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Mathematical modeling of Arabidopsis thaliana with focus on network decomposition and reduction
(2014)
Systems biology has become an important research field during the last decade. It focusses on the understanding of the systems which emit the measured data. An important part of this research field is the network analysis, investigating biological networks. An essential point of the inspection of these network models is their validation, i.e., the successful comparison of predicted properties to measured data. Here especially Petri nets have shown their usefulness as modeling technique, coming with sound analysis methods and an intuitive representation of biological network data.
A very important tool for network validation is the analysis of the Transition-invariants (TI), which represent possible steady-state pathways, and the investigation of the liveness property. The computational complexity of the determination of both, TI and liveness property, often hamper their investigation.
To investigate this issue, a metabolic network model is created. It describes the core metabolism of Arabidopsis thaliana, and it is solely based on data from the literature. The model is too complex to determine the TI and the liveness property.
Several strategies are followed to enable an analysis and validation of the network. A network decomposition is utilized in two different ways: manually, motivated by idea to preserve the integrity of biological pathways, and automatically, motivated by the idea to minimize the number of crossing edges. As a decomposition may not be preserving important properties like the coveredness, a network reduction approach is suggested, which is mathematically proven to conserve these important properties. To deal with the large amount of data coming from the TI analysis, new organizational structures are proposed. The liveness property is investigated by reducing the complexity of the calculation method and adapting it to biological networks.
The results obtained by these approaches suggest a valid network model. In conclusion, the proposed approaches and strategies can be used in combination to allow the validation and analysis of highly complex biological networks.
Protein-Protein Interaktionen der NADH: Ubichinon-Oxidoreduktase (Komplex I) aus Yarrowia lipolytica
(2010)
Protein-Protein Interaktionen der NADH:Ubichinon-Oxidoreduktase (Kolmplex I) aus Y. lipolytica In der inneren Mitochondrienmembran sind die Atmungskettenkomplexe I bis IV und die ATP-Synthase lokalisiert. Parallel zum Elektronentransport werden Protonen von der NADH:Ubichinon-Oxidoreduktase (Komplex I), der bihydrochinon:Cytochrom c-Oxidoreduktase (Komplex III) und der Cytochrom c-Oxidase (Komplex IV) über die Membran in den Intermembranraum gepumpt. Der resultierende chemiosmotische Gradient wird von der ATPase verwendet um ATP zu generieren. Die NADH:Ubichinon- xidoreduktase ist der Startpunkt des Elektronentransfers. Der Komplex I wurde in verschiedenen Organismen in Interaktion mit Komplex III und IV beobachtet. Diese funktionellen Einheiten werden als Respirasomen oder Superkomplexe bezeichnet (Pfeiffer und Schägger, 2000). Der Komplex I in prokaryotischen Zellen stellt die kleinstmögliche Variante dieses Enzyms dar. Da er in der Lage ist, alle bioenergetischen Reaktionen durchzuführen, werden die beteiligten 14 Untereinheiten als zentrale Untereinheiten bezeichnet (Fearnley et al. 1992). In den Eukaryoten findet sich ein Enzym, das je nach Organismus bis zu 31 weitere, sogenannte akzessorische Untereinheiten aufweist. Da diese Untereinheiten keine Homologie mit bakteriellen Proteinen aufweisen, wird davon ausgegangen, dass sie eher eine Funktion im Assemblierungsprozess ausüben als am Elektronentransfer oder der Translokation der Protonen beteiligt zu sein. Ziel dieser Arbeit war es daher mögliche Interaktionspartner des Komplex I oder weitere Untereinheiten zu finden. Für die Detektion möglicher Interakteure sollten neben einem Two-Hybrid-Screen noch weitere Methoden etabliert werden. Als Modellsystem wurde Yarrowia lipolytica verwendet. Unter Verwendung des BacterioMatchII® Systems konnte die mitochondriale Malat-Dehydrogenase, ein Enzym des Citrat-Zyklus, als ein Interaktionspartner des Komplex I gefunden werden. Bei der Reaktion entsteht NADH, das Energieäquivalent, welches dem Komplex I Elektronen liefert. Im Kontext des Substratchannelings deutet die Interaktion der mitochondrialen Malat- ehydrogenase auf hochgeordnete Stukturen im Matrixraum hin, die einen Transfermechanismus oder eine zielgerichtete Diffusion des NADH gewährleisten könnten. Durch die Kombination der Methoden Immunpräzipitation, Gelelektrophorese und MALDI-MS konnten erstmals Hinweise auf Superkomplexe in Y. lipolytica gefunden werden, was dann durch mehrdimensionale Gelelektrophorese bestätigt werden konnte. In dieser Arbeit konnten die Superkomplexe I1III2 ,I1III2IV1 und I1III2IV2 identifiziert