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This is the eleventh article in our series on refugees. I came to Frankfurt four months ago. Before that, I had lived in Trentino, Italy, for 14 years. But with the European economic crisis, everything has become difficult; I finally lost my job and decided to go to Germany to give it a new try. Everybody knows that in Germany there are much better chances to get work because the economy doesn’t have such big problems like in Italy, Greece and Spain...
G protein coupled receptors (GPCRs) constitute the largest family of cell-surface receptors in mammals and are key players in signal transduction. By responding to a plethora of extracellular stimuli ranging from photons to amines to fatty acids to peptides and proteins, these receptors trigger intracellular signalling cascades and regulate a variety of cellular responses. Approximately 800 genes in humans encode GPCRs which are classified according to sequence conservation into rhodopsin-like, glutamate, adhesion, frizzled/taste2 and secretin receptors. GPCRs share a seven transmembrane domain fold undergoing a conformational change upon ligand binding which is translated to the intracellular surface of the receptor thereby allowing a heterotrimeric G protein to couple. Heterotrimeric G proteins consist of a Ga, Gb and Gg subunit and dissociate into their Ga and Gbg entities upon activation by a GPCR. Subsequently, distinct signalling cascades are triggered by each G protein protomer.
Membrane proteins and GPCRs in particular, are highly important targets in drug design and development as currently approximately 60% of all marketed drugs target membrane proteins. Although these classes of proteins are of high therapeutic interest, our understanding of their mechanism of action and structure remains limited. The first structure of a human GPCR was determined in 2007 and required the development of protein engineering and innovative crystallisation techniques. Since then, approximately 130 GPCR structures of less than 40 individual receptors have been determined providing insights into the structural arrangement of the transmembrane helices, ligand binding pockets and G protein interactions. Combined with spectroscopic methods, these studies allowed a more detailed understanding of the molecular aspects of GPCR activation and signalling. Despite the tremendous advances in GPCR structural biology, certain aspects of GPCR function still remain poorly understood. Due to their size and inherent flexibility, the interaction of protein and peptide ligands with their receptors remains a challenging aspect in the structural characterisation of GPCRs. Moreover, structural information on subtype selectivity of peptide ligands continues to be scarce. To contribute functional and structural information on the molecular mechanisms of peptide interactions with GPCRs, this thesis focused on characterising receptors from the chemoattractant cluster using radioligand binding assays as well as NMR spectroscopy.
The chemoattractant cluster mainly groups the kinin, angiotensin, anaphylatoxin chemotactic complement and apelin receptors according to conserved residues in their ligand binding cavities. All receptors in this cluster bind to peptide ligands deriving from high molecular weight protein precursors upon proteolytic processing. Comparable to the conserved binding pocket of the chemoattractant receptors, the peptide ligands display a certain sequence conservation although they differ strongly in size. The largest ligands used in this thesis are the anaphylatoxins complement 3a and 5a, comprising 77 or 74 residues, respectively. Due to their size and complex fold involving three intramolecular disulphide bonds, solid phase synthesis is impossible, which prompted us to develop a modified cell-free expression system to produce these ligands in tritiated form for subsequent functional characterisation of the complement receptors. To demonstrate the versatility of the developed system, it was applied to another disulphidebond containing peptide ligand, the 21 amino acid endothelin-1. We describe a reliable and multifaceted tool to generate custom labelled peptide ligands for the structural and functional characterisation of GPCRs. The system allows the production of custom radioligands, peptides labelled for NMR studies or with fluorescent amino acids.
Apart from the modulation of GPCR activity by orthosteric ligands, GPCR signalling has long been described to be regulated by allosteric ligands including peptides, small molecules and ions. In this thesis, the influence of sodium ions on the activity state of the chemoattractant cluster receptors and in particular on the apelin, bradykinin 2 and angiotensin II type 1 receptors was examined. In recent high resolution crystal structures an allosteric sodium ion pocket beneath the orthosteric ligand binding cavity was identified and residues contributing to the coordination of sodium ions are conserved throughout the chemoattractant cluster receptors. This allosteric sodium ion coordinated within the transmembrane domain bundle has been described to negatively influence the affinity of agonists but not of antagonists. It was found that sodium ions have distinct influences on the affinity state as well as the available number of binding sites of the chemoattractant receptors. In case of the apelin and bradykinin 2 receptors, sodium ions drastically reduced the number of available binding sites whereas the affinity of peptide ligands to the bradykinin 2 receptors remained constant and the ligand binding affinities to the apelin receptor were completely abolished. In contrast, the angiotensin II type 1 receptor affinity state towards the endogenous peptide ligand angiotensin II is highly dependent on the presence of sodium ions, whereas binding of the synthetic peptide antagonist Sar1-Ile8-angiotensin II remained unaffected by the sodium ion concentration. As differential effects irrespective of the efficacy class but dependent on the amino acid composition of the applied ligands are observed, it can be concluded that electrostatic interactions between charged residues of the peptide ligands and amino acids on the extracellular surface of the receptors are influenced by sodium ions thereby adding another layer of complexity on GPCR signalling.
