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Die sekretorischen Phospholipasen A2 (sPLA2) sind eine Familie von Enzymen, die von Glycerophospholipiden spezifisch Fettsäuren abspalten. Bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt wurden im Menschen neun verschiedene sPLA2-Subtypen identifiziert, die in zahlreiche physiologische und pathophysiologische Prozesse involviert sind. So sind sPLA2s in der humanen Epidermis maßgeblich am Aufbau der Permeabilitätsbarriere beteiligt. Darüber hinaus kontrollieren sie die Freisetzung von Arachidonsäure für die Produktion von Eicosanoiden, die sowohl für die Proliferation der Keratinozyten als auch für inflammatorische Prozesse und die Entstehung von Tumoren in der Haut von entscheidender Bedeutung sind.
Da bislang weder das detaillierte Expressionsmuster der einzelnen sPLA2-Enzyme noch deren spezifische Funktion in humaner Epidermis bekannt war, wurde in der vorliegenden Arbeit eine umfassende Analyse an Biopsien gesunder und erkrankter humaner Haut durchgeführt. Zusätzlich zum Nachweis der sPLA2-Expression in vivo wurden humane primäre Keratinozyten in vitro verwendet, um die Auswirkungen der Differenzierung der Keratinozyten auf die Expression der verschiedenen sPLA2-Enzyme zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen sowohl in gesunder Haut als auch in primären Keratinozyten eine starke Expression der sPLA2-IB, -IIF und -X in differenzierten Zellen, während die der sPLA2-IID und -V auf proliferierende Zellen beschränkt war. Die sPLA2-IIA hingegen wurde in gesunder Haut vor allem in der äußersten, verhornten Schicht der Epidermis nachgewiesen. Die Analyse der Haut von Patienten mit Psoriasis oder Atopischer Dermatitis, beides Erkrankungen, die mit einer Störung der Permeabilitätsbarriere assoziiert sind, zeigte im Vergleich zu gesunder Haut ein deutlich verändertes Expressionsmuster. So konnte in Biopsien kranker Haut eine verstärkte Expression der sPLA2-IIA und -IID nachgewiesen werden, während die sPLA2-V nicht detektiert werden konnte. Besonders auffallend war das Verteilungsmuster der sPLA2-X, die, im Gegensatz zu gesunder Haut, in der Epidermis erkrankter Haut nicht zu detektieren war. Dagegen konnte hier eine starke Färbung der Dermis nachgewiesen werden. Die Abwesenheit der sPLA2-X in der Epidermis unter entzündlichen Bedingungen könnte durch die Sekretion des Enzyms erklärt werden. So führte die Behandlung von HaCaT-Zellen, die als in vitro Modellsystem dienten, mit Psoriasistypischen TH-1-Zytokinen wie TNF a und IFN g zur Freisetzung der sPLA2-X ins Kulturmedium. Zudem induzierte die exogene Stimulation der Zellen mit rekombinanter sPLA2-X die Synthese des Eicosanoids Prostaglandin E2 (PGE2), das zu Entzündungsreaktionen in der Haut entscheidend beiträgt. Die weitere Analyse des Signaltransduktionsweges zeigte, dass der Effekt der exogenen sPLA2-X sowohl durch den Einsatz des sPLA2-spezifischen Inhibitors Methyl-Indoxam als auch durch die Hemmung der katalytischen Aktivität der zytosolischen PLA2 a (cPLA2 a) blockiert werden konnte. Da zudem Hydrolyse-Produkte der PLA2s, wie freie Fettsäuren und deren Metabolite, endogene Aktivatoren der Transkriptionsfaktoren PeroxisomProliferator-aktivierte Rezeptoren (PPAR) darstellen, wurde auch deren Rolle bei der PGE2-Produktion untersucht. Experimente mit dem PPAR g Antagonisten GW 9662 und dem PPAR g Aktivator Ciglitazon und die Untersuchung des Bindungsverhaltens der PPARs an ihre DNA-Konsensus-Sequenz nach Stimulation mit exogener sPLA2-X zeigten, dass insbesondere PPAR g (PPAR g) an der Signalweiterleitung beteiligt ist. Zudem hatte die Herunterregulation der sPLA2-X mittels RNA-Interferenz die Suppression von differenzierungsassoziierten Proteinen wie Involucrin und PPAR g zur Folge.
Die unterschiedliche Lokalisation der untersuchten sPLA2-Enzyme in gesunder und erkrankter Haut lässt darauf schließen, dass die einzelnen Subtypen in der humanen Epidermis unterschiedliche Funktionen wahrnehmen. So ist einerseits die sPLA2-IIA mit inflammatorischen Prozessen der Haut verbunden, andererseits korreliert insbesondere der Verlust der sPLA2-X in der Epidermis mit einer Störung der epidermalen Permeabilitätsbarriere, so dass dieses Enzym offenbar zum Aufbau der Permeabilitätsbarriere beiträgt. Unter entzündlichen Bedingungen kommt es allerdings, induziert durch Zytokine, zur Sekretion der sPLA2-X. In großen, nicht-physiologischen Mengen freigesetzt, ist das Enzym in der Lage, die Synthese von Eicosanoiden wie PGE2 zu steigern, und unterstützt dadurch die Entzündungsreaktionen in der Haut.
Für diese retrospektive Studie wurden 157 Sportlerinnen in den Sportarten Fußball, Handball und Basketball über ihre Verletzungen und Fehlbelastungsfolgen in einem Erfassungszeitraum von 4 Jahren befragt. Die Sportlerinnen wurden in die Leistungsklassen Hochleistungssport und Leistungssport eingeteilt.