werden. Ein vollständiges Respirasom mit einer Stöchiometrie von I1III2IV4 konnte nicht gezeigt werden. Desweiteren konnte die Anwesenheit eines Komplex I-Dimers nachgewiesen werden. In dem bisher postulierten Modell der respiratory strings werden die Superkomplexe durch tetramere Komplex IV-Module zu hochmolekularen Strukturen verknüpft (Wittig et al., 2006). Die detektierten Komplex I-Dimere lassen vermuten, dass sie zusammen mit dem tetrameren Komplex IV als Linker-Moleküle die Superkomplexe zu einem zweidimensionalen respiratory patch verbinden. Zudem konnte eine neue Untereinheit des Komplex I, genannt NEBM, durch das Zusammenspiel von LILBID- und MALDI-Massenspektrometrie und Gelelektophorese identifiziert werden. Durch MALDI-Massenspektrometrie wurde diese Untereinheit de novo sequenziert. Die Charakteristik des identifizierten Proteins entspricht den sogenannten single-transmembrane domain Untereinheiten (Brandt et al., 2005; Brandt 2006), die eventuell eine Funktion in der Assemblierung des Komplex I einnehmen könnten. Weder bei den Messungen der NADH:HAR- noch der dNADH:DBQ-Aktivität zeigte der Deletionsstamm enzymatisch aktiven Komplex I. Weder in blau-nativer Elektrophorese noch in silbergefärbten 2D SDS-Gelen war ein Komplex I noch ein Subkomplex sichtbar und auch In-Gel-Aktivitäts-Tests verliefen für die Detektion von Komplex I im Deletionsstamm negativ. Erst durch eine Western Blot Analyse konnte ein Subkomplex mit einer Größe von ca. 300kDa detektiert werden. Unter Berücksichtigung der für den Rinderkomplex vorgeschlagenen Einteilung des Komplex I in die Subkomplexe Iα und Iβ (Brandt et al. 2006) könnte der detektierte Subkomplex Iβ zugeordnet werden, da er zwei Untereinheiten beinhaltet, die diesem Komplex zuzuordnen sind. Die NEBM Untereinheit könnte also an der Assemblierung der NADH:Ubichinon-Oxidoreduktase beteiligt sein. Erstmals konnten Superkomplexe in Y. lipolytica Mitochondrien nachgewiesen werden. Die Identifizierung der neuen NEBM Untereinheit vervollständigt die Kenntnisse über die Untereinheitenzusammensetzung. Das Wechselspiel mit anderen Proteinen und die Zusammensetzung des Komplexes können für die Strukturaufklärung und zur Analyse des Reaktionsmechanismus wichtig sein. Somit leisten diese Ergebnisse einen wichtigen Beitrag zur Charakterisierung der NADH:Ubichinon-Oxidoreduktase aus Y. lipolytica.
Identifizierung des vertebraten-spezifischen Proteins C7orf43 als neue TRAPPII Komplexuntereinheit
(2016)
Bei den transport protein particle (TRAPP) Komplexen handelt es sich um eine Familie von Protein Komplexen, die jeweils aus mehreren Untereinheiten bestehen. In der vorliegenden Arbeit konnte das Protein C7orf43 als neue potenzielle TRAPPII Untereinheit identifiziert werden, die - wie auch die beiden anderen TRAPPII-spezifischen Komponenten TRAPPC9 und TRAPPC10 - sowohl für die Erhaltung von ERGIC, Golgi-Apparat und COPI Vesikel als für den ER zu Golgi Transportweg benötigt wird.
Protein biosynthesis is a conserved process, essential for life. Proteins are assembled from single amino acids according to their genetic blueprint in the form of a messenger ribonucleic acid (mRNA). Peptide bond formation is catalyzed by ancient ribonucleic acid (RNA) residues within the supramolecular ribosomal complex, which is organized in two dynamic subunits (Ramakrishnan, 2014). Each subunit comprises large ribosomal RNA (rRNA) molecules and several dozens of peripheral proteins. mRNA translation has been divided into three phases, namely translation initiation, elongation and termination in biochemistry textbooks. During initiation, the ribosomal subunits assemble into a functional ribosome on an activated mRNA and acquire the first transfer RNA (tRNA), an adapter between the start codon on the mRNA and the N-terminal methionine of the protein (Hinnebusch and Lorsch, 2012). During elongation, the ribosome translocates along the mRNA exposing one codon after the other, and amino acids are delivered to the ribosome by the respective tRNAs, and attached to the nascent polypeptide chain. During termination, the polypeptide is released and the ribosome remains loaded with mRNA and tRNA at the end of the open reading frame for the translated gene (Hellen, 2018). Bacterial ribosomes are subsequently recycled by a specific ribosome recycling factor and the small ribosomal subunit is simultaneously consigned to initiation factors for a next round of translation – rendering bacterial translation as a cyclic process with an additional ribosome recycling phase. However, the process of ribosome recycling remained enigmatic in Eukarya and Archaea until the simultaneous discovery of the twin-ATPase ABCE1 as the major ribosome recycling factor. Strikingly, ABCE1 has initially been shown to participate in translation initiation (Nürenberg and Tampé, 2013). Thus, closing the translation cycle by revealing the detailed molecular mechanism of ABCE1 and its role for translation initiation are the two goals of this research.
