Seasonal changes in brain serotonin transporter binding in short 5-HTTLPR-allele carriers but not in long-allele homozygotes

Several findings suggest seasonal variations in the serotonin (5-HT) system. We sought evidence for seasonal variation in the serotonin transporter (5-HTT). We found that length of daylight time in minutes correlates negatively with 5-HTT binding in the putamen and the caudate, with a similar tendency in the thalamus, but no such association in the midbrain. In the putamen, an anatomical region with a dense serotonin innervation that is implicated in processing of aversive stimuli, we found a significant gene*daylight effect with a negative correlation between the 5-HTT binding and daylight time in carriers of the short 5-HTTLPR allele, but not in carriers of the long allele. The neurobiological endophenotype identified here directly links activation studies, showing responses on the neural circuit level, with dynamic changes in transporter expression measured in vivo

Performance evaluation of novel square-bordered position-sensitive silicon detectors with four-corner readout

We report on a recently developed novel type of large area (62 mm x 62 mm) position sensitive silicon detector with four-corner readout. It consists of a square-shaped ion-implanted resistive anode framed by additional low-resistivity strips with resistances smaller than the anode surface resistance by a factor of 2. The detector position linearity, position resolution, and energy resolution were measured with alpha-particles and heavy ions. In-beam experimental results reveal a position resolution below 1 mm (FWHM) and a very good non-linearity of less than 1% (rms). The energy resolution determined from 228Th alpha source measurements is around 2% (FWHM).Comment: 13 pages, 10 figures, submitted to Nucl. Instr. and Meth.

Foundations of variation in male aggressiveness and tolerance between chacma baboons (Papio ursinus) in Botswana and Guinea baboons (P. papio) in Senegal