Die Probandinnen waren im Fußball durchschnittlich 22,2 Jahre alt, hatten im Schnitt 12,7 Trainingsjahre hinter sich und trainierten 7,9 Stunden in der Woche mit einem prozentualen Krafttrainingsanteil von 23%. Die Wettkampfanzahl pro Jahr lag bei durchschnittlich 32,7. Die relativ kleine Anzahl von 7 Hochleistungsfußballerinnen kann diese Werte als zu niedrig verfälscht haben.
Im Handball lag das Durchschnittsalter bei 25,1 Jahren, 16,3 Trainingsjahren und 8,9 Wochenstunden Training mit 16% Krafttrainingsanteil. Die Zahl der Wettkämpfe betrug durchschnittlich 33,4 pro Jahr.
Die Basketballerinnen waren durchschnittlich 23,6 Jahre alt, seit 12,7 Jahren im Training und von 9,7 Stunden Wochentraining zu 18% im Kraftraum. Sie absolvierten 41,6 Wettkämpfe im Jahr.
Im Erfassungszeitraum von 4 Jahren trat bei fast allen Sportlerinnen, bis auf 4 Leistungssportlerinnen im Fußball, mindestens einmal akut eine Verletzung auf, bei allen jedoch mindestens einmal eine Fehlbelastungsfolge. Das heißt, dass 97% der Befragten mindestens einmal akut verletzt waren, in Sportarten aufgeteilt, dass zu 100% im Handball und Basketball jede Sportlerin mindestens einmal verletzt war.
Im Fußball ergab sich eine Verletzungshäufigkeit von 2,18 akuten Verletzungen, bzw. 2,25 Fehlbelastungsfolgen pro Jahr. Auf je 100 Belastungsstunden gab es 0,47 Verletzungen bzw. 0,50 Fehlbelastungsfolgen pro Jahr. Die Handballerinnen hatten eine Verletzungshäufigkeit von 2,55 pro Jahr und 2,12 Fehlbelastungsfolgen. Auf 100 Belastungsstunden entspricht dies einer Verletzungshäufigkeit von 0,53 akuten Verletzungen pro Spielerin und 0,43 Fehlbelastungsfolgen pro Jahr.
Im Basketball lag die Verletzungshäufigkeit bei 1,89 akuten Verletzungen und bei 1,71 Fehlbelastungsfolgen, bzw. bei 0,35 akuten Verletzungen und bei 0,32 Fehlbelastungsfolgen bezogen auf 100 Belastungsstunden.
Hochleistungssportlerinnen waren aufgrund des relativ hohen Trainingsumfanges und der Wettkampfbelastung gegenüber den Leistungssportlerinnen pro Jahr absolut gesehen häufiger verletzt und mussten mit mehr Fehlbelastungsfolgen rechnen.
Pro Belastungsstunde zeigten jedoch die Leistungssportlerinnen mehr
Sportverletzungen und auch Fehlbelastungsfolgen. Ein erhöhtes Trainingspensum bzw. Wettkampfpensum bedeuten also nicht gleichviel mehr Verletzungen.
Rund 52% aller akuten Verletzungen waren leichte Verletzungen ohne notwendige Sportpause oder ärztliche Behandlung, etwa 28% waren mittelschwer, d.h. sie machten eine Sportpause von kürzer als 2 Wochen und/oder eine Behandlung durch einen Arzt notwendig und etwa 19% waren schwerer Art mit ärztlicher Behandlung und einer Sportpause von länger als 2 Wochen.
77% aller Fehlbelastungsfolgen waren leichte, rund 20% mittelschwer und lediglich ca. 3% aller Fehlbelastungsfolgen schwer. Todesfälle oder Invaliditätsfälle konnte diese Studie nicht erfassen.
Die meisten Verletzungen ereigneten sich im Wettkampf mit ca. 52% im Vergleich zu etwa 48% im Training. Da nun aber die Wettkampfzeit deutlich geringer ist als die Trainingszeit, ergab sich in den einzelnen Sportarten folgende Relation: im Fußball liegt der Faktor, der eine Aussage über die erhöhte Verletzungswahrscheinlichkeit im Wettkampf macht, bei 9, im Basketball bei 17 und im Handball ergab sich der Faktor 20. Diese Zahlen verdeutlichen die erhöhte Risikobereitschaft und damit
Verletzungsgefahr im Wettkampf.
Die häufigsten Verletzungen betrafen die Muskeln mit über 30% aller Verletzungen, insbesondere im Fußball und Handball, gefolgt von Gelenkverletzungen wie Supinationstraumata im oberen Sprunggelenk, besonders im Fußball und Basketball, und Distorsionen der Finger, besonders Handball und Basketball. Die meisten Fehlbelastungsfolgen zeigten sich an Gelenken, wie Hüftgelenk und Sprunggelenk im Fußball, Schulter-, Ellenbogen- und Kniegelenk im Handball und Sprung- und Kniegelenk im Basketball.
Die meisten der oben aufgeführten Beschwerden zogen keine weiteren
Konsequenzen wie Trainingsausfall oder Notwendigkeit einer ärztlichen Behandlung nach sich, sie sollten jedoch Anlass dafür sein, diese als erste Warnsymptome des Körpers zu erkennen, um weitere Schäden vermeiden zu können. Rund 3% aller Verletzungen oder Fehlbelastungsfolgen waren Frakturen, insbesondere im Fußball traten Zehen-, Clavicula-, Nasenbein- und Kieferfrakturen auf. 10% aller Frakturen waren Stressfrakturen.
