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Cortex-wide BOLD fMRI activity reflects locally-recorded slow oscillation-associated calcium waves
(2017)
Spontaneous slow oscillation-associated slow wave activity represents an internally generated state which is characterized by alternations of network quiescence and stereotypical episodes of neuronal activity - slow wave events. However, it remains unclear which macroscopic signal is related to these active periods of the slow wave rhythm. We used optic fiber-based calcium recordings of local neural populations in cortex and thalamus to detect neurophysiologically defined slow calcium waves in isoflurane anesthetized rats. The individual slow wave events were used for an event-related analysis of simultaneously acquired whole-brain BOLD fMRI. We identified BOLD responses directly related to onsets of slow calcium waves, revealing a cortex-wide BOLD correlate: the entire cortex was engaged in this specific type of slow wave activity. These findings demonstrate a direct relation of defined neurophysiological events to a specific BOLD activity pattern and were confirmed for ongoing slow wave activity by independent component and seed-based analyses.
Funktionelle Analyse der Helper-Component Proteinase (HC-Pro) aus Zucchini Yellow Mosaic Virus
(2010)
In dieser Arbeit wurde der Einfluss einer Punktmutation der ZYMV HC-ProFINK auf die RNA Silencing Suppressor-Aktivität und die miRNA-Akkumulation in N. benthamiana-Pflanzen untersucht. Dabei konnte eine RNA Silencing Suppressor-Aktivität der HC-ProFINK nachgewiesen werden. Sowohl die HC-ProFRNK als auch die HC-ProFINK zeigten in vivo keinen Einfluss auf die Änderung der miRNA-Mengen in N. benthamiana-Pflanzen. Untersuchungen der in vitro sRNA-Bindung mit rekombinanten HC-Pro-Proteinen aus Pflanzen führte zu einer Bindung von 21 bp siRNAs und miRNAs durch die HC-ProFRNK, wobei kein Einfluss zwischen der Anzahl und Lage der Basenfehlpaarungen der miRNAs und der Bindungskapazität identifiziert werden konnte. Diese Bindung ist vermutlich abhängig von der Sequenz der miRNAs. Die Mutation von HC-ProFRNK zu HC-ProFINK bewirkte dagegen den Verlust der Bindung von kleinen RNA-Molekülen. Die HC-Pro Proteine konnten rekombinant mit einem N-terminalen Fusionsprotein exprimiert und gereinigt werden. Die funktionelle Analyse des MBP-HA-HC-ProFRNK-Proteins wies eine längenspezifische Bindung von 21 bp siRNAs auf. Die Analyse der in vitro Bindung von unterschiedlichen miRNAs aus A. thaliana und Mensch durch das rekombinante HC-ProFRNK-Protein aus Bakterien zeigte keinen Zusammenhang zwischen der Anzahl und Lage der Basenfehlpaarungen in den miRNAs und der Bindekapazität. Die Mutation im MBP-HA-HC-ProFINK-Protein führte zum Verlust der sRNA-Bindung. Diese Ergebnisse bestätigten die Beobachtungen der Gelshift-Analysen mit den rekombinanten HC-Pro-Proteinen aus Pflanzen. Durch die Fraktionierung eines A. thaliana-Proteinextrakts konnte ein nicht näher beschriebenes Protein unbekannter Funktion, welches eine Cupin-Domäne (QP) besitzt, identifiziert werden. Dies hat einen Einfluss auf die in vitro Bindung von sRNA-Molekülen durch die HC-Pro. Eine funktionelle Analyse des Trx-QP-His-Proteins mit Hilfe von Gelshift-Analysen nach der Expression in Bakterien und Reinigung zeigte einen konzentrationsabhängigen verstärkenden Effekt der siRNA Bindung durch das rekombinante MBP-HA-HC-Pro-Protein. Die Zugabe eines fraktionierten N. benthamiana-Proteinextrakts zur in vitro Bindungsreaktion führte ebenfalls zu einer verstärkten siRNA-Bindung durch die HC-Pro; Proteinextrakte von N. tabacum und der ZYMV Wirtspflanze Zucchini zeigten jedoch keinen Effekt. Die ZYMV HC-Pro besitzt eine von der TEV HC-Pro abweichende proteolytisch aktive Domäne. Durch eine rekombinante Expression des MBP-HA-HC-Pro-GFP-Fusionsproteins in Bakterien und Deletionsanalysen konnten zwei kritische Aminosäuren im C-terminalen Bereich der HC-Pro identifiziert werden. Eine Deletion der AS Asn-353 oder Glu-356 führte zum vollständigen Verlust der autoproteolytischen Aktivität des Proteins. Ein Austausch der AS Gly-456 innerhalb der Schnittstelle sowie eine N-terminale Deletion von 93 AS der HC-Pro hatten dagegen keinen Einfluss auf die autoproteolytische Aktivität. Mit Hilfe einer N-terminalen Sequenzierung des C-terminalen Spaltproduktes des MBP HC Pro mut C7-GFP, welches vermutlich in Folge einer Spaltung durch bakterielle Proteasen entsteht, sollten durch Deletionsmutanten die kritischen Aminosäuren für die Spaltung untersucht werden. Eine Deletion der konservierten AS Thr-146 von ZYMV HC-Pro sowie der flankierenden AS Val-145 bzw. Gln-147 hatte jedoch keinen Einfluss auf die Spaltung der HC-Pro. Dies deutet darauf hin, dass die Schnittstelle der Protease von deren Erkennungssequenz abweicht. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse zeigen, dass die ZYMV HC-Pro neben der sRNA-Bindung einen weiteren Mechanismus besitzt, um die Funktion als RSS auszuüben. Weitere Analysen sind nötig, um die Interaktion mit pflanzlichen Komponenten zu identifizieren und den Einfluss auf den RNA Silencing-Mechanismus aufzuklären.
Poster Presentation from Nineteenth Annual Computational Neuroscience Meeting: CNS*2010 San Antonio, TX, USA. 24-30 July 2010 In order to model extracellular potentials the Line-Source method provides [1] a very powerful and accurate approach. In this method transmembane fluxes are understood as sources for potential distributions which obey the Poission-equation with zero boundary conditions in the infinity. Its solutions reveal that the waveforms are proportional to local transmembrane net currents. The extracellular potentials are comparable small in amplitude and with the aid of their second special derivatives, it is possible to interpret them as additional fluxes to be included into the cable equation having an impact on the membrane potential of surrounding cells [2]. On this basis ephaptic interactions have been studied and have been considered to play a minor role in the network activity. This modeling study provides a new approach based on the first principle of the conservation of charges which leads to a generalized form of the cable equation taking into account the full three-dimensional detail of the cell’s geometry and the presence of the extracellular potential. So instead of coupling the compartment model and the model for extracellular potentials by means of the transmembrane currents, a non-linear system of partial differential equations is solved. Because the abstraction of deviding the cell’s geometry into compartments falls apart, it is possible to examine the contribution of the precise cell geometry to the signal processing while not neglecting the impact which could result from the extracellular potential. Some simulations of propagating action potentials on ramified geometries are going to be shown as well as the resulting distributions of extracellular action potentials.
AStA-Zeitung : Dezember 2010
(2010)
AStA-Zeitung : April 2010
(2010)
The likely manifestations of climate change like flood hazards are prominent topics in public communication. This can be shown by media analysis and questionnaire data. However, in the case of flood risks an information gap remains resulting in misinformed citizens who probably will not perform the necessary protective actions when an emergency occurs. This paper examines more closely a newly developed approach to flood risk communication that takes the heterogeneity of citizens into account and aims to close this gap. The heterogeneity is analysed on the meso level regarding differences in residential situation as well as on the micro level with respect to risk perception and protective actions. Using the city of Bremen as a case study, empirical data from n=831 respondents were used to identify Action Types representing different states of readiness for protective actions in view of flood risks. These subpopulations can be provided with specific information to meet their heterogeneous needs for risk communication. A prototype of a computer-based information system is described that can produce and pass on such tailored information. However, such an approach to risk communication has to be complemented by meso level analysis which takes the social diversity of subpopulations into account. Social vulnerability is the crucial concept for understanding the distribution of resources and capacities among different social groups. We therefore recommend putting forums and organisations into place that can mediate between the state and its citizens.