Beyond the plenitude of well-studied translational GTPases, ABCE1 is the only essential factor energized by ATP, delivering the energy for ribosome splitting via two nucleotide-binding sites. Here, I define how allosterically coupled ATP binding and hydrolysis events in ABCE1 empower ribosome recycling. ATP occlusion in the low-turnover control site II promotes formation of the pre-splitting complex and facilitates ATP engagement in the high-turnover site I, which in turn drives the structural re- organization required for ribosome splitting. ATP hydrolysis and ensuing release of ABCE1 from the small subunit terminate the post-splitting complex. Thus, ABCE1 runs through an allosterically coupled cycle of closure and opening at both sites consistent with a processive clamp model. This study delineates the inner mechanics of ABCE1 and reveals why various ABCE1 mutants lead to defects in cell homeostasis, growth, and differentiation (Nürenberg-Goloub et al., 2018).
Additionally, a high-resolution cryo-electron microscopy (EM) structure of the archaeal post-splitting complex was obtained, revealing a central macromolecular assembly at the crossover of ribosome recycling and translation initiation. Conserved interactions between ABCE1 and the small ribosomal subunit resemble the eukaryotic complex (Heuer et al., 2017). The conformational state of ABCE1 at the post-splitting complex confirms the molecular mechanism of ribosome recycling uncovered in this study. Moving further along the reaction coordinate of cellular translation, I reconstitute the complete archaeal translation initiation pathway and show that essential archaeal initiation factors are recruited to the post-splitting complex by biochemical methods and cryo-EM structures at intermediate resolution. Thus, the archaeal translation cycle is closed, following its bacterial model and paving the way for a deeper understanding of protein biosynthesis.
Auf dem Martberg, einem Bergplateau über dem Unterlauf der Mosel zwischen den Orten Pommern und Karden (Landkreis Cochem-Zell), befand sich nahe einer spätkeltischen Siedlung der Treverer ein gallo-römisches ländliches Heiligtum, eines der bedeutendsten archäologischen Denkmäler im westlichen Mitteleuropa. Seine vollständige Freilegung in den Jahren 1994 bis 2002 ergab neben Erkenntnissen zur Jahrhunderte langen mehrphasigen Baugeschichte des Tempelareals von der Spätlatènezeit bis zum Ende des 4. Jhs. n.Chr. auch eine Fülle an Funden, insbesondere von Münzen, Fibeln, Keramiken und Kleinfunden aus Metall wie Waffen, Amulette, Schmuck, Statuetten und anderes mehr. Viele dieser Funde sind wohl rituell im Tempelbezirk niedergelegt worden, insbesondere für Münzen, Fibeln und Waffen ist dies aus anderen gallo-römischen Heiligtümern bekannt. Weitere Funde wurden möglicherweise während des Betriebs der Tempelanlage verloren, weggeräumt oder kamen bei den häufigen Umbaumaßnahmen in die Erde.
An Hand der Datenbanken der Funde vom Martberg wurde eine systematische Analyse der Fundlagen aller Artefaktgruppen durchgeführt und ihnen mit Hilfe der gut datierbaren Münzen ein zeitliches Gerüst gegeben. Damit konnten die sich im Laufe der Zeit verändernden rituellen Gepflogenheiten anhand der Funde quantifiziert werden. Durch einen Vergleich mit der zeitabhängigen räumlichen Verteilung der Münzen wurden mit Hilfe von Cluster- und Hauptkomponentenanalysen rituell deponierte Artefaktgruppen identifiziert und von nicht rituell deponierten Artefaktgruppen unterschieden. Dazu wurden zunächst die zahlreichen Münzen (über 10.000 Münzen, darunter über 2000 keltische und gallo-römische Münzen) aus archäologischen Befunden im Tempelbezirk und von Lese/Streufunden als Funktion der Zeit vorgestellt beginnend mit den keltischen Münzen aus dem 1. Jh. v.Chr. bis zu den Münzen aus theodosianischer Zeit gegen Ende des 4. Jhs. n.Chr. Dabei wurden auch Besonderheiten unter den Münzen wie Münzen mit Einhieben, Halbierungen/Viertelungen, Imitationen, Gegenstempel, Prägeorte etc. quantitativ erfasst. Die räumlichen Verteilungen der Münzen zeigten deutliche zeitabhängige Unterschiede. Die sich zeitlich und räumlich verändernden kultischen Praktiken verliefen zudem völlig parallel, was die Deponierung von intakten Münzen, Imitationen, Halbierungen und Viertelungen sowie insbesondere Münzen mit Einhieben anging. Im Gegensatz zu den deutlich erkennbaren räumlichen Verschiebungen in den Münzhäufigkeiten bis zur Mitte des 2. Jhs. n.Chr. änderten sich die Verteilungen von Münzen im Tempelbezirk aus den folgenden Jahrhunderten nur wenig.
