Phänotyp Korrelation ist nicht möglich. Über die Prognose der im NGS identifizierten und bisher asymptomatischen Mutationsträger kann bisher keine Aussage gemacht werden. Das mitochondriale Enzym besteht aus einer α- und einer β-Untereinheit. In dieser Arbeit wurden die mitochondrialen Signalpeptide beider Untereinheiten identifiziert. Hierzu wurden Fusionsproteine aus Fragmenten der Untereinheiten mit dem fluoreszierenden Protein YFP generiert. Nach Expression in humanen Hautfibroblasten wurden Kolokalisationsstudien durchgeführt. Zunächst wurde experimentell bestätigt, dass jede Untereinheit ein mitochondriales aminoterminal lokalisiertes Signalpeptid besitzt. Für MCCα befindet sich dieses in den Aminosäuren 1-39, für MCCβ in den Aminosäuren 1-20. Beide Untereinheiten haben keine weiteren Importsignale. Somit sind die aminoterminalen Targetingsequenzen ausreichend und gleichzeitig notwendig, um einen mitochondrialen Import zu ermöglichen. In einer Western Blot Analyse konnte die Abspaltung der Signalpeptide beider Untereinheiten gezeigt werden. Durch Veränderung der positiv geladenen Aminosäuren wurden die strukturellen Erfordernisse der identifizierten Signalpeptide näher charakterisiert. Es wurden Argininreste gegen Glutamin in verschiedenen Kombinationen ausgetauscht. Eine Mutation der aminoterminalen vier Argininreste im Signalpeptid von MCCα führte zum Importverlust. Bei einer Mutation der in der Targetingsequenz vom Aminoterminus weiter entfernt liegenden zwei Argininreste fand ein Import statt. Bei Mutationen der Argininreste im Signalpeptid von MCCβ kam es regelhaft zu einem Importverlust. Damit wurde die Relevanz der positiv geladenen Aminosäuren für den Import der MCC-Untereinheiten belegt. Die Identifizierung der Signalpeptide stellt die Grundlage weiterer Funktionsuntersuchungen dar, da nur reife Proteine ohne Signalsequenz für prokaryontische Expressionsstudien verwendet werden können. Durch solche Untersuchungen könnten die Auswirkungen von Mutationen auf die Enzymfunktion besser verstanden werden. In diesem Zusammenhang können möglicherweise diejenigen Veränderungen in der Funktionsweise des Enzyms aufgeklärt werden, die eine klinische Symptomatik nach sich ziehen. Hierdurch könnte die bisher schwierige Beratungssituation betroffener Familien hinsichtlich Prognose und Therapie erheblich verbessert werden.

Die Translokase der mitochondrialen Außenmembran TOM-Komplex erkennt alle in Mitochondrien zu importierenden Proteine und vermittelt den Transfer in oder über die Membran. Der Mechanismus der Translokation ist allerdings bisher nur teilweise verstanden. Strukturelle Informationen über den TOM-Komplex können Fragen nach den Detailschritten beantworten helfen. Aus dem Schimmelpilz Neurospora crassa wurde der TOM-Komplex so aufgereinigt, dass Ausbeute und Reinheit strukturelle Untersuchungen mittels Proteinkristallographie ermöglichten. Kristalle des TOM-Komplexes wurden gewonnen und Beugungsexperimente durchgeführt. Die Auflösung der erhaltenen Kristalle des TOM-Komplexes war nicht ausreichend, um Aussagen über die Raumgruppe oder den strukturellen Aufbau des Komplexes treffen zu können. Deshalb wurde das Reinigungsverfahren weiter optimiert sowie eine Reihe von Mutanten des TOM-Komplexes untersucht. Bisher konnte jedoch keine Verbesserung der Beugungsdaten erreicht werden. Zu Beginn dieser Arbeit waren vier Untereinheiten des TOM-Core-Komplexes von N. crassa bekannt: Tom40, Tom22, Tom7 und Tom6. Im ansonsten vergleichbar aufgebauten TOM-Core-Komplex von S. cerevisiae war noch eine weitere Komponente Tom5 beschrieben worden. Daher wurde im Vorfeld der Kristallisationsexperimente die Zusammensetzung des N. crassa TOM-Komplexes massenspektrometrisch analysiert, wobei Tom5 als eine weitere Tom-Untereinheit in N. crassa identifiziert werden konnte. Aufgrund von Experimenten mit S. cerevisiae wurde eine Rolle des Tom5 im Proteinimport in Mitochondrien postuliert. Im Gegensatz hierzu hatte Tom5 in N. crassa keinen Einfluß auf den Proteinimport. Auch auf die Assemblierung des TOM-Komplexes und das Wachstum der Zellen wirkte sich eine Deletion von Tom5 in N. crassa nicht negativ aus. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen allerdings eine solche Funktion auch in Hefe als fraglich erscheinen. Vielmehr deuten die hier vorgelegten Befunde auf eine strukturelle Funktion von Tom5 bei der Stabilisierung des TOM-Komplexes hin. Um weitere neue Komponenten des Import- und Assemblierungsapparates der mitochondrialen Außenmembran zu finden, wurde eine massenspektrometrische Analyse der Proteine von isolierten Außenmembranvesikeln aus N. crassa durchgeführt. Hierbei wurde Mim1 als bisher unbekanntes Außenmembranprotein identifiziert. Mim1 liegt in einem 300 kDa-Komplex vor und es wurde eine essentielle Funktion von Mim1 bei der Assemblierung des TOM-Komplexes nachgewiesen.