Die meisten akuten Verletzungen ereigneten sich an der unteren Extremität mit über 50, in allen drei Sportarten, am häufigsten im Fußball (66% im Leistungssport und 59% im Hochleistungssport) und Basketball (67% im Hochleistungssport und 55% im Leistungssport). Auch die Fehlbelastungsfolgen waren an der unteren Extremität am häufigsten, im Basketball 67%, im Handball über 50% und im Fußball 48%.
Die obere Extremität war bei allen drei Sportarten (Fußball 18%, Handball und Basketball je 35%) am zweithäufigsten Ort akuter Verletzungen. Nur im Handball waren auch die Fehlbelastungsfolgen am zweithäufigsten betroffen. Dies war der Rumpf mit 36% im Fußball und 20% im Basketball.
Akute Verletzungen in der Kopfregion traten mit 14% im Fußball, mit 12% im Handball und mit knapp 5% im Basketball auf. Fehlbelastungsfolgen waren nur im Fußball mit fast 10% erwähnenswert.
Der Rumpf war in allen drei Sportraten selten akut verletzt, im Fußball mit fast 3% Anteil an allen akuten Verletzungen noch am häufigsten. Fehlbelastungsfolgen in der Rumpfregion traten bei den Handballerinnen mit fast 11% am seltensten auf.
Die meisten akuten Verletzungen pro Spielerin und Jahr zogen sich die Hochleistungsspielerinnen im Vergleich zu den Leistungssportlerinnen zu, im Fußball mit 2,68, im Handball mit 2,55 und Basketball mit 2,42 pro Spielerin und Jahr. Bei den Leistungssportlerinnen verletzten sich akut pro Jahr mit 2,54 Verletzungen die Handballerinnen, mit 2,08 die Fußballerinnen und mit 1,7 Verletzungen die Basketballerinnen.
Auf je 100 Belastungsstunden, Trainings- und Wettkampfstunden addiert, verletzten sich mit 0,58 akuten Verletzungen pro Jahr am häufigsten die Handballerinnen aus dem Leistungsbereich, gefolgt von den Fußballerinnen mit 0,48 Verletzungen im Leistungs- und 0,45 im Hochleistungsbereich. Die Handballerinnen im Spitzenbereich waren 0,34mal im Jahr akut verletzt. Mit 0,31 im Hochleistungsbereich bzw. 0,37 im Leistungsbereich verletzten sich die Basketballerinnen am seltensten.
Insgesamt gesehen verletzten sich am häufigsten pro Jahr und Spielerin die Handballerinnen mit durchschnittlich 2,55 Verletzungen, die Fußballerinnen mit 2,18 und die Basketballerinnen mit 1,89 Verletzungen.
Auf 100 Belastungsstunden ergab sich die gleiche Reihenfolge.
Die meisten Fehlbelastungsfolgen traten mit 2,54 pro Spielerin und Jahr im Hochleistungsbereich der Fußballerinnen auf und mit 2,48 im Handball des Spitzenbereichs. Mit 1,79 im Leistungsbereich bzw. 1,48 im Hochleistungsbereich waren die Basketballerinnen am seltensten verletzt.
Auf 100 Belastungsstunden zeigt sich mit 0,52 pro Spielerin und Jahr bei den Fußballleistungsspielerinnen die größte Verletzungshäufigkeit, gefolgt von den Handballerinnen im gleichen Leistungsniveau. Mit 0,19 Fehlbelastungsfolgen waren die Basketballerinnen im Hochleistungsbereich am seltensten verletzt.
Alle Sportlerinnen in der jeweiligen Sportart, zusammen betrachtet, zeigen, dass die Fußballerinnen mit 2,48 Fehlbelastungsfolgen pro Jahr zu rechnen haben, Handballerinnen mit 2,12 und Basketballerinnen mit 1,71 Fehlbelastungsfolgen.
Der überwiegende Teil aller akuten Verletzungen und Fehlbelastungsfolgen blieb für die Spielerinnen ohne Konsequenzen, d.h. sie hatten keine Sportpause und benötigten keinen Arztbesuch, in dieser Studie als leichte Verletzungen/Fehlbelastungsfolgen definiert.
Etwa jede vierte Verletzung bei den Basketballerinnen war von schwerer Art, d.h. eine Sportpause von länger als 2 Wochen und eine ärztliche Behandlung waren notwendig, darunter z. Bsp. Außenbandrupturen am oberen Sprunggelenk und Meniskusschäden. Etwa jede fünfte akute Verletzung, wie z. Bsp. Commotio cerebri, Nasenbeinfrakturen oder Distorsionen des Schultergelenkes, zwang die Fußballerinnen und Handballerinnen zu einer zweiwöchigen Sportkarenz.
Schwere Fehlbelastungsfolgen, wie z.B. Stressfrakturen der Tibia, hatten in allen drei Sportarten nur einen verschwindend geringen Anteil.
Vor Beginn eines leistungsmäßig-betriebenen Sports sollte eine sportärztliche Untersuchung durchgeführt werden, um Verletzungen und Überlastungsschäden, die aufgrund von anatomischen Varianten oder pathologischen Bewegungsmustern entstehen könnten, zu vermeiden, bzw. zu reduzieren. Pathologische Befunde bei Jugendlichen können Grund dafür sein, dass vom leistungsmäßigen Spiel abzuraten ist, um Sportschäden zu vermeiden.
