Punishment prediction by dopaminergic neurons in Drosophila

The temporal pairing of a neutral stimulus with a reinforcer (reward or punishment) can lead to classical conditioning, a simple form of learning in which the animal assigns a value (positive or negative) to the formerly neutral stimulus. Olfactory classical conditioning in Drosophila is a prime model for the analysis of the molecular and neuronal substrate of this type of learning and memory. Neuronal correlates of associative plasticity have been identified in several regions of the insect brain. In particular, the mushroom bodies have been shown to be necessary for aversive olfactory memory formation. However, little is known about which neurons mediate the reinforcing stimulus. Using functional optical imaging, we now show that dopaminergic projections to the mushroom-body lobes are weakly activated by odor stimuli but respond strongly to electric shocks. However, after one of two odors is paired several times with an electric shock, odor-evoked activity is significantly prolonged only for the "punished" odor. Whereas dopaminergic neurons mediate rewarding reinforcement in mammals, our data suggest a role for aversive reinforcement in Drosophila. However, the dopaminergic neurons' capability of mediating and predicting a reinforcing stimulus appears to be conserved between Drosophila and mammals.     

Lipid composition of peroxisomes from the yeast Pichia pastoris grown on different carbon sources

Highly purified peroxisomes from the yeast Pichia pastoris grown on methanol or oleic acid, respectively, were used to characterize the lipid composition of this organelle. For this purpose, an isolation procedure had to be adapted which yielded highly purified P. pastoris peroxisomes. When peroxisome proliferation was induced by growth on methanol, alcohol oxidase was the predominant peroxisomal protein. Cultivation of P. pastoris on oleic acid led to induction of a family of peroxisomal enzymes catalyzing fatty acid beta-oxidation, whose most prominent members were identified by mass spectrometry. On either carbon source, phosphatidylcholine and phosphatidylethanolamine were the major peroxisomal phospholipids, and cardiolipin was present in peroxisomal membranes at a substantial amount, indicating that this phospholipid is a true peroxisomal component. Ergosterol was the most abundant sterol of P. pastoris peroxisomal membranes irrespective of the culture conditions. The fatty acid composition of whole cells and peroxisomes was highly affected by cultivation of P. pastoris on oleic acid. Under these conditions, oleic acid became the predominant fatty acid in phospholipids from total cell and peroxisomal extracts. Thus, oleic acid was not only utilized as an appropriate carbon source but also as a building block for complex membrane lipids. In summary, our data provide first insight into biochemical properties of P. pastoris peroxisomal membranes, which may become important for the biotechnological use of this yeast.     

Tyrosine residues direct the ubiquitination and degradation of the NY-1 hantavirus G1 cytoplasmic tail

The hantavirus G1 protein contains a long C-terminal cytoplasmic tail of 142 residues. Hantavirus pulmonary syndrome-associated hantaviruses contain conserved tyrosine residues near the C terminus of G1 which form an immunoreceptor tyrosine activation motif (ITAM) and interact with Src and Syk family kinases. During studies of the G1 ITAM we observed that fusion proteins containing the G1 cytoplasmic tail were poorly expressed. Expression of G1 cytoplasmic tail constructs were dramatically enhanced by treating cells with the proteasome inhibitor ALLN, suggesting that the protein is ubiquitinated and degraded via the 26S proteasome. By using a 6-His-tagged ubiquitin, we demonstrated that the G1 cytoplasmic tail is polyubiquitinated and degraded in the absence of proteasome inhibitors. Expression of only the ITAM-containing domain also directed protein ubiquitination and degradation in the absence of upstream residues. Deleting the C-terminal 51 residues of G1, including the ITAM, stabilized G1 and blocked polyubiquitination and degradation of the protein. Site-directed mutagenesis of both ITAM tyrosines (Y619 and Y632) to phenylalanine also blocked polyubiquitination of G1 proteins and dramatically enhanced G1 protein stability. In contrast, the presence of Y627, which is not part of the ITAM motif, had no effect on G1 stability. Mutagenesis of just Y619 enhanced G1 stability, inhibited G1 ubiquitination, and increased the half-life of G1 by threefold. Mutating only Y632 had less of an effect on G1 protein stability, although Y619 and Y632 synergistically contributed to G1 instability. These findings suggest that Y619, which is conserved in all hantaviruses, is the primary signal for directing G1 ubiquitination and degradation. Collectively these findings indicate that specific conserved tyrosines within the G1 cytoplasmic tail direct the polyubiquitination and degradation of expressed G1 proteins and provide a potential means for down-regulating hantavirus G1 surface glycoproteins and cellular proteins that interact with G1.     