Die Fitness-limitierende Ressource für die meisten männlichen Primaten ist die unteilbare Befruchtung von Weibchen. Daher herrscht in der Regel ein aggressives Konkurrenzverhalten unter Männchen, um sich den Zugang zu fertilen Weibchen zu sichern. Jedoch zeigen Männchen unterschiedlicher Arten eine erhebliche Variation in ihrer Aggressivität. In manchen Arten kann sogar ein kooperatives Verhalten zwischen Männchen beobachten werden, das meist mit weniger angespannten und toleranteren Sozialbeziehungen verbunden ist. Die proximaten und ultimaten Ursachen für diese interspezifische Variation werden durch verschiedene Aspekte des Sozialsystems einer Art bedingt, jedoch sind die zugrundeliegenden Ursachen noch nicht vollständig geklärt. Paviane (Papio spp.) stellen ein gut geeignetes Modell dar, um die Grundlage von männlicher Aggressivität und Toleranz zu untersuchen, da die unterschiedlichen Arten dieser Gattung eine erhebliche Variation in männlichem Konkurrenzverhalten und in anderen Aspekten ihrer Sozialsysteme zeigen. Männliche Bärenpaviane (P. ursinus) im südlichen und männliche Guineapaviane (P. papio) im westlichen Afrika scheinen dabei entgegengesetzte Extrema von Aggressivität und Toleranz darzustellen. Das Ziel meiner Promotion war daher, verschiedene Aspekte der männlichen Dominanzbeziehungen in den beiden Arten zu untersuchen und zu vergleichen. Bärenpaviane leben in stabilen Gruppen mit mehreren Männchen und mehreren Weibchen, in denen geschlechtsreife Männchen in benachbarte Gruppen abwandern. Dort versuchen sie mit Hilfe von aggressivem Verhalten einen hohen Rang zu erlangen, da ihnen dieser ein Vorrecht („Priority of access“) auf fertile Weibchen verschafft und über den reproduktiven Erfolg eines Männchens bestimmt. Im Gegensatz dazu leben Guineapaviane in einer mehrschichtigen (“multi-level“) Gesellschaft, in der nahverwandte Männchen häufig in der gleichen Gruppe verbleiben. Die Sozialbeziehungen zwischen Männchen scheinen dabei vor allem durch eine niedrige Frequenz agonistischer Interaktionen und eine hohe räumliche Toleranz sowie Kooperation gekennzeichnet zu sein. Daher stellen Aggressionen in dieser Art scheinbar nicht das primäre Mittel in der Konkurrenz um den Zugang zu Weibchen dar. Bisher gab es noch keine vergleichbaren Daten, um diese Vermutung über Verhaltensunterschiede zwischen den beiden Arten zu überprüfen. Daher war ein Ziel meiner Dissertation die Aggressivität und räumliche Toleranz zwischen männlichen Bärenpavianen im Moremi Game Reserve, Botsuana, und männlichen Guineapavianen im Parc National de Niokolo Koba, Senegal, zu vergleichen. Unterschiede in männlicher Konkurrenz spiegeln sich auch in unterschiedlichen altersabhängigen Verläufen des Reproduktionserfolgs wider. Bei Primaten ist dieser Verlauf wiederum mit Variation im Testosteronspiegel verbunden. Neben diesen Langzeitverläufen wurde gezeigt, dass zusätzliche, kurzfristige Anstiege in Testosteronspiegeln ein aggressives Verhalten während der Konkurrenz um Paarungspartner fördern (‚Challenge hypothesis‘). Das zweite Ziel meiner Dissertation war daher, den Zusammenhang zwischen Testosteron und dominanzbezogener Aggression zu untersuchen, indem ich die Variation in Testosteronspiegeln in Bezug auf Alter, Aggression, und Dominanzbeziehungen analysiert habe. Die Art und Weise, wie Individuen konkurrieren, beeinflusst auch, wie physiologische Kosten (oder ‚allostatic load‘) zwischen Individuen unterschiedlichen Dominanzstatus verteilt sind. Diese Kosten spiegeln sich in inter-individuellen Differenzen in Glucocorticoidspiegeln wider. Das dritte Ziel meiner Arbeit war daher die Effekte von männlichen Sozialbeziehungen auf physiologische Kosten zu untersuchen, indem ich die Variation in Glucocorticoidspiegeln in Relation zu Dominanzstatus zwischen Bären- und Guineapavianen analysiert habe. Inter-individuelle Unterschiede in Aggressivität sind stark erblich bedingt. Daher ist zu vermuten, dass auch Unterschiede zwischen Arten eine genetische Grundlage haben. Die beiden Längenpolymorphismen 5-HTTLPR - im Gen des Serotonintransporters - und MAOALPR - im Gen der monoaminen Oxidase A - beeinflussen die Aktivität des serotonergen Neurotransmittersystems und wurden mit Variation von Aggressivität in Verbindung gebracht. Verschiedene Allele dieser beiden Loci könnten daher auch mit Artunterschieden bei Pavianen gekoppelt sein. Das vierte Ziel meiner Dissertation war daher, Allele dieser beiden Loci zwischen fünf Pavianarten zu vergleichen. Durch die Erhebung der ersten unmittelbar vergleichbaren Verhaltensdaten für männliche Bären- und Guineapaviane konnte ich zeigen, dass männliche Bärenpaviane häufiger in agonistische Interaktionen verwickelt sind als Guineapaviane. Im Gegensatz dazu zeigen Guineapaviane eine höhere räumliche Toleranz gegenüber anderen Männchen und tauschen manchmal sogar affiliatives Verhalten aus. Des Weiteren zeigten männliche Bärenpaviane konsistente Dominanzbeziehungen und eine lineare Hierarchie, während die Linearität der Hierarchien von Guineapavianen allgemein niedriger war. Diese Beobachtungen stimmen mit vorherigen Beobachtungen über männliche Sozialbeziehungen in beiden Arten überein. Dies bedeutet, dass die beiden Arten sich tatsächlich in der Intensität von männlicher Wettbewerbskonkurrenz („contest competition“) unterscheiden. In keiner der beiden Arten konnte ein Zusammenhang zwischen Testosteronspiegel und Alter oder Dominanzrang gefunden werden. Es gab jedoch einen statistischen Trend, dass in Bärenpavianen der Testosteronspiegel mit Aggressivität korreliert. Dies wurde zuvor nur in Perioden beobachtet, in denen Männchen hoher Dominanzränge von anderen Männchen herausgefordert wurden (d.h. „unstabile Perioden“). Dies war in der vorliegenden Studie nicht der Fall. Jedoch könnten eine kurz zuvor beobachtete Teilung der Gruppe und darauf folgende regelmäßige Begegnungen der beiden neu entstandenen Gruppen eine ähnliche Situation verursacht haben. In Guineapavianen waren Testosteronspiegel nicht mit der Häufigkeit von agonistischen Verhalten korreliert. Dies könnte daran liegen, dass solche Verhalten in dieser Art keine bedeutende Rolle in der Konkurrenz um Paarungsmöglichkeiten spielen. Hochrangige männliche Bärenpaviane zeigten höhere Glucocorticoidspiegel als niedrigrangigere Männchen. Auch dies wurde bei Bärenpavianen bisher nur während „unstabiler Perioden“ beobachtet und weist wieder darauf hin, dass die unübliche Teilung der Gruppe eine ähnliche Situation hervorgerufen haben kann. In Guineapavianen korrelierten Glucocorticoidspiegel nicht mit Dominanzpositionen, was die Vermutung unterstütz, dass Dominanzränge in dieser Art wenig oder keine Bedeutung haben. Ein Vergleich von 5-HTTLPR und MAOALPR Allelen zwischen fünf Arten von Pavianen lässt vermuten, dass der 5-HTTLPR-Genotyp nicht mit interspezifischer Variation im Verhalten in Verbindung steht; dieser Locus war in fast allen Arten monomorph. Ein erweiterter Vergleich zwischen mehreren Arten von Pavianartigen (Papionini) deutete aber an, dass dieser Locus während der historischen Ausbreitung von Makaken nach Asien sehr wahrscheinlich unter Selektionsdrücken stand. Die Bedeutung dieser Variation muss noch untersucht werden, könnte aber eventuell mit Unterschieden in der Umwelt der jeweiligen Arten zusammenhängen. Im Gegensatz dazu war der Locus MAOALPR polymorph und das Muster verschiedener Allele passte überwiegend mit den vermuteten Verhaltensunterschieden zwischen Pavianarten zusammen. Die beobachtete Variation in diesem Locus bietet daher eine gute Möglichkeit, um genetisch bedingte Verhaltensunterschiede zwischen verschiedenen Pavianen genauer zu untersuchen und dadurch die genetischen Grundlagen der Variation in Aggressivität bei Primaten besser zu verstehen. Zusammengefasst hat meine Dissertation grundlegende Einblicke in die proximaten Ursachen und Kosten der Unterschiede in männlicher Dominanzbeziehungen zwischen Pavianarten geliefert. Erste Daten weisen darauf hin, dass Verhaltensunterschiede in Bezug auf Aggressivität zwischen Pavianen mit dem MAOALPR-Genotyp verbunden sind. Eine Untersuchung dieses Locus im Zusammenhang mit Neurotransmitter-Aktivität und Verhalten könnte daher weitere Aufschlüsse über die proximaten Mechanismen geben, die unterschiedlichen Aggressivitätsmustern in Primaten unterliegen. Verhaltensbeobachtungen und Glucocorticoid-Messungen lassen vermuten, dass die reproduktive Strategie von männlichen Guineapavianen mit weniger „offensichtlichen“ Kosten verbunden ist. Daher könnten eine Untersuchung der Mechanismen, die den Zugang zu Weibchen bei Guineapavianen regeln, und ein Vergleich des reproduktiven Erfolgs zwischen unterschiedlichen Männchen weitere Einblicke in die Evolution von reproduktiven Strategien und damit von Aggressivitäts- und Toleranzunterschiede zwischen männlichen Primaten liefern