Ventrikuläre Tachyarrhythmien sind die Hauptursachen für den plötzlichen Herztod, der eine bedeutende Todesursache in der westlichen Welt darstellt. Dabei sind, neben strukturellen Veränderungen im Myokard wie Narben, Hypertrophie oder Ventrikeldilatation, elektrophysiologische Veränderungen der Repolarisationsphase ursächlich. Für die Repolarisation essentielle Kanäle sind die delayed rectifier Kaliumkanäle IKr und IKs; Mutationen in diesen Kanälen sind ursächlich für das angeborene Long QT-Syndrom, das mit lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen assoziiert ist. Pharmakologische Wirkungen und Nebenwirkungen auf die repolarisierenden Kaliumkanäle können ebenfalls Herzrhythmusstörungen auslösen; man spricht dabei vom erworbenen oder Medikamenten-induzierten Long QT-Syndrom. Auch bei Herzinsuffizienz zum Beispiel aufgrund einer dilatativen Kardiomyopathie wird oft eine QT-Zeit Verlängerung und Rhythmusstörungen beobachtet. Dabei ist die Herunterregulation von Kaliumkanälen wie Ito ein oft beobachtetes Phänomen; in tierexperimentellen Untersuchungen wird teilweise auch eine Reduktion von IKr und IKs beschrieben. Für viele Ionenkanäle sind Unterschiede in der transmuralen Verteilung bekannt, so dass die Messung der delayed rectifier Kaliumkanäle in vorliegender Untersuchung getrennt nach subepikardialen, mittleren und subendokardialen Arealen des linksventrikulären Myokards durchgeführt wurde. Ein weiterer Aspekt der Arbeit ist der Vergleich der Repolarisation in verschiedenen Spezies, was bei der Interpretation von tierexperimentell gewonnenen Ergebnissen von großer Bedeutung ist. Dazu wurden IKr und IKs in verschiedenen Tiermodellen (Meerschweinchen, Schwein und Hund) unter Berücksichtigung der transmuralen Verteilung gemessen und mit den aus humanem Myokard gewonnenen Ergebnissen verglichen. Die porenbildenden alpha-Untereinheiten von IKr und IKs, KCNH2 und KCNQ1, wurden im heterologen Zellsystem exprimiert und deren Sensitivität auf IKr bzw. IKs spezifische Kanalblocker überprüft. Methodisch wurde für oben genannte Fragestellungen die patch clamp Technik in Ganzzellkonfiguration verwendet; zur Aufzeichnung von Aktionspotentialen und zum Nachweis von IKs in humanem Myokard wurde die perforated patch Methode verwendet, um eine Veränderung des intrazellulären Milieus mit Dialyse von Botenstoffen zu vermeiden. Auf molekularbiologischer Ebene wurde die mRNA-Menge der IKr und IKs alpha-Untereinheiten KCNH2 und KCNQ1, sowie deren (potentielle) beta-Untereinheiten KCNE1 und KCNE2 mit Hilfe der quantitativen real-time PCR bestimmt. Dabei konnten folgende Ergebnisse erzielt werden: IKr ließ sich im Menschen in allen Zellen in relevanter Größe nachweisen; der Strom ließ sich sowohl durch den spezifischen IKr-Blocker Dofetilide, aber auch durch Pharmaka aus nicht-kardiologischen Anwendungsgebieten wie das Neuroleptikum Haloperidol inhibieren. Dabei wies der Kanal eine Abhängigkeit von der extrazellulären Kaliumkonzentration auf, die sich umgekehrt zum elektrochemischen Gradienten verhielt: höhere extrazelluläre Kaliumkonzentrationen bewirkten eine Steigerung von IKr. IKs (definiert als HMR 1556 sensitiver Strom) ließ sich in humanem Myokard nur unter speziell optimierten Bedingungen (perforated patch Technik, adrenerge Stimulation mit Isoproterenol) nachweisen. Er hatte dann eine sehr kleine Stromdichte, die eine weitere elektrophysiologische und pharmakologische Charakterisierung nicht erlaubte. In Meerschwein, Schwein und Hund war IKr und IKs nachweisbar; dabei hatte das Meerschweinchen die höchsten Stromdichten von delayed rectifier Kaliumkanälen, das Schwein kleinere, aber robuste IKr und IKs-Ströme. Beim Hund fanden sich deutlich geringere Stromdichten für IKr und IKs; IKs war nicht in allen Zellen nachweisbar. IKr wies in allen Spezies epikardial eine kleinere Stromdichte auf als in mittleren und endokardialen Arealen. Dieser transmurale Gradient mit geringerer Stromdichte in epikardialen Arealen war nur in nicht-insuffizienten humanen Herzen nachweisbar; bei Herzinsuffizienz kam es zur Angleichung der Stromdichten in allen drei untersuchten Schichten. KCNH2 und KCNQ1 generierten im heterologen Zellsystem IKr bzw. IKs ähnliche Ströme, die jeweils typische Sensitivität für IKr bzw. IKs Blocker aufwiesen. Für KCNH2 und KCNQ1 mRNA waren keine transmuralen Gradienten und keine Regulation bei Herzinsuffizienz nachweisbar; KCNE1 und KCNE2 zeigten bei Herzinsuffizienz höhere Expressionslevel. Somit ließ sich das Vorhandensein und die Bedeutung von IKr und IKs in humanem Myokard belegen, wobei IKs nur in sehr geringer – in Ruhe gerade noch nachweisbarer – Stromdichte vorkommt. Dennoch lässt sich seine Bedeutung am Vorhandensein von Mutationen in KCNQ1, die lebensbedrohliche Rhythmusstörungen verursachen können, ablesen. Auch für KCNH2, das für die alpha-Untereinheit von IKr kodiert, sowie für die (potentiellen) beta-Untereinheiten KCNE1 und KCNE2 sind Mutationen beschrieben, die ursächlich für das angeborene Long QT-Syndrom sind. Damit scheinen IKr und IKs für die Repolarisation des humanen Aktionspotentials essentiell zu sein, wobei IKr aufgrund der relativ großen Stromdichte die wesentliche Rolle bei der Repolarisation des Aktionspotenials in humanem Myokard zukommt. IKs hat große Bedeutung als „Repolarisationsreserve“ zur Stabilisierung der Repolarisation unter Bedingungen erhöhter Katecholaminspiegel, bei tachykarden Herzfrequenzen und bei verzögerter Repolarisation wie durch Hypokaliämie, IKr-Blocker oder IKr-Mutationen und Polymorphismen. Mutationen in Proteinuntereinheiten von IKs können zur Störung dieser Repolarisationsreserve führen und somit Rhythmusstörungen auslösen, die charakteristischerweise in Situationen erhöhter sympathischer Aktivierung auftreten. Die Ausstattung der unterschiedlichen Spezies mit repolarisierenden Kaliumströmen wies erhebliche Unterscheide auf, was bei der Interpretation tierexperimentell gewonnener Daten zu berücksichtigen ist. Insbesondere korreliert eine Abnahme der Ruheherzfrequenz der Spezies mit einer deutlichen Reduktion der repolarisierenden Ströme entsprechend dem Konzept der speziesabhängigen Variabilität der repolarisierenden bei Konstanz der depolarisierenden Ströme (INa und ICa). Transmurale Unterschiede in der Expression von Ionenkanälen scheinen notwendig für den Ablauf der Erregungsbildung und Erregungsrückbildung zu sein. Die epikardial geringeren Stromdichten für IKr waren in allen untersuchten Spezies nachweisbar. Die Beobachtung einer geringeren Stromdichte der repolarisierenden Kaliumströme epikardial bedeutet, dass andere Ionenkanäle als IKr und IKs für die dort kürzere Aktionspotentialdauer verantwortlich sein müsssen. Eine Reduktion der Stromdichte bei Herzinsuffizienz, wie sie beispielsweise für Ito beschrieben ist, konnte für IKr nicht nachgewiesen werden. Jedoch fand sich eine Nivellierung des physiologischerweise Vorhandenen transmuralen Gradienten, was grundsätzlich zu einer Störung des physiologischen Erregungsablaufes mit Begünstigung von Rhythmusstörungen in insuffizienten Herzen beitragen könnte. Aus dem dualen Repolarisationsmechanismus im menschlichen Ventikelmyokard werden klinische Konstellationen mit Rhythmusstörungen verständlich, insbesondere in Hinblick auf die Variabilität der Empfindlichkeit gegenüber Medikamenten mit blockierender Wirkung auf IKr. Dabei stellt IKs in unterschiedlichem Maße eine Kompensation im Sinne einer Repolarisationsreserve bereit.