Diese sich zeitlich verändernden aber gut datierbaren lokalen Fundmünzhäufigkeiten wurden zu einer wenn auch groben Datierung vieler anderer Kleinfundgattungen herangezogen. Mithilfe von statistischen Verfahren (Clusteranalysen bzw. Hauptkomponentenanalysen) konnten zeitliche und räumliche Beziehungen zwischen den einzelnen Fundgattungen identifiziert und teilweise auch datiert werden. Außerdem konnte zwischen absichtlich niedergelegten, geopferten Gegenständen wie Münzen, Schmuck oder Waffenbestandteilen und wohl als Abfall entsorgten Keramik-Waren, Metallteilen oder auch Produkten von Metall-, Keramik- oder anderen Werkstätten unterschieden werden. So waren Lanzenspitzen, keltische Fibeln aus der zweiten Hälfte des 1. Jhs. v.Chr., Statuetten, Spiegel und Phallusamulette ähnlich wie die entsprechenden zeitgleichen keltischen und frühkaiserzeitlichen Münzen verteilt, konnten dadurch auch datiert werden und wurden wohl ähnlich wie die Münzen als Weihegaben deponiert. Frühe keltische Fibeln bildeten zusammen mit Funden aus Blei (Bleiplättchen, Bleibleche, Gussreste) sowie mit Schlacken, Fingerringen und Perlen aus Bronze oder Glas einen eigenen Cluster. Die anderen metallenen Kleinteile waren ähnlich wie die Münzen aus dem 2.-3. Jh. gleichmäßig über das Tempelareal verteilt, wohl weil in dieser Zeit Umbaumaßnahmen zu einer großflächigen Zerstreuung dieser Funde führten. Zusammen mit den Resten der Keramik wurden dabei offensichtlich auch viele metallene Kleinfunde entsorgt, die an Hand der ähnlich verteilten Keramik wiederum zum Teil datiert werden konnten.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde versucht, dem Phänomen der sogenannten „claudischen Imitationen“ anhand von Untersuchungen der physikalischen, typologischen und physikochemischen Eigenschaften dieser Münzen sowie von Provenienzstudien des für die Münzen verwendeten Kupfers näher zu kommen. Aus den Ergebnissen von Bleiisotopenanalysen (Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma, ICP-MC-MS) an insgesamt 115 claudischen Imitationen ließ sich schließen, dass das Kupfer für die Imitationen mit claudischen und augusteischen Münzbildern ebenso wie die offiziellen claudischen Münzen wohl aus zwei verschiedenen Lagerstätten in Spanien, der Zentralen Iberischen Zone (Kupferminen der Sierra Morena) und aus dem Gebiet des Rio Tinto (Iberischerer Pyrit-Gürtel), stammte. Ob dieses Kupfer (möglicherweise aus verhandelten Barren) direkt zur Herstellung der Imitationen verwendet wurde oder über den Umweg einer Umprägung von offiziellen Münzen, konnte jedoch nur durch eine Analyse der Spurenelementverteilung in den Imitationen selbst im Vergleich zu ähnlichen Messungen an offiziellen Münzen herausgefunden werden. Die Ergebnisse der Spurenelementanalysen (Elektronenstrahlmikrosonde) an über 110 claudischen Imitationen vom Martberg im Vergleich zu früher publizierten Ergebnissen an über 200 offiziellen Kupfermünzen von Augustus bis Claudius haben gezeigt, dass viele der Imitationen mit claudischen Münzbildern sehr stark offiziellen Münzen ähneln, die unter Augustus, Tiberius und Claudius geprägt wurden. Ähnliches gilt für Imitationen mit augusteischen und tiberischen Münzbildern. Etwa ein Drittel der Imitationen enthielten Zink in unterschiedlichen Konzentrationen und unterschieden sich bereits dadurch von den offiziellen Münzen. Man muss aus diesen Ergebnissen den Schluss ziehen, dass die große Mehrheit der Imitationen mit augusteischen oder tiberischen Münzbildern erst in claudischer Zeit aus denselben Münzmetallen wie die Imitationen mit den claudischen Münzbildern hergestellt wurden: aus den in dieser Zeit zur Verfügung stehenden Münzen der vorangehenden Kaiser und/oder den offiziellen Münzen des Claudius.