Methodological considerations in the analysis of fecal glucocorticoid metabolites in tufted capuchins (Cebus apella)

Analysis of fecal glucocorticoid (GC) metabolites has recently become the standard method to monitor adrenocortical activity in primates noninvasively. However, given variation in the production, metabolism, and excretion of GCs across species and even between sexes, there are no standard methods that are universally applicable. In particular, it is important to validate assays intended to measure GC production, test extraction and storage procedures, and consider the time course of GC metabolite excretion relative to the production and circulation of the native hormones. This study examines these four methodological aspects of fecal GC metabolite analysis in tufted capuchins (Cebus apella). Specifically, we conducted an adrenocorticotrophic hormone (ACTH) challenge on one male and one female capuchin to test the validity of four GC enzyme immunoassays (EIAs) and document the time course characterizing GC me- tabolite excretion in this species. In addition, we compare a common field-friendly technique for extracting fecal GC metabolites to an established laboratory extraction methodology and test for effects of storing “field extracts” for up to 1 yr. Results suggest that a corticosterone EIA is most sensitive to changes in GC production, provides reliable measures when extracted according to the field method, and measures GC metabolites which remain highly stable after even 12 mo of storage. Further, the time course of GC metabolite excretion is shorter than that described yet for any primate taxa. These results provide guidelines for studies of GCs in tufted capuchins, and underscore the importance of validating methods for fecal hormone analysis for each species of interest

