Pseudohyperphosphorylation of tau is sufficient to induce aberrant sprouting and activation of ERK1/2 in transgenic mice

Poster presentation: Hyperphosphorylation of tau is a characteristic of Alzheimer's disease (AD). Our group has established a model for tau hyperphosphorylation by mutating 10 residues from Ser/Thr to Glu to simulate the negative charge of phosphorylated residues ("pseudohyperphosphorylated (PHP)-tau"). In order to analyze temporal and spatial effects of hyperphosphorylation of tau in a systemic context, we have established transgenic mouse lines that express human wild-type (wt)- or PHP-tau under the control of the CamKIIalpha-promoter that leads to a forebrain specific moderate expression in neurons, i.e. the region where also tau-pathology in AD is abundant. For the evaluation of tau-induced changes in the transgenic mice, we quantified spine densities in the neocortex and hippocampus of transgenic mice. The spine densitiy was significantly increased in PHP-tau compared to wt-tau expressing mice. It is known that AD is associated with aberrant pre- and postsynaptic sprouting. Axonal sprouting is also observed in transgenic mice expressing mutated amyloid precursor protein (APP), which suggests that Abeta plays a significant role in this process. We deduce from our results, that (pseudo)-hyperphosphorylation of tau is sufficient to induce aberrant sprouting in the absence of Abeta. Analyses whether this sprouting is induced by pre- or postsynaptic changes and if functionally active synapses are formed are in progress. It will be interesting to determine if stabilization of these newly formed synapses slows or – in contrary – accelerates the progression of the disease. Sprouting as observed in our PHP-tau expressing mice is part of neuronal differentiation. One family of enzymes that is involved in cell differentiation are mitogen-acitvated protein kinases (MAPK). Western blot analysis was performed with brain lysates from transgenic mice to check whether PHP-tau induced sprouting is associated with MAPK activation. In fact, we also observed an increased activation of the MAPK ERK1/2 evident by phosphorylation of the residues Thr202 and Tyr204. ERK1/2 is also known to phosphorylate tau at sites characteristic for AD. Our results suggest the presence of a vicious circle by which (pseudo)-hyperphosphorylated tau activates ERK1/2 which in turn phosphorylates tau

Dynamik und Regulation der metabolischen Balance in Escherichia coli K-12: Molekularbiologische Charakterisierung peripherer und artifizieller Regulationsmechanismen des Glukose-Phosphotransferase-Systems

Bakterien wie Escherichia coli sind immer wieder wechselnden Umweltbedingungen und Nährstoffen ausgesetzt. Aus diesem Grund zeigen sie eine starke Regulation des Kohlenstoff-Metabolismus, um stets die am besten geeignete Nährstoffquelle nutzen zu können. Das Glukose-Phosphotransferase-System (PTS) stellt in E.coli das Hauptaufnahmesystem für Glukose dar und unterliegt damit einer besonderen Regulation. Die Untersuchung der Regulation des Glukose-PTS durch das kleine regulatorische Peptid SgrT war ein Hauptaspekt in dieser Arbeit. Das so genannte SgrRST-System wurde bereits von anderen Arbeitsgruppen als verantwortlich für die Regulation der Expression und Aktivität des Glukose-Transportproteins EIICBGlc (Gen ptsG) unter Glukose-6-Phosphatstress identifiziert. Sie konnten einen durch SgrR aktivierten und durch sgrS (sRNA) vermittelten spezifischen Abbau der ptsG-mRNA zeigen und zudem das von sgrS kodierte Protein SgrT nachweisen (Wadler und Vanderpool, 2007). Dabei waren der Mechanismus und die Funktion von SgrT bei der Regulation des Glukose-PTS bislang unklar. In dieser Arbeit konnte zum ersten Mal eine direkte Protein-Protein-Wechselwirkung zwischen SgrT und dem Membranprotein EIICBGlc durch in vitro- und in vivo-Methoden nachgewiesen werden. Dabei wurde nicht nur der Nachweis einer Wechselwirkung erbracht, sondern es konnte auch auf Seiten des EIICBGlc eine für die Interaktion der beiden Proteine essentielle Region identifiziert werden. Im hoch konservierten KTPGRED-Motiv des Linkers, welcher die membranständige EIICGlc- und die cytoplasmatische EIIBGlc-Domäne flexibel miteinander verbindet, wurden die Aminosäuren T383, P384, G385, R386 und E387 als Interaktionspartner für SgrT nachgewiesen. Damit wurde der in allen Enterobakterien vorkommenden Sequenz des Linkers in den Glukose- und N-Acetyl-Glukosamin-spezifischen Transportproteinen zum ersten Mal eine Funktion zugewiesen. Zudem wurde ein Modell entwickelt, welches die Funktionsweise von SgrT verdeutlicht. Durch die Bindung des Linkers und die damit verbundene Verhinderung der zum Glukose-Transport notwendigen Konformationsänderung des EIICBGlc, setzt SgrT die Transportaktivität des Membranproteins unter Glukose-6-Phosphatstress drastisch herab. Im Rahmen des FORSYS-Partner Projektes wurde zudem die Auswirkung des SgrRST-Systems auf die Aufrechterhaltung der metabolischen Balance von E.coli in Fermentationsversuchen untersucht. Ein zweites Projekt dieser Arbeit befasste sich mit der Auswirkung der Expression eines chromosomal kodierten EIICBGlc-His auf das Wachstum verschiedener Stämme. Es konnte erfolgreich ein Stamm mit einem ptsGHis-Gen im Chromosom konstruiert und in verschiedenen Versuchen auf z.B. Transportaktivität und Wachstum getestet werden. Des Weiteren wurde ein Stamm mit einem chromosomal kodierten EIICBGlc-His unter der Kontrolle des tacPO kloniert. Durch gezielte IPTG-Zugabe ist das Expressionslevel einstellbar und könnte so in verschiedenen Versuchsansätzen zur Analyse der Auswirkung auf den Metabolismus der Zelle dienen. Auf Grund einer geringen Transportaktivität dieses Stammes wurde eine Suppressionsmutante isoliert, welche einen verstärkten Transport zeigt, bei der sich jedoch das Expressionslevel des EIICBGlc-His nicht mehr vollständig herabsetzen lässt. Eine Optimierung beider Stämme ist demnach erforderlich