Photoinduction of carotenoid biosynthesis in Gibberella fujikuroi

Abstract Carotenoid biosynthesis is photoinducible in Gibberella fujikuroi , an organism used in the fermentive production of the gibberellins. The light exposed needed for an appreciable response is higher than those required for other fungi, such as Fusarium aquaeductuum and Neurospora crassa , under identical conditions. Time course of the accumulation of carotenoids is very similar to that for Fusarium aquaeductuum . Growth in one of the culture media used increases the carotenoid content in the dark but does not affect photoinduction. Three mutants with enhanced carotenoid synthesis in the dark show the same response to light as the wild-type. Our results suggest that photoinduction of carotenogenesis in Gibberella fujikori is independent of the carotenoid content already present in dark-grown cultures.     

Increased yolk testosterone facilitates prenatal perceptual learning in Northern bobwhite quail (Colinus virginianus)

Prenatal learning plays an important role in the ontogeny of behavior and birds provide a useful model to explore whether and how prenatal exposure to hormones of maternal origin can influence prenatal learning and the development of behavior. In this study we assessed if prenatal exposure to yolk testosterone can influence auditory learning in embryos of Northern bobwhite quail (Colinus virginianus). We experimentally enhanced testosterone concentrations in bobwhite quail eggs prior to incubation. The embryos from these T-treated eggs as well as control embryos that had received the vehicle-only or were non-treated were exposed to an individual bobwhite hen's maternal call for 120 min over the course of the day prior to hatching. All chicks were tested at 24 h following hatching for their auditory preference between the familiar bobwhite maternal call versus an unfamiliar bobwhite maternal call. T-treated chicks spent significantly more time in proximity to the familiar call compared to the unfamiliar call and also showed shorter latencies to approach the familiar call than control birds. Increased emotional reactivity, i.e. propensity to express fear responses, was also found in T-treated chicks. Baseline heart rates recorded in a second group of T-treated embryos and control embryos did not differ, which suggests no effect of yolk testosterone on baseline arousal level. To our knowledge this is the first demonstration of the influence of prenatal exposure to testosterone on auditory learning.     

Die rotbraune Zeichnung der Wespennestmütter,eine durch mechanischen Reiz ausgelöste Pigmentablagerung in Liesegangschen Ringen

Zusammenfassung Bei den Nestmüttern von Vespa crabro, V. media, V. germanica, V. vulgaris, V. saxonica und V. rufa werden besondere rotbraune Zeichnungen beobachtet, die diese Tiere von allen übrigen Nestinsassen unterscheiden.Diese Zeichnungen beruhen auf der Bildung eines rotbraunen Pigments, das aller Wahrscheinlichkeit nach zur Melaningruppe gehört und in der Hypodermis selbst abgelagert wird. Sie finden sich nur in der Nähe solcher Integumentteile, die dauernder Reibung an härteren Chitinstücken ausgesetzt sind.Durch diesen dauernden mechanischen Reiz wird die Hypodermis unter dünneren Chitinlagen so beeinflußt, daß in ihr an Stelle der normalen Stoffwechselvorgänge ein anormaler Schädigungsstoffwechsel tritt. Dieser kann an den betreffenden Stellen zu einem teilweisen Abbau des darin abgelagerten Pterinpigments führen und an besonders stark gereizten Stellen eine Zerstörung der Hypodermis selbst bewirken.An den Stellen der Hypodermis, die diesem anormalen Stoffwechsel verfallen sind, entsteht weiterhin eine Substanz, die anscheinend ein Eiweißabbauprodukt ist und von diesen Stellen als Diffusionszentren aus durch die Hypodermis hindurchdiffundiert. Dabei wird sie in das rotbraune Pigment überführt und dadurch unlöslich niedergeschlagen. Die Ablagerung dieses Pigments findet nach den Gesetzen der Bildung periodischer Niederschläge statt und führt zur Entstehung von Liesegangschen Ringen und ähnlichen Zeichnungsmustern.Die Zeichnung der Wespennestmütter ist das erste Beispiel, in dem die Bildung einer periodischen und symmetrischen Insektenzeichnung, die als solche nicht direkt von morphologischen Strukturen abhängig scheint, weitgehend auf einfache Kausalzusammenhänge und auf Vorgänge zurückzuführen ist, die bei anderen leblosen oder belebten Systemen bereits bekannt und untersucht sind. Sie kann daher als Modell für schwerer analysierbare flächenhafte Symmetriemuster betrachtet werden.     