To elucidate the structure-function relationship of ligand selectivity between the kinin receptors, the structure of desArg10-kallidin (DAK) bound to the bradykinin 1 receptor was determined using solid state NMR (SSNMR) in the course of this thesis. The kinin peptides DAK and bradykinin bind with high affinity and high selectivity to either the bradykinin 1 or bradykinin 2 receptor, respectively. The binding pockets of the receptors are highly conserved and the two peptide ligands only differ in one amino acid at their N- and C-termini whereas the remaining eight amino acids are fully conserved. DAK adopts a U-shaped structure when bound to the bradykinin 1 receptor which resembles a horse shoe-like conformation. Using 2D TEDOR spectroscopy it could furthermore be demonstrated that positively charged residues at the N-terminal part of the peptide engage in ionic interactions with negatively charged amino acids on the extracellular surface of the bradykinin 1 receptor. In contrast, bradykinin displays a distinct b-turn at the C-terminus and an S-shaped conformation of the N-terminal segment when bound to the bradykinin 2 receptor. By using SSNMR to study the binding mode of DAK on the bradykinin 1 receptor we could determine that subtype selectivity between the kinin receptors is conferred by distinct conformational restraints within the peptide ligands and by the formation of specific ionic interaction between charged residues on the peptide and receptor, respectively.
In brief, this thesis contributes structural and functional data on the binding mechanisms and binding mode of different peptide-ligand GPCRs helping to understand subtype selectivity and allosteric modulation of the chemoattractant cluster receptors. In addition, a versatile cell-free expression system was developed that allows the custom synthesis of isotopically labelled peptides containing disulphide bonds for the functional characterisation of GPCRs.
Under certain conditions, secondary organic aerosol (SOA) particles can exist in the atmosphere in an amorphous solid or semi-solid state. To determine their relevance to processes such as ice nucleation or chemistry occurring within particles requires knowledge of the temperature and relative humidity (RH) range for SOA to exist in these states. In the CLOUD experiment at CERN, we deployed a new in-situ optical method to detect the viscosity of α-pinene SOA particles and measured their transition from the amorphous viscous to liquid state. The method is based on the depolarising properties of laboratory-produced non-spherical SOA particles and their transformation to non-depolarising spherical liquid particles during deliquescence. We found that particles formed and grown in the chamber developed an asymmetric shape through coagulation. A transition to spherical shape was observed as the RH was increased to between 35 % at −10 ◦C and 80 % at −38 ◦C, confirming previous calculations of the viscosity transition conditions. Consequently, α-pinene SOA particles exist in a viscous state over a wide range of ambient conditions, including the cirrus region of the free troposphere. This has implications for the physical, chemical and ice-nucleation properties of SOA and SOA-coated particles in the atmosphere.
In vivo long-term monitoring of circulating tumor cells fluctuation during medical interventions
(2015)
The goal of this research was to study the long-term impact of medical interventions on circulating tumor cell (CTC) dynamics. We have explored whether tumor compression, punch biopsy or tumor resection cause dissemination of CTCs into peripheral blood circulation using in vivo fluorescent flow cytometry and breast cancer-bearing mouse model inoculated with MDA-MB-231-Luc2-GFP cells in the mammary gland. Two weeks after tumor inoculation, three groups of mice were the subject of the following interventions: (1) tumor compression for 15 minutes using 400 g weight to approximate the pressure during mammography; (2) punch biopsy; or (3) surgery. The CTC dynamics were determined before, during and six weeks after these interventions. An additional group of tumor-bearing mice was used as control and did not receive an intervention. The CTC dynamics in all mice were monitored weekly for eight weeks after tumor inoculation. We determined that tumor compression did not significantly affect CTC dynamics, either during the procedure itself (P = 0.28), or during the 6-week follow-up. In the punch biopsy group, we observed a significant increase in CTC immediately after the biopsy (P = 0.02), and the rate stayed elevated up to six weeks after the procedure in comparison to the tumor control group. The CTCs in the group of mice that received a tumor resection disappeared immediately after the surgery (P = 0.03). However, CTC recurrence in small numbers was detected during six weeks after the surgery. In the future, to prevent these side effects of medical interventions, the defined dynamics of intervention-induced CTCs may be used as a basis for initiation of aggressive anti-CTC therapy at time-points of increasing CTC number.
Effiziente kryptographische Algorithmen sind ein wichtiger Grundstein für viele neue Anwendungen, wie zum Beispiel das Internet der Dinge (IoT) oder kontaktlose Zahlungssysteme. Daher ist es wichtig, dass neue Algorithmen mit verbesserten Sicherheitseigenschaften und speziellen Leistungseigenschaften entwickelt und analysiert werden. Ein Beispiel ist der aktuelle Trend zu leichtgewichtigen Algorithmen. Diese Entwicklungen erleichtern die Implementierung neuartiger Systeme und ermöglichen auch einen Schutz von bestehenden Systemen durch eine Anpassung auf den neuesten Stand der Technik. Neben der kryptologischen Analyse, ist die Bewertung von Implementierungs-Aspekten sehr wichtig, damit eine realistische Einschätzung der erzielbaren Leistung möglich ist.