In der vorliegenden Arbeit wurden erstmals Vertreter der Chaperoninklassen I und II (MmGroEL/MmGroES und MmThs/MmPfd) eines Archaeon untersucht. Das Chaperonin MmGroEL und sein Kofaktor MmGroES aus Methanosarcina mazei sind oligomere Komplexe, die jeweils aus identischen Untereinheiten aufgebaut sind. MmGroEL ist ein Homotetradecamer mit einer heptameren Doppelringstruktur. MmGroEL zeigt die für Chaperone typische Eigenschaft indem es ungefaltetes Substratprotein bindet und eine Aggregatbildung verhindert. Eine effiziente ATP-abhängige Rückfaltung denaturierter Proteine im Zusammenspiel mit MmGroES durch MmGroEL wird nur unter bestimmten Bedingungen vermittelt. Die Ergebnisse belegen, dass Ammoniumsulfat im Falle für das Modellsubstrat Malat-Dehydrogenase unerlässlich für den funktionellen Ablauf der Reaktivierung ist. Zwar kommt es auch in Abwesenheit von diesem Salz zu einer Faltung, wie dies im Falle des monomeren Substrates Rhodanese nachgewiesen werden konnte. Jedoch bewirkt im Fall der Malat-Dehydrogenase nur eine Zugabe von Ammoniumsulfat die mechanistisch notwendige Einschließung des Substrates in die cis-Kavität des GroEL. Das Gruppe II Chaperonin MmThs ist ein aus drei Untereinheiten bestehender hochmolekularer Komplex. Durch Immunpräzipitationen konnte nachgewiesen werden, dass im endogenen MmThs die Ths-Untereinheiten in einem Verhältnis von 2:1:1 (α:β:γ) vorliegen. Der MmThs Kofaktor MmPfd ist ein hochmolekularer Chaperon-Komplex mit einer heteromeren Untereinheiten-Zusammensetzung von α2β4, ohne jedoch eine ATP Hydrolyseaktivität aufzuweisen. MmPfd hat die für Chaperone typische Eigenschaft der Aggregationsprävention denaturierter Proteine und stabilisiert sie in einen faltungskompetenten Zustand. MmPfd ist zudem in der Lage denaturierte Proteine an MmThs und MmGroEL weiterzugeben.

Sicherlich steht mit der zweidimensionalen Echokardiographie zur Zeit ein diagnostisches Verfahren zur Verfügung, mit dem alle Arten von Ventrikelseptumdefekten sehr präzise dargestellt werden können und das für das gegenwärtige medizinische und chirurgische Management dieser Gruppe von Herzfehlern ausreicht Die in dieser Arbeit erläuterten dreidimensionalen Darstellungen der verschiedenen Typen von Ventrikelseptumdefekten bieten allerdings eine Reihe von Lösungen für einige Probleme der zweidimensionalen Echokardiographie bei der Darstellung von Ventrikelseptumdefekten. Es liegt auf der Hand, dass eine komplexe dreidimensionale Struktur wie das interventrikuläre Septum mit seinen verschiedenen Untereinheiten nicht vollständig in einem zweidimensionalen Schnittbild erfasst werden kann. Das Septum erscheint in den zweidimensionalen Schnittbildern als homogene Struktur- die morphologische Unterscheidung in die verschiedenen Untereinheiten gelingt nicht. Die Generierung einer Vielzahl von Schnittebenen ist nötig, die dann im Kopf des Untersuchers oder Betrachters zu einem virtuellen dreidimensionalen Bild zusammengesetzt werden müssen. Wenn der größte Durchmesser des Defektes nicht in einer der zur Verfügung stehenden Schnittebenen liegt, kann die Defektgröße zudem unterschätzt werden. Die in dieser Arbeit angewandte dreidimensionale Darstellung kommt pro Patient mit Ventrikelseptumdefekt hingegen nur mit zwei Abbildungen des Defektes aus- der Aufblick auf die Oberfläche des interventrikulären Septums von der rechts- und der linksventrikulären Seite, die jeweils die Form des Defektes und seinen gesamten Umfang zeigen. Durch Optimierung der Methodik wurde eine sehr wirklichkeitsgetreue Darstellung erreicht, wie der Vergleich mit pathologischen Präparaten und dem intraoperativen Situs zeigt. Beispielsweise erfolgte die Akquisition aller gezeigten dreidimensionalen Darstellungen ausschließlich transthorakal über das subkostale Schallfenster. Die Diagnosestellung ist also nicht von einer Vielzahl verschiedener Schnittebenen abhängig, von denen je nach individuellen anatomischen Verhältnissen auch nicht immer jede verfügbar ist. Der subkostale Zugangsweg ist im Kindesalter hingegen leicht einzustellen und nicht durch Strukturen der Thoraxwand eingeengt. Durch Verbesserung der Akquisitionsbedingungen und optimale Kombination der zur Verfügung stehenden 3-D Algorithmen wurden die offline- Nachbearbeitung der Rohdatensätze optimiert. Bei allen Arten von Ventrikelseptumdefekten war die akkurate dreidimensionale Darstellung möglich, es zeigte sich ein zusätzlicher Informationsgewinn im Vergleich zur 2-D Echokardiographie bei 73% der akquirierten Datensätze. Eine dreidimensionalen Darstellung genügt, um den Defekt einer der Untereinheiten des Ventrikelseptums zuzuordnen. Durch die Analyse seiner Beziehung zu den benachbarten Strukturen des Septums in der gleichen Darstellung konnten die Defekte noch detaillierter beschrieben werden. Die Vorteile der dreidimensionalen Darstellung von Ventrikelseptumdefekten liegt in der Verbesserung der Kommunikation zwischen den Klinikern und der besseren Planbarkeit interventioneller und operativer Eingriffe. Alle nicht operativ tätigen Ärzte bekommen durch die dreidimensionale Echokardiographie Einblicke in das Herz wie sie nur der Herzchirurg oder der Pathologe hat. Die Darstellung des gesamten Defektes in einem Bild macht zusätzlich die Unter- oder Überschätzung der Defektgröße unwahrscheinlicher. Die Nachteile der dreidimensionalen Echokardiographie liegen in ihrem hohen logistischen und zeitlichen Aufwand. In dieser Arbeit zeigte sich die Notwendigkeit zur Sedierung der pädiatrischen Patienten. Im Vergleich zur online generierten zweidimensionalen Echokardiographie bedeutete dies einen höheren logistischen Aufwand. Der zeitliche Aufwand der offline erfolgende Bearbeitung der gewonnenen Daten variiert sehr je nach Qualität des aufgenommenen Datensatzes und der vorliegenden Anatomie. Hinzu kommt die Akquisitionszeit von durchschnittlich 2- 5 Minuten hinzu, sodass ein zeitlicher und logistischer Mehraufwand im Vergleich zur zweidimensionalen Echokardiographie vorliegt. Dies verhinderte bislang den routinemäßigen Einsatz der dreidimensionalen Echokardiographie. Mit der Real- Time 3-D Echokardiographie steht allerdings seit kurzem ein Verfahren zur Verfügung, dass dreidimensionale Bilder online liefert und dem Nachteil des zeitlichen und organisatorischen Mehraufwandes stark limitieren wird. Dies zeigen erste Erfahrungen auf diesem Gebiet.

Proteine leisten den entscheidenden Beitrag zur Struktur und Funktion der Zellen aller Lebewesen.Vieles spricht daher für eine Betrachtung des Proteoms oder einer Teilmenge davon (Subproteom), um den Zustand lebender Zellen zu beschreiben. Mit optimierten und neuen Methoden wurde das regulatorische Netzwerk, welches auf der Ebene der Trankription die Expression von Proteinen entscheidend mitbestimmt, genauer betrachtet. Hierzu wurden Zellfraktionierungsprotokolle optimiert, um die Proteine des Zellkerns und des Chromatins anzureichern und in nachfolgenden Analysen verwenden zu können. Es wurden Antikörper gegen verbreitete, funktional relevante Peptidmotive generiert. Aufbauend auf dem Konzept der Motivantikörper wurde eine Färbemethode für Zellkernproteine mit Kernlokalisationssignal entwickelt. Schließlich wurde mit den Methoden der Zellfraktionierung und spezifischeren Antikörpertechniken eine Analyse des humanen Mediator-Komplexes der RNA Polymerase II unternommen, die zur Entdeckung neuer Untereinheiten, potentiell interagierender Proteine und Phosphorylierungen im Komplex führte.