Da auch an eine Verwendung von Kupfer aus verhandelten Kupferbarren zur Herstellung vieler der Imitationen möglich ist, wurden ähnliche Vergleiche auch mit publizierten Daten von Kupferbarren durchgeführt, die in römischen Schiffswracks im westlichen Mittelmeer gefunden wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass für die Herstellung von Imitationen auch die Verwendung von handelsüblichen Kupferbarren denkbar ist.
Im dritten Teil der Arbeit wurde anhand der Münzfunde vom Martberg untersucht, ob Münzen mit bestimmten Rückseitentypen für eine Weihung im sakralen Bereich selektiert oder auch gemieden worden sein könnten. Dazu wurde die Verteilung der Rückseitentypen der auf dem Martberg gefundenen Antoniniane mit Münzreihen verglichen, die in einem zweiten sakralen Kontext, dem Tempelbezirk des Castellberg gefunden wurden, außerdem mit zwei Einzelfundreihen aus zivilen Kontexten und zwei Schatzfunden von Antoninianen. Die sechs Fundkomplexe zeigten eine ähnliche Struktur, da sie aus dem Pool der umlaufenden Münzen zusammengesetzt waren. Die Unterschiede innerhalb der beiden Münzreihen desselben Kontextes waren jedoch erheblich geringer als die zwischen den Münzreihen aus unterschiedlichen Kontexten. Die Ergebnisse einer Hauptkomponentenanalyse zeigten zunächst, dass die beiden Heiligtümer in ganz ähnlicher Weise von der „Referenzkurve“ des Vicus Castellberg abwichen. Die in allen Fundkomplexen am häufigsten vorkommenden Münzbilder Pax, Salus und Spes waren verglichen mit dem Vicus in beiden Heiligtümern deutlich überrepräsentiert. Eine „positive Selektion“ dieser Rückseitentypen, d.h. ihre bewusste Niederlegung, war aber eher unwahrscheinlich. Für die in beiden Heiligtümern unterrepräsentierten Typen wie Laetitia, Fides, Sol, Mars und Jupiter, vielleicht auch Tiere/Fabelwesen, Uberitas und Fortuna war eine bewusste Vermeidung der Niederlegung eher anzunehmen. Neben der eindeutig nachweisbaren Tendenz der Niederlegung von eher geringwertigen Münzen ist davon auszugehen, dass bei der rituellen Niederlegung von Münzen im sakralen Kontext auch die Bilder auf den Rückseiten dieser Münzen eine wie auch immer geartete Rolle gespielt haben müssen. Damit zeigt sich die Funktion der Münzen im rituellen Kontext nicht nur als Wertmesser, als Geld, sondern auch als ein Informationsträger, mit dessen Hilfe möglicherweise auch Zwiesprache mit den Göttern gehalten wurde.
This thesis examines the literary output of German servicemen writers writing from the occupied territories of Europe in the period 1940-1944. Whereas literary-biographical studies and appraisals of the more significant individual writers have been written, and also a collective assessment of the Eastern front writers, this thesis addresses in addition the German literary responses in France and Greece, as being then theatres of particular cultural/ideological attention. Original papers of the writer Felix Hartlaub were consulted by the author at the Deutsches Literatur Archiv (DLA) at Marbach. Original imprints of the wartime works of the subject writers are referred to throughout, and citations are from these. As all the published works were written under conditions of wartime censorship and, even where unpublished, for fear of discovery written in oblique terms, the texts were here examined for subliminal authorial intention. The critical focus of the thesis is on literary quality: on aesthetic niveau, on applied literary form, and on integrity of authorial intention. The thesis sought to discover: (1) the extent of the literary output in book-length forms. (2) the auspices and conditions under which this literary output was produced. (3) the publication history and critical reception of the output. The thesis took into account, inter alia: (1) occupation policy as it pertained locally to the writers’ remit; (2) the ethical implications of this for the writers; (3) the writers’ literary stratagems for negotiating the constraints of censorship.
Vascular tumors associated with chronic B. henselae infections are unique examples of infection-associated pathological angiogenesis. The chaotic vascular architecture and prominent myeloid infiltrate of B. henselae induced vascular lesions show many similarities with malignant tumors.