Characterization of the Interaction Between the Small Regulatory Peptide SgrT and the EIICBGlc of the Glucose-Phosphotransferase System of E. coli K-12

Escherichia coli is a widely used microorganism in biotechnological processes. An obvious goal for current scientific and technical research in this field is the search for new tools to optimize productivity. Usually glucose is the preferred carbon source in biotechnological applications. In E. coli, glucose is taken up by the phosphoenolpyruvate-dependent glucose phosphotransferase system (PTS). The regulation of the ptsG gene for the glucose transporter is very complex and involves several regulatory proteins. Recently, a novel posttranscriptional regulation system has been identified which consists of a small regulatory RNA SgrS and a small regulatory polypeptide called SgrT. During the accumulation of glucose-6-phosphate or fructose-6-phosphate, SgrS is involved in downregulation of ptsG mRNA stability, whereas SgrT inhibits glucose transport activity by a yet unknown mechanism. The function of SgrS has been studied intensively. In contrast, the knowledge about the function of SgrT is still limited. Therefore, in this paper, we focused our interest on the regulation of glucose transport activity by SgrT. We identified the SgrT target sequence within the glucose transporter and characterized the interaction in great detail. Finally, we suggest a novel experimental approach to regulate artificially carbohydrate uptake in E. coli to minimize metabolic overflow in biotechnological applications

To trust or not to trust: The dynamics of social interaction in psychosis

Psychotic illness is a disorder of social interaction unique to humans. However, up to now research has failed to pin down the exact determinants of the complex and interactive processes associated with the development of trust and reciprocity in psychosis. Utilizing a novel multi-round version of an interactive trust game experiment, we show that patients with psychosis and healthy relatives with a heightened risk for the illness exhibit lower baseline levels of trust compared with healthy controls. This effect partly overlapped with a reduced general intelligence. Furthermore, patients were unable to modify their trusting behaviour neither in response to information about the general trustworthiness of their interaction partner, nor in response to their partners' specific direct behavioural feedback. Relatives, in contrast, modified their trusting behaviour towards similar levels as healthy subjects in response to both. The results show that behavioural flexibility in response to socially relevant information is a critical determinant of success in the instantiation and maintenance of social relationships. A lack thereof may drive social dysfunction and the progression from subclinical symptoms to a full-blown psychosis. This offers a testable mechanistic hypothesis for progression from prodrome to psychotic illness, and may provide a therapeutic avenue to grapple the psychotic symptoms of social dysfunction