Roles of putative Rho-GEF Gef2 in division-site positioning and contractile-ring function in fission yeast cytokinesis

Cytokinesis is crucial for integrating genome inheritance and cell functions. In multicellular organisms, Rho-guanine nucleotide exchange factors (GEFs) and Rho GTPases are key regulators of division-plane specification and contractile-ring formation during cytokinesis, but how they regulate early steps of cytokinesis in fission yeast remains largely unknown. Here we show that putative Rho-GEF Gef2 and Polo kinase Plo1 coordinate to control the medial cortical localization and function of anillin-related protein Mid1. The division-site positioning defects of gef2Δ plo1-ts18 double mutant can be partially rescued by increasing Mid1 levels. We find that Gef2 physically interacts with the Mid1 N-terminus and modulates Mid1 cortical binding. Gef2 localization to cortical nodes and the contractile ring depends on its last 145 residues, and the DBL-homology domain is important for its function in cytokinesis. Our data suggest the interaction between Rho-GEFs and anillins is an important step in the signaling pathways during cytokinesis. In addition, Gef2 also regulates contractile-ring function late in cytokinesis and may negatively regulate the septation initiation network. Collectively, we propose that Gef2 facilitates and stabilizes Mid1 binding to the medial cortex, where the localized Mid1 specifies the division site and induces contractile-ring assembly.     

Identification of phosphorylation sites in the polo-like kinases Plx1 and Plk1 by a novel strategy based on element and electrospray high resolution mass spectrometry

A novel strategy for the determination of protein phosphorylation sites is described and applied to the polo-like kinases Plx1 (Xenopus laevis) and Plk1 (Homo sapiens). The strategy comprises the sequential application of the following techniques: proteolytic digestion, capillary liquid chromatography (LC)-inductively coupled plasma mass spectrometry with phosphorus detection, capillary LC-electrospray mass spectrometry and electrospray tandem mass spectrometry. In this approach, phosphopeptides are generated, their elution time in capillary LC is determined, candidate phosphopeptides at the corresponding elution times are identified, and positive identification and sequencing of phosphopeptides is performed in the last step of the analysis. Using this technique, Ser25/26, Ser326, and Ser340 were identified as phosphorylation sites in recombinant Plx1, and Ser340 was identified as the major phosphorylation site in a kinase-dead mutant of Plx1 expressed in okadaic acid-treated Sf9 insect cells. A site corresponding to Ser326 in Plx1 was also shown to be phosphorylated in the human polo-like kinase Plk1 (Ser335). Element mass spectrometry with phosphorus detection provides a quantitative phosphorylation profile of all phosphorylation sites accessible by LC.     