Die Biogenese von Mitochondrien erfordert den Import von Präproteinen aus dem Cytosol in die mitochondrialen Subkompartimente. Der TIM23-Komplex der mitochondrialen Innenmembran ist für die Translokation von Präproteinen über die Innenmembran verantwortlich und vermittelt darüber hinaus die Insertion von Proteinen in die Innenmembran. Tim23 weist zwei funktionell unterscheidbare Domänen auf: Eine N-terminale hydrophile Rezeptordomäne im Intermembranraum und einen hydrophoben C-terminalen Bereich. Das phylogenetisch verwandte Tim17 ist ein sehr hydrophobes Protein, welches vier Transmembrandomänen ausbildet, die von zwei kurzen Enden im Intermembranraum flankiert werden. Die hydrophoben Bereiche von Tim17 und Tim23 bilden vermutlich den kanalbildenden Teil der Translokase. In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktion von Tim17 bei der Translokation von Präproteinen über die Innenmembran untersucht. Es konnte eine kurze N-terminale Sequenz von 11 Aminosäureresten identifiziert werden, welche für die Funktionalität der TIM23-Translokase essentiell ist. Die Deletion dieser Sequenz beeinflusst die Integrität der bekannten Untereinheiten der TIM23-Translokase nicht, führt jedoch zu einer starken Beeinträchtigung der Translokation von Präproteinen über die mitochondriale Innenmembran. Durch gezielte Alanin-Punktmutagenese konnten zwei konservierte Aspartatreste in der Tim17-Sequenz identifiziert werden, welche für den Translokationsdefekt verantwortlich sind. Die Analyse weiterer Mutanten in Tim17 mit einzelnen oder wechselseitig ausgetauschten geladenen Aminosäureresten im Intermembranraum legen nahe, dass die konservierten negativen Ladungen in Tim17 mit den positiv geladenen Präsequenzen interagieren und dadurch die Translokation von Präproteinen durch den TIM23-Komplex regulieren. Diese Ergebnisse geben einen Einblick in eine Präprotein-abhängige Regulation der TIM23-Translokase über ein mögliches "Öffnen" und "Schließen" des Translokationskanals via Tim17. Die meisten Proteine der mitochondrialen Innenmembran, die als Präproteine mit mitochondrialen Präsequenzen im Cytosol synthetisiert werden, erreichen die Innenmembran auf einem von zwei alternativen Sortierungswegen: Dem "Stop-Transfer-Weg", auf dem Präproteine während der Translokation durch den TIM23-Komplex arretiert und lateral in die Innenmembran inseriert werden und dem Weg der "Konservativen Sortierung", auf dem die Proteine über Intermediate in der mitochondrialen Matrix in die Innenmembran inseriert werden. Folglich müssen diese Proteine entsprechende Sortierungssignale aufweisen, die entweder die laterale Membraninsertion (Stop-Transfer-Proteine) oder die die Translokation in die Matrix (konservativ sortierte Proteine) durch die TIM23-Translokase vermitteln. Das Sortierungsverhalten von mitochondrialen Innenmembranproteinen mit N-terminalen Präsequenzen, die zunächst für die initiale Translokation des N-Terminus der Proteine sorgen, wird von den Transmembrandomänen bestimmt. Um den Einfluss der Transmembrandomänen auf den Sortierungsweg zu untersuchen, wurden die entsprechenden Domänen von Stop-Transfer sortierten Proteinen und konservativ sortierten Proteinen wechselseitig ausgetauscht. In den chimären Proteinen bestimmten jeweils die eingeführten Transmembrandomänen das Sortierungsverhalten. Eine Untersuchung dieser Transmembrandomänen zeigte zwei systematische Unterschiede: Transmembrandomänen, die die konservative Sortierung vermitteln, weisen eine zumeist moderate Hydrophobizität auf und enthalten zumeist Prolinreste. Dagegen sind Stop-Transfer vermittelnde Transmembrandomänen typischerweise stärker hydrophob und frei von Prolinresten. Die Einführung von Prolinresten in die Transmembrandomänen von ursprünglich Stop-Transfer sortierten Proteinen führte zu deren Translokation in die Matrix. Umgekehrt führte die Mutagenese von Prolinresten in Transmembrandomänen ursprünglich konservativ sortierter Proteine zu deren Arretierung in der Innenmembran. Die Anwesenheit von Prolinresten in den Transmembrandomänen bestimmt demnach den Sortierungsweg dieser Innenmembranproteine. Zukünftige Studien werden zeigen, wie diese Sortierungssignale, welche eventuell eine von Prolinresten gebrochene hydrophobe Helix darstellen, von der TIM23-Translokase erkannt und entsprechend umgesetzt werden. Die Bedeutung von Prolinresten in Transmembrandomänen von konservativ sortierten Proteinen konnte durch Mutagenese sowohl in vitro als auch in vivo gezeigt werden. Diese Erkenntnis sollte sowohl in Vorhersagen von Proteinsortierungswegen als auch bei der zukünftigen Entwicklung mitochondrialer Proteine für gentherapeutische Ansätze zur Behandlung mitochondrialer Erkrankungen berücksichtigt werden.

Cyclic nucleotide-gated (CNG) channels are important mediators in the transduction pathways of rod and cone photoreceptors and olfactory receptor neurons. Native CNG channels are composed of homologous A and B subunits. In heterologous expression systems, B subunits alone cannot form functional CNG channels, but they confer a number of channel properties when coexpressed with A subunits. To investigate the importance of the CNGB subunits in vivo, we deleted the CNGB1 gene in mice by gene targeting and homologous recombination. In the absence of CNGB1 in the rods, only trace amounts of the CNGA1 subunit were found in the rod outer segment. In electroretinograms (ERGs) CNGB1 KO-mice showed no rod-mediated responses. The rods also showed a slow-progressing degeneration caused by apoptotic death and concurred by retinal gliosis. Cones were primarily unaffected, but they started to degenerate after 6 months. At the age of about one year, CNGB1 KO-animals were lacking both rods and cones. Our results show that CNGB1 is a crucial determinant of native CNG channel targeting. As a result of the lack of rod CNG channels, CNGB1 KO-mice develop a retinal degeneration that resembles human retinitis pigmentosa.