In human cancers infiltrating myeloid cells play a decisive role in tumor progression and vascularization. In particular, tumor associated macrophages (TAMs) transform the tumor microenvironment, drive tumor invasion and vascularization through secretion of pro-angiogenic and immune modulatory cytokines and participation in matrix remodeling processes.
Myeloid angiogenic cells (MACs) are a subset of circulating myeloid progenitors with important roles in regenerative and pathological angiogenesis and a critical involvement in tumor vascularization. The phenotypic plasticity and importance of MACs in pathological angiogenic processes, position these cells as key potential players in B. henselae associated vascular tumor formation.
To investigate the possible role of MACs in B henselae induced pathological angiogenesis, the objective of this study was to examine the interaction of B. henselae with MACs and determine how this may affect their angiogenic capacity.
Building on previous work by Mӓndle (2005) this study has demonstrated that MACs are susceptible to infection with B. henselae and reside in intracellular vacuoles. As in endothelial cells, infection of MACs with B. henselae was associated with inhibition of apoptosis and activation of endogenous angiogenic programs including activation of the angiogenic transcription factor HIF-1.
In addition to angiogenic re-programming on a molecular level B. henselae infection increases MAC functional angiogenic capacity. B. henselae infected MACs were found to integrate into growing endothelium and increase the rate of angiogenic sprouting in a paracrine manner.
When cultured in a Matrigel capillary formation assay, infected MACs were also found to form networks of capillary-like structures that were stable over long periods of time. The B. henselae pathogenicity factor BadA was essential for the induction of this vascular mimicry phenotype as well as the activation of HIF-1 in infected MACs indicating that this factor may play an important role in MAC angiogenic re-programming.
Examination of infected MACs via FACS analysis, cytospin immunohistochemistry and qRT-PCR revealed that endothelial differentiation does not play a role in the B. henselae induced pro-angiogenic phenotype. Instead, MACs were shown to be myeloid in phenotype displaying typical macrophage markers which were upregulated upon B. henselae infection and maintained over long-term culture.
The increased angiogenic activity of B. henselae infected MACs was found to be associated with a broad phenotypic reprogramming in infected cells. In particular, gene expression programs related to angiogenesis, structural organization, apoptosis, sterol metabolism and immune regulation, were upregulated. Further examination of microarray gene expression profiles revealed that B. henselae infected MACs display a predominantly M2 anti-inflammatory macrophage activation status.
Finally, examination of the paracrine microenvironment created by B. henselae infected MACs revealed a diverse cytokine secretion profile dominated by inflammatory-angiogenic cytokines and matrix remodeling elements and lacking expression of some of the most important cytokines involved in the expansion of the inflammatory response. This B. henselae induced activation status was demonstrated to be distinct from the general inflammatory response induced by E. coli LPS treatment.
Comparison of B. henselae infected MACs to TAMs revealed many parallels in functional and phenotypic characteristics. Both TAMs and B. henselae infected MACs demonstrate increased angiogenic capacity, invasive, and immune modulatory phenotypes and the ability to participate in the formation of vascular mimicry phenotypes under angiogenic pressure. Furthermore, the pro-angiogenic paracrine microenvironment created by B. henselae infected MACs shows many similarities to the TAM-created tumor-microenvironment.
In conclusion, these investigations have demonstrated that the infection of MACs with B. henselae results in the phenotypic re-programming towards TAM-like cells with increased pro-angiogenic, invasive and immune-modulatory qualities. The results of this study elucidate new aspects of B. henselae pathogenicity in myeloid cells and highlight the role of these cells as paracrine mediators of B. henselae induced vascular tumor formation. In addition, these findings demonstrate that manipulation of myeloid cells by pathogenic bacteria can contribute to microenvironmental regulation of pathological tissue growth and suggest parallels underlying bacterial infections and cancer.