Am Anfang sollte die Sportlerin für Materialbeschaffung fachkundigen Rat einholen, um mit optimalem Schutz (z. Bsp. Schienbeinschützer, hohe Basketballschuhe) einer Verletzung vorzubeugen.
Anatomische Varianten und Fehlstellungen des Bewegungsapparates sollten durch entsprechendes Material (z. Bsp. Einlagen, Sprunggelenksorthesen, Tape), aber auch durch ein gezieltes, individuelles Kraft-, Koordinations- und Techniktraining ausgeglichen werden. Besonders der Ausgleich einer muskulären Dysbalance im Bereich der Sprunggelenke (z. Bsp. Supinationstraumata) könnte das Verletzungsrisiko in dieser Region reduzieren.
Das Tapen bestimmter Gelenke (z. B. twin-taping an den Fingern) oder das sog. „physiologische Tapen“ sollte fachkundig angeleitet und ausgeführt werden.
Fehlerhafte Technik, mangelnde Kondition und mangelnder Trainingsaufbau sind ebenfalls Ursache für Verletzungen und Überlastungsschäden.
Somit ist die Zusammenarbeit von Ärzten, Trainern, Sportpsychologen und Physiotherapeuten von großer Bedeutung, um auf ausreichende Regenerationszeiten, realistische Zielsetzungen in der Rehabilitation, gesunde und richtige Ernährung sowie auf einen gutstrukturierten Trainingsaufbau achten zu können.
Im leistungsmäßig-betriebenen Sport ist die Risikobereitschaft immer hoch, so dass besonders im Auftreten von weiteren Faktoren wie Konzentrationsschwäche, Müdigkeit, mangelhaften Materials, fehlerhafter Ernährung etc. ein erhöhtes Verletztungspotential vorliegt.
Der überwiegende Anteil aller in dieser Studie erfassten Verletzungen trat während eines Wettkampfes auf, auch durch den Einfluss des Gegners. Um den Anteil an den Verletzungen, die aufgrund von Regelwidrigkeiten entstanden sind, zu reduzieren, sind von den Schiedsrichtern diese Regelverstöße konsequent zu ahnden, bzw. die Spielregeln durch die Sportverbände zu ändern.
Die ethnografische Feldstudie untersucht die Lebenswege von jungen muslimischen Männern, die in einer armutsbetroffenen und stigmatisierten Hochhaussiedlung in der urbanen Peripherie aufwachsen. Sie vergleicht die Lebenswege derjenigen, die ein Hochschulstudium aufnehmen (college boys) mit der Gruppe derjenigen, die sich in der informellen Ökonomie der 'Straße' mit dem Drogenhandel als wichtigstem Zweig betätigen (corner boys). Die Lebensverläufe der jungen Männer, deren Familien meist im Zuge der Anwerbemigration ab den 1960er Jahren aus Marokko oder aus der Türkei eingewandert sind, werden anhand der Lebensverlaufstheorie (life course theory) von Glen Elder und Janet Giele erklärt. Die ethnografischen Beschreibungen werden methodisch um biografische Interviews mit college boys und corner boys und um Expertinneninterviews mit Fachleuten aus Organisationen wie Kitas, Schulen oder einer Moschee ergänzt. Die ethnografischen Beobachtungen werden auch ins Verhältnis zu Befunden aus der interdisziplinären sozialwissenschaftlichen Literatur gesetzt, die wiederum mit den in der Studie erhobenen und sehr persönlichen Lebensgeschichten von corner boys und college boys kombiniert werden. Der Forscher hatte während der Feldarbeit eine Doppelrolle, da er nicht nur als Ethnograf tätig war, sondern auch für die Stadt als Streetworker bzw. Sozialarbeiter in der Hochhaussiedlung beschäftigt war. Insofern gibt die Feldstudie auch einen Einblick in die staatlichen Unterstützungssysteme der Sozialen Arbeit.
Im Ergebnis entsteht die Geschichte eines sozialräumlich segregierten Milieus seit der Migration der Großeltern nach Deutschland. Sowohl für college boys als auch für corner boys dient die harte Lohnarbeit ihrer Eltern und Großeltern als negative Kontrastfolie. College boys streben nach beruflichem Erfolg und Anerkennung durch Bildungsabschlüsse. Corner boys hingegen leisten Widerstand gegen die Arbeitsethik und andere dominante Normen und wenden sich von der Lohnarbeit im Allgemeinen ab. In den Lebensverläufen von college boys wirken bestimmte Schutzfaktoren, die ihnen einen Bildungsaufstieg trotz armutsgeprägter Lebensverhältnisse ermöglichen. Zu diesen Schutzfaktoren zählen ein stabiler Familienkontext mit engen Bindungen, die Organisation eines strukturierten Alltags in Kindheit und Jugend mit Aktivitäten wie Nachhilfe und Sportvereinen und der praktizierte Islam mit seiner engen Verbindung von Glaube, Bildung und Abstinenz.
Durch die Arbeit entsteht ein Perspektivwechsel auf Hochhaussiedlungen der untersuchten Art. Statt der üblichen symbolischen Abwertung erscheinen sie durch die beschriebenen intergenerationalen Bildungsaufstiege als Orte mit besonders hoher sozialer Mobilität. Auf der anderen Seite wird mit den corner boys aber auch eine Gruppe beschrieben, in der sich Prekarität aufgrund von Ausgrenzungserfahrungen und einer anschließenden Resignation verfestigt hat. Die college boys bekommen Raum zur Entfaltung, während die corner boys metaphorisch gesprochen im Raum der Hochhaussiedlung gefangen bleiben. Die Faktoren, die diesen Unterschied erklären, werden in der Arbeit beleuchtet.