Die Polymerisation von monomerem G-Aktin zu filamentösem F-Aktin, die Organisation von Aktin-Filamenten zu spezifischen Zytoskelettstrukturen, sowie die F-Aktin Depolymerisation stellen in ihrem dynamischen Zusammenspiel die Triebkraft vieler zellulärer Bewegungsvorgänge dar. Dies sind u.a. Zell-Polarisation, Zell-Migration, Zell-Teilung, Zell-Zell-Interaktionen, Phagozytose und intrazellulärer Vesikeltransport. Das Verständnis der molekularen Grundlagen der Aktin Organisation hat 1999 einen entscheidenden Fortschritt gemacht: damals wurde entdeckt, dass der sieben Untereinheiten umfassende Arp2/3 Komplex nach Aktivierung durch Proteine der Wiskott-Aldrich Syndrom Protein- (WASp-) Familie Aktin-Filamente de novo polymerisieren kann. Die Experimente für diese Dissertationsarbeit hatten zum Ziel, den Mechanismus der WASp-abhängigen Aktin Nukleation in vitro und in humanen Makrophagen genauer zu untersuchen. Einerseits sollten die Regionen von WASp genauer charakterisiert werden, die für die Aktivierung des Arp2/3 Komplexes verantwortlich sind. Andererseits sollte die Bedeutung von WASp und Arp2/3 Komplex bei der Aktin Nukleation in spezialisierten Adhäsionsstrukturen von Makrophagen, sogenannten Podosomen, geklärt werden. Podosomen sind essentiell für Adhäsion, Migration und vermutlich auch Gewebeinvasion von Makrophagen und ihnen verwandten Zellarten, aber sie finden sich auch in einer Vielzahl weiterer Zelltypen einschließlich metastasierender Tumorzellen. Die Bedeutung von Podosomen wird dadurch verdeutlicht, dass ihr Fehlen bei unter Wiskott-Aldrich Syndrom leidenden Patienten mit klinisch relevanten Immundefekten assoziiert ist. Zur Identifizierung der für die Aktin Nukleation minimal notwendigen WASp Regionen wurden verschiedene GST-Fusionskonstrukte der konstitutiv aktiven VCA (“Verprolin-like“, “Central“, “Acidic“) Domäne hergestellt. Durch Anisotropie Messungen und in GST-“Pulldown“ Versuchen wurde die Bindung von Arp2/3 Komplex und G-Aktin an die verschiedenen Konstrukte in vitro bestimmt. In einem zweiten Schritt wurde getestet, welche Regionen für die Arp2/3 Komplex Aktivierung notwendig sind. Dabei wurde GST-VC als die minimal notwendige Region für die Aktivierung der Aktin Nukleation identifiziert. Durch mikroskopische Analyse von in vitro nukleierten Aktin-Filamenten stellten wir fest, dass der durch GST-VC aktivierte Arp2/3 Komplex auch zur Ausbildung von Aktin-Filament Verzweigungen fähig ist. Die zellulären Effekte der VCA Konstrukte wurden mittels Mikroinjektion in primäre humane Makrophagen untersucht. Aktive Konstrukte führten zum Auftreten von prominenten Aktin-Aggregaten im Zytoplasma und zur Zerstörung von Podosomen. Auch hierbei war GST-VC das kürzeste Konstrukt, das vermutlich durch Aktivierung von zellulärem Arp2/3 Komplex, zur Zunahme des Gehaltes an intrazellulärem polymerisiertem Aktin führte. Obwohl die WASp-A Region als hochaffine Arp2/3 Komplex Bindungsstelle beschrieben worden war (Machesky und Insall, 1998), ist sie für die Arp2/3 Komplex Aktivierung nicht essentiell. Durch Koinjektion von WASp-A oder N-WASP-A mit aktiven GTPasen konnte ein erster experimenteller Hinweise für eine “Priming“- (Sensibilisierungs-) Funktion der A Region am Arp2/3 Komplex gefunden werden. Bei der Untersuchung der Aktin Nukleation und Organisation in Podosomen zeigte sich ein enger funktioneller Zusammenhang zwischen Aktin- und Tubulin-Zytoskelett. So konnte durch Depolymerisierung der Mikrotubuli in adhärierenden Monozyten die Ausbildung von Podosomen verhindert werden. Da bekannt war, dass WASp über seine Polyprolin Domäne an CIP4 (“CDC42 Interacting Protein“) bindet und dieses wiederum mit Mikrotubuli assoziiert, wurde der Einfluss der isolierten WASp-Polyprolin Domäne, aber auch von CIP4 Deletions-Konstrukten, denen entweder die Mikrotubuli oder WASp Bindungsstelle fehlten, auf die Podosomen-Ausbildung untersucht. Einem auf den so erhaltenen Ergebnissen basierendem Modell zufolge könnte WASp durch CIP4 an Mikrotubuli rekrutiert und anschließend via Mikrotubuli an Orte der Podosomen-Bildung transportiert werden. Dort könnte WASp dann zur Aktivierung von Arp2/3 Komplex und zur Nukleation von neuen Aktin-Filamenten führen.

Myosine sind molekulare Motoren, die an einer Vielzahl von zellulären Prozessen wie Bewegung, Zellteilung oder Polarität beteiligt sind. Ihr Grundaufbau gliedert sich in Motordomäne, Hals- und Schwanzdomäne. Der Motor interagiert ATP-abhängig mit dem Aktinzytoskelett und ist die krafterzeugende Komponente. Vergleicht man die verschiedenen Myosine miteinander, zeigt der Kopfbereich die höchste Konservierung. An den Motor schliesst sich der Halsbereich an, der die Bindestellen für regulatorische Untereinheiten wie z.B. Calmodulin beinhaltet. Der Schwanzbereich dient zum einem der Interaktion mit der transportierten Fracht und zum anderen der Dimerisierung oder Organisation in Filamente. In der Hefe Saccharomyces cerevisiae findet man fünf Myosine aus drei verschiedenen Klassen. Myo1p ist das einzige Klasse II Myosinund gehört zu den muskelähnlichen Myosinen, die sich in Filamenten organisieren. Myo2p und Myo4p gehören zu den Klasse V Myosinen und vermitteln Prozesse wie Vesikel-Transport, mRNALokalisation und Vererbung von Organellen und Endoplasmatischen Retikulum. Es wird vermutet, dass sie Dimere bilden, die als prozessive Motoren, also eigenständig, durch die Zelle wandern und so ihre Fracht an den Ort ihrer Bestimmung bringen. Myo3p und Myo5p sind in ihrer Funktion redundant und vermitteln als Klasse I Myosine die Endozytose, sowie die Integrität und Polarität des kortikalen Aktinzytoskeletts. Sie liegen als Monomere vor und interagieren über spezifische Domänen in ihren Schwanzbereich mit einer Vielzahl von Proteinen wie z.B. Verprolin oder Komponenten des Arp2/3-Komplexes. Die rekombinante Expression von Myosinen stellt sich als sehr problematisch dar, da sich die Motordomäne nicht spontan in eine funktionelle Konformation falten kann. Verschiedene Publikationen deuten daraufhin, dass für die Faltung dieser Multidomänenstruktur die UCS-Proteine notwendig sind. UCS leitet sich von den Namen der zuerst identifizierten Mitglieder ab (UNC-45 aus C. elegans, Cro1p aus P. anserina und She4p aus S. cerevisiae), welche lediglich die C-terminale UCS-Domäne gemeinsam haben. Für UNC-45 konnte bereits gezeigt werden, das es über die UCS-Domäne mit der Motordomäne von Muskelmyosin interagiert und als Chaperon dessen thermale Aggregation verhindert. Ausserdem interagiert UNC-45 über eine N-terminale TPR-Domäne mit Hsp90 und über den zentralen Bereich mit Hsp70. Im Rahmen meiner Arbeit wurde der Einfluss von She4p auf die Funktion der Myosine untersucht. Es wurde gezeigt, dass She4p über die UCS-Domäne mit der Motordomäne von Klasse I und Klasse V Myosinen interagiertund somit die Lokalisation von Myo3p, Myo4p und Myo5p ermöglicht. Mit Hilfe eines Aktin Pelleting Assays konnte gezeigt werden, dass die Misslokalisation der Klasse I Myosine im she4! Hintergrund durch einen Defekt in der Aktinbindedomäne im Motorbereich verursacht wird. Die Spezifität von She4p für verschiedene Myosinklassen spiegelt sich in der zellulären Verteilung des Proteins wieder. Das UCS-Protein wird Myo2p-abhängig in die Knospenspitze transportiert, um dort die Interaktion zwischen Klasse I Myosinen und dem Aktinzytoskelett zu vermitteln. Im Gegensatz dazu benötigt Myo4p lediglich funktionelles She4p innerhalb der Zelle, da dieses Myosin durch Mutter- und Tochterzelle wandert und somit seinen Regulator überall benötigt. Die Tatsache, ob She4p wie UNC-45 als Chaperon an der Faltung der Motordomäne beteiligt ist, ist weiterhin unklar. Es konnte jedoch in einem Pulldown Experiment und einer Immunpräzipitation eine Interaktion zwischen She4p und Hsp90 festgestellt werden. Es ist daher durchaus möglich, dass She4p als Kochaperon das Hsp90 System zum Myosin rekrutiert, damit die Motordomäne in eine funktionelle Konformation gefaltet wird. Neben der zytoplasmatischen Funktion von She4p scheint es noch eine nukleäre zu geben, da im Pulldown Experiment zahlreiche Proteine gefunden wurden, die Teil des Processosomes der kleinen ribosomalen Untereinheit sind und im Nucleolus lokalisieren. Die Funktion von She4p in diesem Prozess ist noch unbekannt.