Untersuchungen Über den Zelltod. I

Zusammenfassung Eine Reihe von Untersuchungen soll die Erscheinung des Zelltodes und die Altersveränderangen von Zellen analysieren, um so allmählich zu einer Definition des Begriffes Zelltod und zu einem tieferen Verständnis für die Bedingungen des Absterbens und Alterns von Zellen und Geweben zu kommen.In dieser ersten Untersuchung werden die Zustandsänderungen während des Katastrophentodes verschiedener Zelltypen der Haut junger Axolotllarven mit Hilfe der Neutralrotfärbung festgestellt.Es erweist sich als unmöglich, lediglich mit Hilfe der Färbung ohne Analyse der Anfärbungsbedingungen und vor allem ohne Prüfung der Irreversibilität festzustellen, ob eine Zelle lebt oder abgestorben ist. Zwischen dem färberischen Verhalten der lebenden und der toten Zelle gibt es einen charakteristischen Zwischenzustand, der experimentell sehr zuverlässig herbeigeführt werden kann und in den Anfangsstadien völlig reversibel ist. Dieser Zustand wird färberisch vor allem durch die Kernfärbung und durch das Fehlen typisch granulärer Speicherungsprozesse im Plasma gekennzeichnet.Die vitale Kernfärbung kann in befriedigender Weise durch eine reversible Entmischung und Dehydratation der sauren Kerneiweiße erklärt werden. Es ist kolloidchemisch verständlich, daß die sauren Kerneiweiße im völlig ungeschädigten Kern gegen die polare Adsorption von basischem Farbstoff durch den Solvatmantel geschützt sind. Die Reaktion im Kern wie im Plasma ist unabhängig von dem isoelektrischen Punkt der in ihnen dispergierten Eiweißsubstanzen nach ihrer Ausfällung. Trotz des Vorhandenseins sich leicht entmischender saurer Eiweißsubstanzen im Kern kann er daher doch relativ alkalisch reagieren und dementsprechend nur ein geringes Aufnahmevermögen für den basischen Farbstoff besitzen. Dagegen tritt bei Entmischung, Dispersitätsverminderung und Dehydratation sofort die Farbstoffadsorption ein. Die Annahme einer impermeablen Kernmembran ist sehr unwahrscheinlich, und die Reduktion von Farbstoff im Kerninnern kann als Grund für das Farblosbleiben der ungeschädigten Kerne bei der vitalen Färbung ausgeschlossen werden.Die normalerweise bei dem Absterben der Zelle eintretenden Entmischungserscheinungen können durch bestmimte alkalisierende Mittel sowie durch Stoffe, die in spezifischer Weise Eiweiß-Lipoidkomplexe zu stabilisieren vermögen, verzögert oder sogar verhindert werden.Modellversuche ergaben, daß dieselben Substanzen, die Kernfärbung hervorriefen, auch bei Eiweißtropfen Fällung und Farbstoffadsorption im sauren Farbton zur Folge hatten, während die Stoffe, die Zelltod ohne Kernfärbung bewirkten, auch im Eiweiß nur zu zarten Diffusfärbungen im alkalischen Farbton führten. Das ist ein Beweis mehr dafür, daß die vitale Kernfärbung in erster Linie, wenn nicht ausschließlich, von der Dispersität und Hydratation der Eiweißkörper und dem dadurch bedingten Adsorptionsvermögen für den basischen Farbstoff (und einer Reaktionsänderung?) abhängt.Eine Eiweißentmischung (Fällung) im Hyaloplasma und die damit verbundene Farbstoffadsorption war in den untersuchten Zelltypen stets irreversibel und konnte daher als Signal für den eingetretenen Zelltod gewertet werden.Die granuläre Farbstoffspeicherung im Plasma ist nicht abhängig von der durch Oxydationsvorgänge gelieferten Energie. Die Speicherungsprozesse wurden in den Epithelzellen durch leicht in das Plasma eindringende alkalisierende Substanzen sowie durch Stoffe, die deutliche Quellungserscheinungen an Plasmastrukturen hervorriefen, begünstigt, dagegen durch leicht permeierende Säuren unterdrückt. Die typische granuläre Farbstoffspeicherung ist