By translocating proteasomal degradation products into the endoplasmic reticulum (ER) for loading of major histocompatibility complex (MHC) class I molecules, the ATP binding cassette (ABC) transporter associated with antigen processing (TAP) plays a pivotal role in the adaptive immunity against infected or malignantly transformed cells. A key question regarding the transport mechanism is how the inter-domain communication and conformational dynamics of the TAP complex are connected during the peptide transport. To identify residues involved in this processes, we evolved a Trojan horse strategy in which a small artificial protease is inserted into antigenic epitopes. After binding, the TAP backbone in contact is cleaved, allowing the peptide sensor site to be mapped by mass spectrometry. Within this study, the peptide sensor and transmission interface have been identified. This region aligns with the cytosolic loop 1 (CL1) of Sav1866 and MsbA. Based on a number of experimental data and the homology to the bacterial ABC exporter Sav1866, we constructed a 3D structural model of the core TAP complex. According to this model, the CL1 and CL2 of TAP1 are extended cytosolic loops connecting the transmembrane helices (TMH) 2 and 3, and TMH4 and 5 respectively, and contact both nucleotide binding domains (NBDs) of the opposite subunit. In contrast to exporters, the cytosolic loop (named L-loop) of BtuCD importer is much shorter, and contacts only one NBD. The data confirm that the CL1 of TAP1 functions as signal transducer in ABC exporters, because it does not interfere with substrate binding but with substrate transport. The peptide contact site identified herein is restructured during the ATP hydrolysis cycle. Importantly, TAP showed a structural change trapped in the ATP hydrolysis transition state, because direct contact between peptide and CL1 is abolished. By cysteine scanning, the most conserved residues within CL1 were identified, which disrupted the tight coupling between peptide binding and transport. Together with Val-288, these residues are essential in sensing the bound peptide and inter-domain signal transmission. To characterize the molecular architecture of CL1, a convenient and minimally perturbing approach was used, which combined cysteine substitution in the CL1 region and determination of accessibility to thiol specific compounds with different properties. These studies revealed that the N-terminal region of CL1 has a good accessibility for hydrophilic (iodoacetamidofluorescein, IAF) and amphiphilic probes (BODIPY maleimide, BM), whereas the C-terminal region is accessible for hydrophobic probe (coumarin maleimide, CM). Kinetic studies of fluorescence labeling suggest that this region displayed a different accessibility to probes when the protein undergoes distinct conformations (e. g. nucleotide free state), thereby reflecting conformational transitions. Fluorescence labeling with BM induces a lost of peptide transport, whereas the peptide binding remains unaffected. These results indicate that covalent modifications of the CL1 residues influenced the inter-domain communication between transmembrane domain (TMD) and NBD. The X-loop is a recently discovered motif in the NBD of ABC exporters, which stays in close contact to the CLs. Moreover, because the X-loop precedes the ABC signature motif, it probably responds to ATP binding and hydrolysis and may transmit conformational changes to the CLs. By substitution of the highly conserved Glu-602 of TAP2 with residues that have different chemical properties, it was shown for the first time that the X-loop is a functional important element, which plays an key role in coupling substrate binding to downstream events in the transport cycle. We further verified domain swapping in the TAP complex by cysteine cross-linking. The TAP complex can be reversibly arrested either in a binding or translocation incompetent state by cross-linking of the X-loop to CL1 or CL2, respectively. These results resolve the structural arrangement of the transmission interface and point to different functions of the cytosolic loops in substrate recognition, signaling and transport.
Die Gegenübertragung hat sich mittlerweile zu einem der wichtigsten Instrumente der stationären psychosomatischen Therapie entwickelt. Ihr kommt in der psychodynamischen Psychotherapie für das Verständnis der unbewussten Konflikte und für den damit zusammenhängenden Behandlungserfolg eine zentrale Funktion zu. Dies gilt für die Einzeltherapie, aber auch für die integrative stationäre psychodynamische Therapie und deren „Herzstück“ (Janssen 2004) - das multiprofessionelle Team. Die Ziele der Arbeit bestehen - abgesehen von der Beschreibung der Faktorenstruktur und Reliabilität des Gegenübertragungsfragebogens - darin, herauszufinden, ob sich a) die Gegenübertragung in unterschiedlichen Therapieverfahren unterscheidet, b) in welcher Weise die Gegenübertragung mit dem Beziehungserleben und der Beziehungsgestaltung des Patienten zusammenhängt, c) ob die Gegenübertragung mit der Belastung des Patienten zusammenhängt und d) ob sich die Gegenübertragung abhängig von der Diagnose unterscheidet.