Die kongenitalen myasthenen Syndrome (CMS) bilden klinisch und pathogenetisch eine heterogene Gruppe von relativ seltenen hereditären Erkrankungen des Kindesalters. Sie werden durch unterschiedliche genetische Defekte im Bereich der neuromuskulären Endplatte verursacht und manifestieren sich mit variabler Symptomatik, bei der eine belastungs- und tageszeitabhängige Muskelschwäche das herausragende Kennzeichen ist. Man unterscheidet synaptische, prä- und postsynaptische CMS-Formen. Während der letzten Jahre hat sich gezeigt, dass die postsynaptischen Störungen bei weitem überwiegen, vor allem solche, bei denen die Mutationen in den Untereinheiten des Azetylcholinrezeptor (AChR) liegen. Dabei haben sich vor allem Mutationen im Gen, das für die Epsilon (e) -Untereinheit des AChR kodiert, als besonders häufig erwiesen. Der Hauptschwerpunkt dieser Arbeit lag deshalb auf der genauen Untersuchung des Gens kodierend für die e-Untereinheit bei unseren CMS-Patienten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden 86 CMS-Patienten aus 71 nicht-verwandten Familien mit Hilfe eines Fragebogens rekrutiert und anschließend molekulargenetisch untersucht. Unter den 71 CMS-Familien waren 21 Familien, die aus Deutschland stammten, und 50 Familien nicht-deutscher Abstammung. Alle Patienten zeigten typische CMS-Symptome. Die zwölf Exons des Gens der e-Untereinheit des AChR einschließlich der Spleiß-Donor- und Spleiß-Akzeptor-Sequenzen sowie die Promotorregion wurden sequenziert. Bei 40 der 86 CMS-Patienten wurden unterschiedliche Frameshift-Mutationen entdeckt, die zu einer verminderten Expression des AChR führen. Die Frameshift-Mutation e1267delG wurde bei 33 Patienten aus 26 nicht-verwandten Familien entdeckt. Alle e1267delG-Patienten stammen aus der Volksgruppe der Roma oder kommen aus südosteuropäischen Ländern. Die Mutation e1267delG wurde bei 58% (26/45) der CMS-Familien, die nicht-deutscher Abstammung sind, gefunden im Vergleich zu 0% (0/26) der Familien mit deutscher Abstammung. Bei sechs CMS-Patienten zeigten sich Spleiß-Mutationen, deren Pathogenität aus Muskel-RNA bewiesen wurde. Bei zwei Patienten konnten Promotormutationen nachgewiesen werden, die ebenfalls zu einer beeinträchtigten AChR-Expression führen. Bei sechs Patienten fanden sich Missense-Mutationen, die nicht vorbeschrieben sind und deren pathophysiologische Konsequenzen noch geklärt werden müssen. Bei 36 CMS-Patienten aus unserer 86 CMS-Patienten umfassenden Population konnten keine Mutationen im Gen der e-Untereinheit des AChR gefunden werden. Mutationen anderer Gene könnten verantwortlich sein für CMS bei diesen Patienten. Die Mutations-suche in diesen Genen könnte, zumindest in geeigneten Familien mit mehreren betroffenen und nicht betroffenen Mitgliedern, mittels begrenzter Kopplungsanalyse durch Ausschluss oder nähere Eingrenzung einzelner Genloci vereinfacht werden. Wir finden bei Patienten mit Mutationen im e-Gen des AChR häufiger eine Ptose, eine Ophthalmoparese, ein als generalisiertes oder als bulbär und fazial beschriebenes Krankheitsbild, ein Dekrement, einen gutartigen Verlauf, sowie eine Krankheits-manifestion vor Vollendung des zweiten Lebensjahres. Krisenhafte Verschlechterungen findet man dagegen häufiger bei CMS-Patienten, die keine Mutationen im e-Gen haben. Mutationen im CHAT-Gen könnten dafür verantwortlich sein. Da CMS durch verschiedene strukturelle oder funktionelle Abnormalitäten an der Synapse bedingt sind, ist eine präzise elektrophysiologische und/oder genetische Klassifikation der CMS wichtig für Patienten. Genetische Beratung und pränatale Diagnostik können nur durchgeführt werden, wenn eine exakte Diagnostik auf molekularer Ebene verfügbar ist. Außerdem hat die exakte Klassifizierung kongenitaler myasthener Syndrome für die betroffenen Patienten große Bedeutung, da sich daraus unterschiedliche Konsequenzen hinsichtlich Prognose, Vererbbarkeit und Behandlungs-möglichkeiten ergeben. Die Analyse ursächlicher genetischer Defekte wird die Grundlage für eine sichere und verlässliche Einordnung von CMS bilden und möglicherweise die bisher erforderlichen invasiven Verfahren ablösen. Darüber hinaus sind durch die genaue Kenntnis des ursächlichen Defektes und der patho-physiologischen Zusammenhänge in Zukunft auch neue Therapiemöglichkeiten für CMS-Patienten zu erwarten.