stets nur in lebenden Zellen möglich und kann daher als ein gewisses Kriterium für die Lebendigkeit gewertet werden.Innerhalb eines sehr weiten p_H-Bereiches bleibt die Innenreaktion der Zellen in Pufferlösungen konstant, solange die Zellen nicht absterben. Dementsprechend läßt sich das Ergebnis der Vitalfärbung nicht durch die Reaktion der Farblösung in demselben Sinne wie bei der histologischen Färbung modifizieren, nur wird das Eindringen des basischen Farbstoffes aus saurer Lösung erschwert, aus basischer Lösung begünstigt. Dagegen läßt sich die Reaktion des Hyaloplasmas sehr leicht reversibel durch permeierende Säuren und Laugen verändern.Es wird über die Möglichkeiten verschiedener vitaler Elektivfärbungen berichtet (Färbung von Interzellularen, Cuticularstrukturen, Färbung der Leydigschen Zellen, der Macrophagen, granuläre Färbung der Epithelzellen). Vitale Kernfärbungen lassen sich experimentell entweder ausschließlich an den Leydigschen Zellen oder nur in den Bindegewebszellen oder in Bindegewebszellen und Epithelzellen hervorrufen. Wahrscheinlich sind diese Unterschiede zum Teil durch das Plasma mitbedingt; jedenfalls unterscheiden sich die angeführten Zelltypen auf fixierten Präparaten nicht meßbar im isoelektrischen Punkt der Kernstrukturen. Bei den Leydigschen Zellen riefen alle Mittel vitale Kernfärbung hervor, die die sauren Sekretschollen in stärkerem Maße zur Verquellung oder zum Schrumpfen brachten. Es ist leicht zu beweisen, daß alle Schädigungen bei differenzierten Zellen ausgesprochen zellspezifisch verschieden wirken.Die Chromosomen aller Mitosestadien reagieren genau so zellspezifisch wie die Chromatinstrukturen der Ruhekerne. Es ergibt sich aus dem Verhalten bei der Vitalfärbung für die untersuchten Zelltypen eine bestimmte stoffliche Kontinuität aller Chromatinstrukturen.Im Zusammenhang mit den Untersuchungen Zeigers kann daher behauptet werden, daß zwischen den protoplasmaphysiologischen und cytogenetischen Untersuchungen über den Zellkern kein Gegensatz zu bestehen braucht.Es ist nicht möglich, bei der Vitalfärbung grundsätzlich zwischen passiven Speicherungsprozessen für basische Farbstoffe und der aktiven Speicherung saurer Farbstoffe zu unterscheiden, sowie durch die Vitalfärbung mit basischen Farbstoffen Paraplasma, leblose Zellprodukte und Protoplasma auseinander zu halten oder auf einfache Weise lebendes und totes Plasma durch ihr unterschiedliches Reduktionsvermögen für basische Vitalfarbstoffe zu trennen.Im Absterbeprozeß werden bei manchen Zelltypen (z. B. Ez) Beziehungen zwischen benachbarten Zellen offensichtlich, die bei den LZ allem Anschein nach fehlen. Es ist nicht möglich, färberisch ein Vorauseilen bestimmter Zellstrukturen im Absterbeprozeß festzustellen; stets treten Veränderungen in bezug auf das Ergebnis der Anfärbung mehr oder minder gleichzeitig in allen Zellstrukturen ein. Die extrazellulären Bildungen sind in ihrem Verhalten von den zugehörigen Zellen abhängig, so daß wir auch hier von vitalen Färbungen sprechen können.Auf Grund der vorliegenden Erfahrungen wird vorgeschlagen, als vitale Färbung nur die Färbungserscheinungen an sicher noch lebenden Histosystemen in lebenden Organismen zu bezeichnen. Als supravitale Färbung kann die Färbung isolierter Histosysteme gekennzeichnet werden, soweit die Vitalität durch Fortdauer bestimmter Stoffwechselerscheinungen, Fortpflanzungsmöglichkeit oder aber Reversibilität bestimmter Färbungserscheinungen in geschädigten Zellen bewiesen werden kann. Von diesen Färbungserscheinungen ist die postmortale (oder postvitale oder auch histologische) Färbung toter Histosysteme grundsätzlich scharf zu trennen.