In this dissertation, we look at environmental effects in extreme and intermediate mass ratio inspirals into massive black holes. In these systems, stellar mass compact objects orbit massive black holes and lose orbital energy due to gravitational wave emission and other dissipative forces. We explore environmental interactions with dark matter spikes, stellar distributions, accretion disks, and combine and compare them. We discuss the existence and properties of dark matter spikes in the presence of these environmental effects. The signatures of the environmental effects, such as the phase space flow, dephasing, deshifting of the periapse, and alignment with accretion disks, are examined. These signatures are quantified in isolated spike systems, in dry, and in wet inspirals. We generally find dark matter effects to be subdominant to the other environmental effects, but their impact on the waveform is still observable and identifiable. Lastly, the rates of inspirals and the impact of spikes are estimated. All of these results are obtained with the help of a code imripy that is published alongside. If dark matter spikes exist, they should be observable with space-based gravitational wave observatories.
Microstates sind kurzzeitig andauernde, wiederkehrende elektrische Potentialfelder über dem Kortex. Ein Großteil der Signalvarianz des
Elektroenzephalogramms (EEG) wird durch vier repräsentative räumliche Potentialverteilungen (Topographien) abgedeckt, welche bereits im Wachzustand und im Schlaf identifiziert wurden und kanonisch als Karten A-D bezeichnet werden. Microstates wurden in den vergangenen Jahren vor allem im Ruhe-Wach-EEG untersucht, über andere Vigilanzzustände hingegen wissen wir bisher wenig. Klassischerweise analysieren wir verschiedene Vigilanzzustände im Elektroenzephalogramm anhand von Frequenzen und Graphoelementen, die Microstate-Analyse hingegen betrachtet in erster Linie die räumliche Verteilung des kortikalen Potentials zu einem jeweiligen Zeitpunkt.
Die vorliegende Studie hatte zum Ziel, die zeitliche Abfolge von Microstates im Wachzustand und im Schlaf zu charakterisieren. Mittels informationstheoretischer Ansätze können die dynamischen Eigenschaften der Microstate-Sequenz direkt mit den frequenzbasierten Eigenschaften des zugrundeliegenden EEG verglichen werden. Es wurden die Ruhe-Wach- und Schlafdaten von 32 gesunden Probanden analysiert. Hierbei fand sich eine Zunahme der mittleren Microstate-Dauer und der Relaxationszeit der Übergangsmatrix, was langsamere Dynamiken im Schlaf anzeigt. Erstaunlicherweise konnte im Tiefschlaf mehr als die Hälfte der Sequenzen nicht von einem simplen Markov-Modell unterschieden werden, was für eine Abnahme der Komplexität der Microstate-Sequenzen spricht. Die Entropierate der untersuchten Sequenzen nahm mit zunehmender Schlaftiefe ab, was weniger
Zufall bzw. eine größere Vorhersagbarkeit innerhalb der Sequenzen bedeutet.
Darüberhinaus konnte gezeigt werden, dass Microstates immer dann periodisch auftreten, wenn das zugrundeliegende EEG eine dominante Grundfrequenz aufweist, sodass oszillatorische Hirnaktivität auch auf der Microstate-Ebene verfolgbar ist. Hierdurch ist es möglich, physiologische Vigilanzzustände quantitativ voneinander zu unterscheiden.
Interpretiert man Microstates als Korrelate neuronaler Netzwerke, scheinen im Schlaf dieselben oder ähnliche Netzwerke aktiviert zu werden wie im Wachzustand, allerdings mit zunehmender Schlaftiefe langsamer und auf eine weniger komplexe Art und Weise.
Oxytocin, welches primär als Hormon bekannt ist, beeinflusst als Neuromodulator viele kognitive Prozesse, die an sozialem Verhalten, wie Sprache, beteiligt sind. Einerseits verändert es akustische Merkmale von gesprochener Sprache, andererseits erleichtert es auf perzeptueller Ebene die Emotionserkennung in der Sprachwahrnehmung und Körpersprache. Bislang war nicht bekannt, wie Oxytocin Hirnaktivität während des Sprechens verändert. Wir hypothetisierten, dass dieser Neuromodulator ähnlich wie Dopamin kortiko-basale Schaltkreise bahnen könnte.
Wir führten eine doppelt-verblindete Verhaltens- und funktionelle Kernspintomographiestudie durch, in der 52 gesunde Probanden an zwei getrennten Untersuchungsterminen entweder intranasales Oxytocin oder ein Placebo erhielten. Die Teilnehmer lasen Sätze außerhalb des Kernspintomographen und im Scanner leise oder laut mit entweder neutraler oder fröhlicher Intonation vor.
Die Verabreichung von Oxytocin erhöhte den zweiten Formanten der produzierten Vokale. Höhere Frequenzen dieses akustischen Parameters wurden zuvor mit einer positiven Valenz gesprochener Sprache in Verbindung gebracht; jedoch konnten unabhängige Beurteiler*innen die akustischen Unterschiede in unserem experimentellen Setting nicht konsistent unterscheiden.