Mon, 27 Oct 2003 12:00:00 +0100 https://edoc.ub.uni-muenchen.de/1554/ https://edoc.ub.uni-muenchen.de/1554/1/Raeder_Hanna.pdf Räder, Hanna

Die Fusion von Mitochondrien und deren Membranen ist ein Prozess, der für die Aufrechterhaltung der Mitochondrienmorphologie essentiell ist. Da Mitochondrien von zwei verschiedenen Membranen begrenzt werden, müssen dabei insgesamt vier Membranen auf koordinierte Weise miteinander verschmelzen. Fzo1 ist eine zentrale Komponente der mitochondrialen Fusionsmaschinerie in der Außenmembran. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte untersucht werden, ob Fzo1 die Fusion der Außenmembranen mit der Fusion der Innenmembranen koordiniert. Darüber hinaus sollten neue Komponenten identifiziert werden, die für die Fusion von Mitochondrien wichtig sind. Fzo1 besitzt zwei Transmembrandomänen, welche die Außenmembran durchqueren. Es exponiert sowohl den Amino- als auch den Carboxyterminus ins Cytosol. Ein kurzes Segment im Intermembranraum ist für die Lokalisation von Fzo1 in Kontaktstellen zwischen Außen- und Innenmembran verantwortlich. Mutationen in diesem Segment führen zum Verlust der Assoziation von Fzo1 mit der Innenmembran und zum Verlust der Funktion des Proteins. Diese Beobachtungen bilden die Grundlage für ein Modell, in dem die Fusionsmaschinerie Kontakte zwischen den beiden Membranen ausbildet und so die koordinierte Fusion der vier mitochondrialen Membranen vermittelt. Mdm30 ist eine neue Komponente, die für die Fusion von Mitochondrien benötigt wird. Mdm30 besitzt ein F-Box-Motiv. Dieses Motiv findet sich in Untereinheiten von SCF-Komplexen, einer vielseitigen Klasse von Ubiquitin-Ligasen. Δmdm30-Mutanten haben fragmentierte und aggregierte Mitochondrien. Die Mitochondrien der Δmdm30-Zellen können nur fusionieren, wenn gleichzeitig die Teilung von Mitochondrien blockiert wird. Durch die Deletion des MDM30-Gens kommt es bei erhöhten Temperaturen zum Verlust der mitochondrialen DNA. Mdm30 bestimmt die Struktur der Mitochondrien, indem es die Fzo1-Proteinmenge reguliert.

[NiFe]-Hydrogenasen sind weitverbreitete Enzyme, deren große Untereinheiten ein Metallzentrum enthalten, welches aus einem Nickel- und einem mit drei niedermolekularen Liganden, einem CO und zwei CN, koordinierten Eisenatom besteht. Nach Expression der sie kodierenden Gene durchlaufen die großen Untereinheiten einen komplexen posttranslationalen Reifungsprozess, in dessen Verlauf das [NiFe]-Zentrum schließlich assembliert wird. Der letzte Schritt der Reifungskaskade besteht in der proteolytischen Entfernung eines C-terminalen Peptids durch eine spezifische Reifungsprotease, was das Metallzentrum ins Innere des Proteins bringt. Diese besitzt eine Metallbindestelle, die von drei konservierten Resten ausgebildet wird. Ziel dieser Arbeit war es den Katalysemechanismus dieser Proteasen aufzuklären und Reste bzw. Motive oder Bereiche im Substratprotein und in der Protease ausfindig zu machen, die an der Substratbindung beteiligt sind. Im Rahmen dieses Unterfangens konnten folgende Ergebnisse erzielt werden: 1. Die Metallbindestelle der spezifischen Reifungsprotease dient zur Erkennung des Nickels im Vorläuferprotein der großen Untereinheit und stellt gleichzeitig auch das aktive Zentrum des Enzyms dar. 2. Der N-terminale Rest der Schnittstellenregion spielt keine Rolle für die Prozessierung durch die Protease; seine Funktion liegt im Protonentransfer von und zum aktiven Zentrum. 3. Der C-terminale Schnittstellenrest wirkt als „Hebel“, der den C-Terminus in der richtigen Position hält und damit die korrekte Faltung des Proteins sicherstellt. Diese ist Voraussetzung für die Substraterkennung durch die Protease, die damit konformationsabhängig ist. 4. Die Deletion der letzten 26 Aminosäuren des C-Terminus von HycE resultiert in einer unlöslichen Varianten, die nur noch in der Membranfraktion zu finden ist. Dabei unterliegt diese Variante ebenfalls einem raschen Abbau, der auf eine Konformationsänderung hindeutet. 5. HycH scheint die vorzeitige Bindung von HycG, der kleinen Untereinheit der Hydrogenase 3, an HycE, der großen Untereinheit der Hydrogenase 3, zu verhindern. Mit Hilfe der erhaltenen Ergebnisse konnten zwei mögliche Katalysemechanismen für die Reifungsproteasen postuliert werden. Desweiteren konnte eine potentielle Rolle des C-Terminus in der Substraterkennung durch die Protease dargestellt werden und schließlich auf eine mögliche Funktion des HycH-Proteins hingewiesen werden.

Die regulatorischen Fähigkeiten des RNS-Bindeproteins CHLAMY 1 aus C. reinhardtii wurden unter Verwendung eines chimären Reporterkonstruktes überprüft. Hierdurch konnte gezeigt werden, dass ein in CHLAMY 1- angereichertes Proteingemisch die Translation dieses Reporterkonstruktes in einem zellfreien System um durchschnittlich 14,56 % reprimieren konnte. Durch eine Molekularmassenbestimmung unter nativen und denaturierenden Bedingungen wurde der Aufbau von CHLAMY 1 aus mehreren Untereinheiten gezeigt. Der native Komplex hat eine Größe von ca. 160 kDa und besteht, ausgehend von den in dieser Arbeit durchgeführten Experimenten unter denaturierenden Bedingungen, aus den drei Untereinheiten C1 bis C3. Die Aufreinigung von CHLAMY 1 wurde in drei Schritten ausgeführt: (a) Herstellung eines Rohextraktes, (b) Durchführung einer 0,5-1 M AS-Fällung und (c) Ausführung einer spezifischen RNS-Affinitätschromatographie. Es konnten dadurch drei für CHLAMY 1 spezifische Proteine mit den Molekularmassen 60, 50 und 44 kDa aufgereinigt werden. Durch eine Peptid-Sequenzierung wurden insgesamt neun Peptide mit einer Länge von bis zu 24 Aminosäuren sequenziert. Hierbei wurde ein Peptid identifiziert, das Bestandteil der zwei Untereinheiten C1 und C2 ist. In Western Blot-Analysen mit C. reinhardtii-Rohextrakten und Peptid- Antikörpern wurde die Abundanz der CHLAMY 1-Untereinheiten über einen Tag-Nacht-Verlauf bestimmt. Die Untereinheit C1 (60 kDa) scheint konstitutiv exprimiert zu werden, wohingegen die Expression von C3 (44 kDa) von der inneren Uhr kontrolliert zu sein scheint. Durch die Sichtung einer Expressions-Genbank aus C. reinhardtii mit Peptid- Antikörpern wurden zwei für CHLAMY 1 kodierende cDNS-Fragmente isoliert und durch EST-Klone aus dem Sequenzierungsprojekt von C. reinhardtii Richtung 5’-Ende verlängert. Alle Peptide der Untereinheiten C1 und C2 konnten in einer cDNS identifiziert werden, deren ORF für ein Protein von 51,73 kDa kodiert. Für die Untereinheit C3 wurde ein ORF identifiziert, der für ein Protein der Molekularmasse 45,00 kDa kodiert. In allen Proteinen wurden Regionen für mögliche posttranslationale Modifikationen identifiziert. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass „UG“-Bindeproteine auch in anderen Organismen vorkommen. CHLAMY 1 kann spezifisch an die 16 „UG“-Wiederholungen in der 3’-NTR der regA-mRNS aus V. carteri binden. In dieser Kugelalge wurde außerdem ein RNS-Bindeprotein (VOLVO 1) identifiziert, das spezifisch an diese „UG“-haltige Region bindet. Im Pilz N. crassa konnte ein CHLAMY 1 analoges Protein identifiziert werden (CRASSA 1), das an die sieben „UG“-Wiederholungen in der 3’-NTR von gs2wt aus C. reinhardtii binden kann. Die Bindeaktivität in einem Tag-Nacht-Verlauf scheint von der circadianen Uhr gesteuert zu werden.