Kernresonanz-basierte Lipoproteinanalyse bei diabetischer Stoffwechsellage

In der vorliegenden Arbeit wurden Lipoproteinveränderungen im Blutplasma von Prädiabetikern und Diabetikern im Vergleich zu Gesunden mithilfe der hochauflösenden 1H NMR Spektroskopie untersucht. Die NMR-Metabolomik von Körperflüssigkeiten ist eine neue Hochdurchsatzmethode zur zerstörungsfreien Analytik von Körperflüssigkeiten, die immer größere Bedeutung gewinnt. In der von der Bayerischen Forschungsstiftung geförderten Studie wurden Blutproben von Blutspendern des Bayerischen Roten Kreuzes (BRK) analysiert. Die Probanden wurden nach Durchführung eines oralen Glukose Toleranztests (oGTT) in Gruppen eingeteilt: 323 waren gesund, 231 hatten einen erhöhten Nüchternglukosewert (IFG), 40 hatten eine gestörte Glukosetoleranz (IGT), 83 hatten sowohl eine erhöhte Nüchternglukose als auch eine gestörte Glukosetoleranz und bei 66 wurde neu ein Diabetes Typ 2 diagnostiziert. Von den Probanden wurden die Blutproben des oralen Glukosetoleranztests mit Nüchternglukose und 2h nach Glukosegabe, sowie über Jahre hinweg bei Blutspenden aufgehobene Blutproben untersucht. Im Schnitt lagen diese zurückgelegten Proben für 6 Jahre vor Durchführung des oralen Glukosetoleranztests vor. Bei Abnahme dieser Rückstellblutproben waren die Patienten nicht nüchtern. Mithilfe von NMR-Spektroskopie wurden die Konzentrationen von 15 verschiedenen Lipoproteinuntergruppen bestimmt. Insgesamt standen 32762 NMR Spektren zur Auswertung zur Verfügung. Dabei zeigten Prädiabetiker und Diabetiker im Vergleich zu Gesunden charakteristische Unterschiede der Lipoproteinkonzentrationen. Nicht-nüchtern zeigte sich bei Diabetikern eine signifikante Erhöhung von VLDL A und B, Chylomikronen A und B, Chylomikronen Remnants und allen Chylomikronenfraktionen gemeinsam. LDL C war signifikant erniedrigt. Die LDL C Abnahme sowie die Zunahme von VLDL A, Chylomikronen Remnants und Chylomikronen A konnte auch bei allen Formen von Prädiabetes als signifikant beobachtet werden. Teilweise waren Lipoproteine auch nur bei einzelnen Prädiabetesgruppen verändert: VLDL B (einzig bei Probanden mit Kombination aus IFG und IGT signifikant erhöht), HDL C war nur bei der Gruppe mit IFG signifikant erniedrigt. Chylomikronen B waren bei allen Gruppen außer bei der mit isolierter IGT signifikant erhöht und die Summe der Chylomikronen bei allen Gruppen außer bei Probanden mit isolierter IFG. Insgesamt waren im nicht nüchternen Zustand vor allem die größeren Lipoproteine Chylomikronen und VLDL, mit welchen die Fette vom Darm zur Leber und von dort weiter in den restlichen Körper transportiert werden, auffällig. Bei der nüchternen Gruppe waren insgesamt weniger Veränderungen sichtbar und diese vor allem bei kleineren Lipoproteinen wie HDL und LDL. Die Ergebnisse wurden mit veröffentlichten Ergebnissen aus anderen Studien verglichen, in denen ebenfalls mit NMR-Spektroskopie bestimmte Lipoproteinkonzentrationen bei Diabetikern untersucht wurden. Hierbei zeigte sich ein ähnliches Muster. Nur die kleineren LDL Partikel (LDL A und LDL B) waren hier signifikant erniedrigt, während die meisten anderen Forschungsgruppen eine signifikante Zunahme feststellten. Die Chylomikronenkonzentrationen bei Diabetikern wurden nur in einer einzigen anderen Studie (J. Wang et al., 2012) untersucht. Auch hier findet man einen signifikanten Anstieg bei Diabetikern. Zudem wurden aus den verschiedenen Lipoproteinuntergruppen miteinander Quotienten und Verhältnisse gebildet. Aus diesen wurden dann wieder die prozentualen Unterschiede von Prädiabetikern im Vergleich zu Gesunden berechnet. Insbesondere bei Verhältnissen und Produkten, welche VLDL oder Chylomikronen enthielten, waren die Unterschiede der zugehörigen Verteilungen nochmal größer als beim Vergleich der einzelnen Lipoproteinuntergruppen. Um die Entwicklung der Lipoproteine in den Jahren vor der Diagnosestellung des Diabetes darzustellen, wurde mithilfe der zurückgelegten Blutproben Wahrscheinlichkeitsdichteverteilungen für zehn, acht, sechs, vier, zwei sowie zum Zeitpunkt der Diagnosestellung berechnet und graphisch dargestellt. Zudem wurde mithilfe von Literaturrecherche und zusätzlich aufgenommen 2D-Spektren in den 1H NMR Spektren menschlichen Serums die Signale zahlreicher kleinerer Metaboliten zugeordnet