Als neuronales Korrelat verstärkte Oxytocin die präparatorische subkortikale Gehirnaktivität im ventralen Pallidum und Striatum. Auch kortikal erhöhte Oxytocin präparatorische Gehirnaktivität in Regionen des dorsalen wie auch des ventralen Sprachverarbeitungsstroms, in sensomotorischen Kortizes und limbischen sowie exekutiven Regionen. In einigen dieser Regionen modulierte der genetische Oxytocin- Rezeptor-Polymorphismus rs53576 die durch die Oxytocin-Verabreichung verursachte Gehirnaktivität. Ähnlich wie Dopamin modulierte Oxytocin außerdem kortiko-basale Schaltkreise, die an der Generierung von fröhlicher Prosodie beteiligt sind. Während der Vorbereitung von Sprache erhöhte der Neuromodulator die funktionelle Konnektivität zwischen dem ventralem Pallidum und dem dorsolateralen präfrontalen Kortex mit einem spiegelbildlichen Profil während des eigentlichen Sprechens, einen Effekt den wir als „gating“ (Bahnung) interpretierten.
Unsere Ergebnisse legen nahe, dass mehrere neuronale Prozesse, die der Sprachproduktion zugrundeliegen, durch Oxytocin moduliert werden. Das Muster ähnelt hierbei dem anderer Neuromodulatoren wie Dopamin. Die vorliegende Arbeit charakterisiert somit erstmals Oxytocineffekte auf die mit Sprachproduktion assoziierte Hirnaktivität und funktionelle Konnektivität.
Hintergrund: Bei der Operation einer ATAD sind Patienten aufgrund multipler komplexer Faktoren gefährdet perioperative permanente neurologische Defizite zu erleiden. Da perioperative PND die Mortalität signifikant steigern, ist die Kenntnis über potentielle Risikofaktoren für ein PND von großem Wert, nicht zuletzt um bestmöglich auf jeden Patientenfall vorbereitet sein zu können und Therapiestrategien zu optimieren.
Diese retrospektive Studie soll prä- und intraoperative Risikofaktoren für die Entstehung eines PND nach der Operation einer ATAD herausfiltern.
Material und Methoden: Patientendaten von Patienten mit ATAD (n=305), die sich im Zeitraum von 2001 – 2017 am Universitätsklinikum Frankfurt in der Abteilung für Herz- und Gefäßchirurgie einer Operation unterzogen haben, wurden retrospektiv mittels univariater Analyse und multivariater logistischer Regression analysiert.
Ergebnisse: Die PND-Rate innerhalb der Studienpopulation betrug 13%. Mit hoher statistischer Signifikanz konnte eine Form der hämodynamischen Instabilität als präoperativer Risikofaktor für die Entstehung eines perioperativen PND identifiziert werden (OR 9,53; p<0.001). Weiterhin konnte gezeigt werden, dass das Vorhandensein einer Karotisstenose das perioperative PND-Risiko ungünstig beeinflusst (OR 2,68, p=0,04). Ein präoperativer Sinusrhythmus kann die perioperative PND-Rate günstig beeinflussen (OR 0,2, p=0,01). Die univariate Analyse konnte signifikant belegen, dass Operationszeiten > 300 Minuten und EKZ-Zeiten > 160 Minuten das PND-Risiko ungünstig beeinflussen. Andere Risikofaktoren wie z.B. die Art der Hirnperfusion oder der Grad des hypothermischen Kreislausstillstandes, die zumindest klinische Signifikanz zu haben scheinen, konnten in dieser Arbeit keine statistische Signifikanz erzielen, was ggf. Ausdruck der Limitationen retrospektiver Arbeiten ist.
Fazit: Eine hämodynamische Instabilität stellt einen präoperativen Risikofaktor für die Entstehung eines PND nach der Operation einer ATAD dar. Zu den identifizierten präoperativen Risikofaktoren, die die PND-Rate ungünstig beeinflussen gehört außerdem das Vorhandensein einer Karotisstenose, während das Vorhandensein eines Sinusrhythmus die PND-Rate günstig beeinflusst.
Das Zeitmanagement bei der Operation einer ATAD ist entscheidend, um peri-operativen PND vorbeugen zu können. Eine Operationszeit > 300 Minuten und eine EKZ-Zeit von > 160 Minuten sind mit wesentlich höheren PND-Raten assoziiert und stellen somit intraoperative Risikofaktorenfür die Entstehung eines PND bei der Operation einer ATAD dar.