Der isolierte 3-Methylcrotonyl-CoA: Carboxylase (MCC) Mangel ist eine angeborene Störung im Abbau der Aminosäure Leucin. Es sind sowohl bis ins Erwachsenenalter asymptomatische als auch frühe letale Verläufe beschrieben. Die Ursachen des variablen Phänotyps sind nicht verstanden. Das Enzym ist zusammengesetzt aus α- und β - Untereinheiten. Die kodierenden humanen Gene MCCA und MCCB wurden kürzlich in unserer Arbeitsgruppe kloniert. Die Erweiterung des Neugeborenen-Screenings mittels Tandem-Massenspektrometrie in Bayern erbrachte die überraschende Erkenntnis, daß der MCC Mangel wahrscheinlich die häufigste organische Azidämie (etwa 1 : 40 000) darstellt und asymptomatische Mutationsträger existieren. Über Risiko und Prognose dieser metabolischen Störung ist derzeit noch keine Aussage möglich. In dieser Arbeit sollte daher eine Methode zur molekulargenetischen Charakterisierung von Patienten mit MCC Mangel etabliert werden, um den prognostischen Wert des Genotyps studieren und damit die Beratung und Betreuung der betroffenen Familien verbessern zu können. Es wurden 3 asymptomatische Patienten aus dem Neugeborenenscreening sowie ein Patient, der mit cerebralen Krampfanfällen aufgefallen war, untersucht. Die Diagnose war bei allen Patienten durch Bestimmung der typischen Metabolite in Urin (3-Hydroxyisovaleriansäure und 3- Methylcrotonylglycin) und Blut (3-Hydroxyisovaleryl-Carnitin) gestellt worden. Für die molekulargenetische Diagnostik des MCC Mangels wurde die Mutationsanalyse auf genomischer und cDNA Ebene für MCCA und MCCB etabliert. Es wurden zwei Patienten mit veränderten Allelen im MCCA- und zwei Patienten mit Mutationen im MCCB-Gen identifiziert. Ein Patient war compound-heterozygot für die Missense-Mutation S535F (1604C>T) und die Nonsense-Mutation V694X (2079delA) im MCCA Gen. Bei einem zweiten Patienten wurde S535F (1604C>T) heterozygot nachgewiesen. Ein Patient mit konsanguinen Eltern war homozygot für die Missense-Mutation S535F (1604C>T). Ein weiterer wies die Missense-Mutation E99Q (295G>C, cDNA: homozygot; gDNA: heterozygot) mit einen Allelverlust auf. In zwei Fällen werden zusätzliche Mutationen in der Promotorregion bzw. in einem Intron angenommen. Für alle gefundenen Mutationen kann von phänotypischer Relevanz ausgegangen werden. Drei davon waren bisher unbekannt und wurden von uns erstbeschrieben. Unsere Ergebnisse bestätigen die Rolle von MCCA und MCCB azielführende Methode zur molekulargenetischen Charkterisierung von Patienten mit MCC Mangel dar und bildet damit die Grundlage für Expressionsstudien und Studien zur Untersuchung der Genotyp-Phänotypkorrelation.ls humane Krankheitsgene. Die hier etablierte Mutationsanalyse stellt eine

Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht die Funktion der Untereinheit e (Sue) der mitochondrialen F1FO-ATP Synthase von Saccharomyces cerevisi-ae. Anhand der Resultate der durchgeführten Experimente wurden folgende Schlussfolgerungen gezogen: (1) Sue ist der Lage, ein Sue-Homodimeres zu bilden. Das Protein spielt eine zentrale Rolle bei der Assemblierung der F1FO-ATP Synthase zu einem stabilen Dimer. Sue-Disruptanten bilden entsprechend kein stabiles ATP Synthase-Dimeres aus. Die C-terminalen 36 Aminosäurereste von Sue, die gegenüber Untereinheiten e aus Säugerzellen zusätzlich vorhanden sind, sind für die Dimerisierung von Sue und der F1FO-ATP Synthase ohne Bedeutung. (2) Zwischen den Untereinheiten e und k, die beide im FO-Sektor der ATP Synthase lokalisiert sind, besteht eine enge räumliche Beziehung. Für die In-teraktion von Sue mit Suk ist der Bereich von Sue, der anderen Untereinheiten e aus Säugerzellen ähnelt, ausreichend. (3) Im Hefegenom wurde ein der Sequenz von Suk nahe verwandtes Le-seraster gefunden. Die Sequenzähnlichkeit auf Aminosäureebene beträgt 45%. Ein entsprechendes hypothetisches Protein wurde als Suk hom bezeichnet. Eine Deletion dieser Sequenz allein oder gemeinsam mit dem Gen für Suk blieb ohne Auswirkungen auf die oxidative Phosphorylierung, die Assemblie-rung der F1FO-ATP Synthase und die Expression von Untereinheiten des FO-Sektors der F1FO-ATP Synthase. (4) Die Dimerisierung der F1FO-ATP Synthase und somit auch die Funkti-on von Sue als Dimerisierungsfaktor erwies sich als essentiell für die Funkti-on weiterer Komponenten der Atmungskette: der Cytochrom c-Oxidase und des Cytochrom bc1-Komplexes. Die Assemblierung der ATP Synthase wirkt sich auf die Aktivitäten der beiden Komponenten des Cytochrom bc1-COX-Suprakomplexes aus. Sie beeinflusst auch deren Assemblierung in den Supra-komplex beziehungsweise seine Stabilität. Die Anwesenheit der Region von Sue, die anderen Untereinheiten e aus Säugetierzellen ähnelt, reicht für die Bildung des Cytochrom bc1-COX-Suprakomplexes aus. Das Dimer der ATPase Synthase ist demzufolge in den Suprakomplex einge-bunden. Allerdings hat der Assemblierungszustand des Cytochrom bc1-COX-Suprakomplexes keinerlei Auswirkungen auf die Assemblierung der ATP Synthase. Dies deutet auf einen hierarchisch ablaufenden Prozeß der Bildung eines Suprakomplexes aus Cytochrom bc1-Komplex, Cytochrom c-Oxidase und F1FO-ATP Synthase hin. Die ATP Synthase nutzt zur Bildung von ATP den elektrochemischen Gra-dienten über die innere Mitochondrienmembran, an dessen Aufbau der Cy-tochrom bc1-Komplex und die Cytochrom c-Oxidase beteiligt sind. Eine Ein-bindung dieser Enzyme in einen Suprakomplex würde eine koordinierte Re-gulation der oxidativen Phosphorylierung ermöglichen. (5) Zwischen der Untereinheit Sue der F1FO-ATP Synthase und der Unter-einheit Cox2 der Cytochrom c-Oxidase konnte eine enge räumliche Bezie-hung nachgewiesen werden. Diese ist von der Funktionalität der F1FO-ATP Synthase abhängig. Anhand der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit konnte somit folgende Erklä-rung für die Funktion der Untereinheit e der mitochondrialen F1FO-ATP Synthase gefunden werden: Sue dient als Dimerisierungsfaktor der F1FO-ATP Synthase. Die Dimerisie-rung von Sue und damit die Dimerisierung der ATP Synthase ist essentiell für die Stabilisierung des Cytochrom bc1-COX-Suprakomplexes und die Funkti-on seiner Komponenten.