Methode: Dazu wurde mithilfe des Gegenübertragungsfragebogens (CTQ-D)
die Gegenübertragung von 137 Patienten durch mehrere Therapeuten (Ärzte, Psychologen und Pflegekräfte) aus zwei psychosomatischen Kliniken zu Therapiebeginn und zum Therapieende erhoben. Insgesamt flossen 1131 Fragebögen in die Auswertung mit ein. Die Faktorenanalyse des CTQ-D ergab eine Lösung mit sieben statistisch und klinisch kohärenten Faktoren: 1) aggressiv-resignative GÜ, 2) positiv-zugeneigte GÜ, 3) überwältigt-verängstigte GÜ, 4) protektiv-elterliche GÜ, 5) desinteressierte GÜ, 6) verstrickte GÜ und 7) sexualisierte GÜ. Die Patienten füllten die Symptomcheckliste (SCL-90R), den Helping Alliance Questionaire (HAQ), das Inventar zur Erfassung interpersonaler Probleme (IIP) und den Fragebogen zur Erhebung von Persönlichkeitsstörungen (ADP-IV) zu Beginn und zum Ende der Therapie aus. Ergebnisse: Es konnten einige spezifische und signifikante Zusammenhänge zwischen der Gegenübertragung der Therapeuten und den Selbstbeurteilungsinstrumenten der Patienten nachgewiesen werden: a) Konfliktorientierte Therapieverfahren (Gesprächstherapien) erzeugen bei den Therapeuten höhere aggressiv-resignative Gegenübertragung, erlebnisorientierte Therapieverfahren (Körpertherapie und Gestaltungstherapie) rufen höhere positiv-zugeneigte, protektiv-elterliche und verstrickte Gegenübertragung hervor. b) Die Beziehungszufriedenheit der Patienten ist
umso größer, je geringer die aggressiv-resignative Gegenübertragung von den Therapeuten wahrgenommen wird und die Therapiezufriedenheit ist umso größer, je geringer die aggressiv-resignative, überwältigt-verängstigte und protektiv-elterliche Gegenübertragung ausgeprägt ist. Ein hoher IIP-Wert bei den Patienten hängt mit dem Erleben von überwältigt-verängstigter Gegenübertragung zusammen. c) Patienten mit hohem GSI rufen bei den Therapeuten hohe aggressiv-resignative, überwältigt-verängstigte, desinteressierte und geringe positiv-zugeneigte Gegenübertragung hervor. Verstrickte, positiv-zugeneigte und sexualisierte Gegenübertragung hängen mit einem guten Therapieverlauf zusammen, aggressiv-resignative und desinteressierte Gegenübertragung deuten auf eine schlechte Entwicklung im Verlauf hin. d) Die höchsten Werte der aggressiv-resignativen, überwältigtverängstigten und protektiv-elterlichen GÜ und die geringste positiv-zugeneigte GÜ wird bei der Gruppe der Persönlichkeitsstörungen wahrgenommen. Den höchsten Wert der positiv-zugeneigten und der verstrickten GÜ erreicht die Gruppe der Essstörungen. Somatoforme Störungen rufen in den Therapeuten ein hohes Maß an Desinteresse hervor. Die Gruppe der affektiven Störungen erzeugt bei den Therapeuten in allen Dimensionen geringe Gegenübertragungsgefühle. Folgerung: Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die Gegenübertragung ein aussagekräftiges Instrument zur Beurteilung der Beziehungsgestaltung, der Belastung und der Verlaufsbeurteilung der Patienten auf einer psychosomatischen Station darstellt. Sie betonen auch die Bedeutung der Auflösung negativer Gegenübertragungskonstellationen durch Supervisionen und Teambesprechungen im stationären Alltag. Dabei bedürfen schwierige Patienten, beispielsweise mit somatoformer Störung oder Persönlichkeitsstörung besonderer Aufmerksamkeit. Dem CTQ-D kann neben dem Einsatz als wissenschaftlichem Instrument im Rahmen der Ausbildung und im klinischen Alltag zur Vorhersage des Therapieverlaufs umfassende Bedeutung zukommen.
Mistral and Tramontane are wind systems in southern France and the western Mediterranean Sea. Both are caused by similar synoptic situations and channeled in valleys. Their relevance for the climate of the western Mediterranean region motivated this work. The representation of Mistral and Tramontane in regional climate simulations was surveyed with the models ALADIN, WRF, PROMES, COSMO-CLM, RegCM, and LMDZ. ERA-Interim and global CMIP5 simulations (MPI-ESM, CMCC-CM, HadGEM2-ES, and CNRM-CM5) provided the lateral boundary data for the regional simulations regarding the 20th century and two representative concentration pathways for the 21st century (RCP4.5 and RCP8.5).
A Mistral and Tramontane time series, a principal component analysis of pressure fields, and a Bayesian network were combined to develop a classification algorithm to identify pressure patterns in favor of Mistral and Tramontane. The regional climate models were able to reproduce the observed climatology of Mistral and Tramontane. Compared to observational data (SAFRAN and QuikSCAT), the simulations underestimate the wind speed over the Mediterranean Sea, mainly at the borders of the main flow. Simulations with smaller grid spacing showed better agreement with the observations.
A sensitivity study tested the influence of the Charnock parameter on the Mistral wind field. Its value impacted both wind speed and wind direction. Decreasing the orographic resolution in idealized simulations using COSMO-CLM caused a reduction in wind speed and a broader flow area. Including a parameterization for subgrid scale orography improved the simulation. However, an accurate simulation of Mistral and Tramontane still requires a high-resolution orography.
The classification algorithm also was applied to pressure fields from regional climate simulations driven by global simulation data. At the end of the 21st century, only small, non-significant changes in the number of Mistral days per year occur in the projection simulations. The number of Tramontane days per year decreased significantly.