Die akute Nierenschädigung ist ein häufiges klinisches Erscheinungsbild, das trotz der heutigen Erkenntnisse über pathophysiologische Abläufe in der Niere mit einer erhöhten Morbidität und Mortalität assoziiert ist. Die eigene Fähigkeit der Niere zur Regeneration stellt ein Potenzial dar, das durch die Unterstützung pro-regenerativer Faktoren das Patientenüberleben verbessern kann. Das Wissen, dass die akute Nierenschädigung ein reversibles Ereignis darstellt, bestärkt den Einsatz der Forschung pro-regenerative Einflussfaktoren zu bestimmen, deren Zusammenhang darzustellen und eine mögliche Strategie zur innovativen Therapie zu entwickeln. Um eine akute Nierenschädigung darzustellen und anschließend auf regenerative Prozesse zu untersuchen, wurde ein Cisplatin-induziertes in vitro-Schädigungsmodell an primären Tubulusepithelzellen (mTEZ) aus Wildtyp Mäusen etabliert. Nach Isolation und Kultivierung primärer mTEZ erfolgte die Schädigung mit Cisplatin, die anhand eines Zytotoxizitätsnachweises quantifiziert wurde. Makrophagen zeichnen sich durch ihre funktionale Vielfalt in physiologischen als auch pathophysiologischen Abläufen aus. Ihre Plastizität ermöglicht es ihnen, sich entsprechend des umgebenden Milieus mit ihrem Phänotyp anzupassen und folglich in Form eines pro-regenerativen Makrophagen Proliferation und Reparaturprozesse zu unterstützen. Für die Untersuchung einer Makrophagen-vermittelten, pro-regenerativen Wirkung auf geschädigte mTEZ wurden primäre Zellen aus dem Knochenmark von Mäusen isoliert und zu Makrophagen differenziert. Zur Ausprägung eines pro-regenerativen Makrophagen Phänotyps erfolgte die Stimulation der kultivierten Makrophagen durch Inkubation mit Interleukin-10 (IL-10) und die Herstellung eines konditionierten Mediums (KM). Lipocalin-2 (Lcn-2) ist bekannt als früher Biomarker im Rahmen der akuten Nierenschädigung, aber zeichnet sich zusätzlich durch seine pro-proliferative Wirkung und regenerative Funktion aus. Lcn-2 ist ein Protein, das Eisen mit hoher Affinität bindet und in Makrophagen als alternativer Eisen-Transportmechanismus dient. In der vorliegenden Untersuchung stellte sich bei Stimulation mit IL-10 ein pro-regenerativer Makrophagen Phänotyp dar, der sich durch eine erhöhte Eisenfreisetzung und dem erhöhten Nachweis von Eisen-beladenen Lcn-2 im KM auszeichnete (holo-Lcn-2). Um den Zusammenhang von Lcn-2 aus IL-10-stimulierten Makrophagen und die regenerativen Eigenschaften auf mTEZ zu untersuchen, wurde ein Versuchsaufbau etabliert, indem mTEZ mit Cisplatin geschädigt und anschließend ein KM von IL-10-stimulierten Wildtyp (WT) oder Lcn-2 knockout Makrophagen hinzugefügt wurde. Zusätzlich wurde ein rekombinantes holo-Lcn-2 hergestellt, das als Zugabe zu KM von Lcn-2 knockout Makrophagen der Wiederherstellung und der Untersuchung eines Lcn-2-abhängigen Mechanismus diente. Als Merkmal einer Zellregeneration wurden die epitheliale Integrität und die Reorganisation des Zytoskeletts bestimmt. Ergänzend konnte mit Hilfe der Expression von Proliferationsmarkern sowie einer Echtzeitmessung der Proliferationsrate eine zunehmende Proliferation geschädigter mTEZ nach Zugabe von KM aus Makrophagen in Abhängigkeit von Lcn-2 bewiesen werden. Anschließend wurde eine Analyse des Eisengehalts im Zelllysat von mTEZ durchgeführt. Hierbei konnte ein signifikanter Anstieg des Eisengehaltes in mTEZ nach Zugabe von KM aus WT Makrophagen als auch durch Ergänzung von rekombinanten holo-Lcn-2 zu KM aus Lcn-2 knockout Makrophagen nachgewiesen werden. In der Korrelation zwischen Eisenmenge im Zelllysat der mTEZ und der Proliferationsrate ergab sich eine zunehmende Proliferation mit Anstieg des Eisengehaltes der Zelle. Zusammenfassend ergaben unsere Untersuchungen, dass KM aus pro-regenerativen Makrophagen die Überlebensfähigkeit von mTEZ nach Cisplatin-Schädigung steigert. Es zeigte sich auch eine durch Lcn-2 geförderte epitheliale Integrität sowie ein pro-proliferativer Effekt. Die regenerativen Effekte an mTEZ wurden durch Lcn-2 aus KM von IL-10-stimulierten Makrophagen über seine Eisen-bindende Funktion vermittelt. Über die Ausschüttung von Lcn-2 vermitteln pro-regenerative Makrophagen vermutlich die Zell-Regeneration von mTEZ, indem Lcn-2 toxisches Eisen von geschädigten und apoptotischen Zellen aus der Umgebung bindet, es Zielzellen als holo-Lcn-2 zur Verfügung stellt und hierdurch die Proliferation induziert.
The evolution of cell-free protein synthesis (CFPS) over recent decades has made it a widely used system for expressing membrane proteins (MPs). Unlike traditional methods, CFPS allows direct and translocon-independent expression of MPs within lipid membranes, such as liposomes or nanodiscs (NDs), without the need for detergent solubilization. This open nature of CF systems enables customization of the experimental environment, including expression conditions, choice of nanoparticles (NPs), lipid composition, and addition of stabilizing molecules.
Membrane scaffold protein (MSP)-based NDs emerged as a gold standard for cotranslational solubilization of MPs using the CF-system. This approach allowed not only biochemical characterization, but also structural studies of MPs and even GPCRs. However, to solubilize MPs inside nanoparticles via the traditional reconstitution route, apart from MSPs other scaffolds were successfully implemented, e.g. the saposin A (commercially known as Salipro) scaffold system or the synthetic styrene maleic acid lipid particles (SMALPs). In this study the potential of saposin A-based nanoparticles (SapNPs) was explored for cotranslational MP solubilization.
Three strategies for applying SapNPs in CF systems were investigated: preassembly, (i) coassembly (ii), and coexpression (iii). (i) Preassembly involved forming SapNPs before CF expression and adding them to the CF reaction. In coassembly mode SapA and lipids were mixed in the CF reaction for spontaneous assembly with the synthesized MP. In coexpression mode lipids were added to the CF reaction while coexpressing SapA with the MP target. Proteorhodopsin (PR) served as a model protein to evaluate these strategies due to its ability to oligomerize and straightforward quantification using the cofactor retinal. Preassembled SapNPs provided homogeneous, aggregate-free particles yielding up to 200 µM solubilized PR inside in the CF reaction. Coassembly was also successfully applied to produce PR/SapNP complexes at slightly lower yields, however the system was prone to produce soluble aggregates at too high PR template concentrations and overall needed more adjustments. Coexpression resulted in PR yields below 20 µM and was not considered viable for MP production. Finally, the preassembled SapNPs were used to produce functional G-protein coupled receptor probes. Despite lower overall performance compared to MSP-based systems, SapNPs showed potential as an alternative in CF systems for specific MPs.
The second optimization approach was directed at the CF lysate itself. CF synthesis for NMR analysis benefits from selective labeling schemes enabled by truncated amino acid (AA) metabolic pathways in lysates, reducing spectral ambiguity. However, residual enzymatic AA conversions persist, leading to label dilution and ambiguous NMR spectra. This study aimed to eliminate these residual activities in the E. coli A19 strain, generating optimized CF lysates for NMR applications.
The approach involved cumulative gene deletions of the most problematic scrambling enzymes. The new strain, “Stablelabel,” included deletions and modifications in genes asnA, ansA, ansB, glnA, aspC, and ilvE, effectively eliminating background activities of L-Asn, L-Asp, and conversions of L-Glu to L-Asp and L-Gln. However, residual conversion of L-Gln to L-Glu persisted due to glutaminase activity of several glutaminases using the inhibitor 6 diazo-5-oxo-L-norleucine (DON). Stablelabel showed a slightly slower growth than A19, and an overall good performance with 2.7 mg/mL GFP expressed in the reaction mixture (RM) compared to the parental A19 strain with 3.5 mg/mL. Furthermore, the strain was successfully applied to demonstrate methyl group labeling of MPs using preconverted L-val and L-leu from their respective precursors 2-ketoisovalerate and 4-methyl-2-oxovalerate.
In this study, lipid nanoparticle particle-and strain engineering vividly demonstrated the potential of CFPS systems and their versatility. While the SapNP system requires further engineering to potentially reach the efficiency of the well-studied MSP NDs, this study provides an example of nanoparticle characterization allowing new insights into NP behavior in CF systems. Furthermore, it was shown that strain engineering is a straightforward solution to tailor CF lysates to the individual requirements. After this thesis was submitted, Stablelabel in fact was successfully applied for backbone assignment of casein kinase 1, thereby demonstrating its suitability to express complex targets for NMR studies.
The hepatitis B virus is one of the most common causes of virus-related chronic liver disease and remains a major global health problem affecting 296 million people worldwide. Despite an available and highly effective vaccination, hepatitis B infections lead to an annual mortality rate of approximately 0.8 million people. The global prevalence is heterogeneously distributed and reflects a high infections and chronicity, particularly in low-income countries, due to a lack of vaccination strategies, underdiagnosis and low treatment rates. A complete cure remains undiscovered to this day. Based on their genetic makeup, the virus is categorized into nine genotypes with a genetic difference of more than 8% within the sequence. In addition to their geographical distribution, hepatitis B virus genotypes also differ in terms of their clinical outcome, pathogenesis and treatment response.
The viral protein HBx is known to interact with several cellular signaling pathways and is thereby accounted as the driving force in the development of hepatitis B virus-associated pathogenesis and progression of hepatocellular carcinoma. In particular, HBx interacts with mitochondria and induces profound alterations in the mitochondrial morphology and function with a severe impact on the liver’s physiology and with an emerging role in liver-related disease progression.
This study aims to investigate the genotype-related impact of HBx with regard to their interaction with cellular signaling pathways. A particular focus was placed on mitochondria-dependent interactions and signaling pathways in order to broaden the understanding of the genetic diversity of the genotypes.
Differences between genotypes of HBx were examined and compared through in vitro experiments based on a cell culture-based system. Plasmid DNA encoding the HBx protein of the different genotypes was transiently transfected into Huh7 or HepG2 cells and examined for molecular and protein-biochemical effects on the host cell, usually 72 hours after transfection. This study focused on the most common genotypes A, B, C, D, E and G worldwide.
Based on initial kinome profiling analyses, it was found that HBx differs greatly within their genetic variants and suggests different effects on overall cell function and in particular on mitochondrial kinases. Furthermore, confocal laser scanning microscopy reveals profound HBx-mediated changes in the mitochondrial network structure, however with major differences among the different genotypes. In particular, HBx of genotypes A and G causes enormous fragmentation of mitochondrial structures, accompanied by emergent changes in mitochondrial function. Due to an increased interaction with the voltage-dependent anion channel 3, a significant loss of mitochondrial membrane potential was also observed, together with an increased radial oxygen stress level and an induction of central mitochondria-dependent inflammatory mediators. In contrast, the contribution of HBx-genotype B and E reveals only moderate effects in these regards. Using a pH-sensitive reporter system, HBx genotypes which previously indicated a strong distribution in the mitochondrial morphology and function, also showed an elevated mitophagy through the PINK1/Parkin-mediated pathway. This study provides direct evidence that HBx-mediated changes in host cell signaling pathways, especially in mitochondrial-associated pathways, fundamentally dependent on the different genotypes. In addition, the results also indicate an important role of HBx in the process of genotype-dependent liver pathogenesis and provide insight into the underlying cellular mechanisms and signaling pathways.