Daher müssen für jeden neuen Algorithmus unterschiedliche Software- und Hardwarearchitekturen evaluiert werden. Die systematische Bewertung von Software-Implementierungen für unterschiedliche Hardware-Architekturen hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht, zum Beispiel durch den SHA-3 Wettbewerb. Im Vergleich dazu ist die Evaluation für Hardware-Plattformen wie z.B. FPGAs weiterhin sehr zeitaufwendig und fehleranfällig. Dies liegt an vielen Faktoren, z.B. an den mannigfaltigen Möglichkeiten der verschiedenen Zieltechnologien. Ein möglicher Verbesserungsansatz besteht darin, die Bewertung mit einem abstrakteren Ansatz zu beginnen, um interessante Architekturen und Implementierungen anhand von theoretischen Eigenschaften auszuwählen.
Der erste Hauptbeitrag dieser Arbeit ist die Entwicklung einer abstrakten Bewertungsmethodik, die auf einem theoretischen Modell von getakteten Schaltungen basiert. Das Modell verbessert das Verständnis von Grundeigenschaften dieser Schaltungen und erleichtert auch die abstrakte Modellierung von Architekturen für einen spezifischen Algorithmus. Wenn mehrere verschiedene Architekturen für den gleichen Algorithmus ausgewertet werden, ist es auch möglich zu bestimmen, ob ein Algorithmus gut skaliert. Beispielsweise können Auswirkungen einer Verkleinerung des Datenpfades auf die Größe des Speicherverbrauchs analysiert werden. Basierend auf der entwickelten Methodik können wichtige Eigenschaften, wie der Speicherbedarf, die Anzahl an Taktzyklen oder die Pipeline-Tiefe systematisch bewertet werden. Damit kann eine grobe Schätzung für die Effektivtät einer Architektur abgeleitet werden.
Die Performance-Abschätzung wird auch durch ein theoretisches Konzept der Optimalität der Anzahl an Taktzyklen untermauert. Optimal in diesem Sinne ist eine Architektur, wenn sie verzögerungsfrei ist, d.h. keine Wartezyklen benötigt. Durch die Betrachtung von Datenabhängigkeiten zwischen den einzelnen Runden kann eine minimale und maximale Anzahl an Taktzyklen ermittelt werden. Eine Verletzung dieser Grenzen würde bedeuten, dass die Berechnung der Runden-Funktion nicht alle Ausgangs-Bits produziert hat, wenn diese für die nächste Runde benötigt werden und somit würden Wartezyklen entstehen.
Der zweite Beitrag der Dissertation nutzt die Analysemethodik für mehrere Hash-Funktion. Es werden sechs Hash-Funktionen bewertet: BLAKE, Grøstl, Keccak, JH, Skein und Photon. Die ersten fünf Hash-Funktionen sind die Finalisten des SHA-3 Wettbewerb. Die SHA-3 Finalisten haben eine hohe Sicherheit als oberstes Design-Ziel und nur in zweiter Linie eine hohe Performance. Im Gegensatz dazu wurde Photon für leichtgewichtige Anwendungen konzipiert, z.B. RFID-Tags. Dazu wurde auch die Sicherheit von Photon reduziert. Für jeden Algorithmus wird eine oder mehrere mögliche Organisationensformen des Speichers entwickelt. Als nächstes wird die Anzahl von Taktzyklen auf der Grundlage der Speicherorganisation ermittelt. Das generelle Ziel dabei ist die Entwicklung von Architekturen mit einer optimalen Anzahl von Taktzyklen. Die Diskussion konzentriert sich als nächstes auf verschiedene Möglichkeiten die Runden-Funktion optimal umzusetzen. Das Ergebnis der Evaluierung umfasst mindestens die Schätzung der minimalen Speicheranforderung, die analysierte Pipeline-Tiefe und den theoretischen Durchsatz für lange Nachrichten mit einer festgelegten Taktfrequenz. Diese Ergebnisse lassen eine Einschätzung über die mögliche Leistung der jeweiligen Architekturen zu.
Der dritte Beitrag der Arbeit besteht aus mehreren Implementierungs-Ergebnissen. Zunächst werden Ergebnisse für die SHA-3 Finalisten BLAKE, Grøstl, JH, Keccak und Skein gezeigt. Von den fünf Algorithmen haben alle außer Skein eine relativ hohe Performanz, während Skein abgeschlagen ist. Eine weitere Untersuchung konzentriert sich auf kleinere Implementierungen des SHA-3 Siegers Keccak. Dazu gehören auch nicht standardisierte Varianten mit einem kleineren Zustand. Diese kleineren Versionen werden mit ersten FPGA-Ergebnissen für die Photon Hash-Funktion verglichen. Eine wesentliche Erkenntnis davon ist, dass Keccak auch für FPGA-Anwendungen mit beschränktem Ressourcen-Bedarf prinzipiell sehr wettbewerbsfähig ist.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden grundlegende Eigenschaften von GEM-Verstärkungsstrukturen untersucht. Dies waren der Einfluss des Alignmenteffektes auf die Reproduzierbarkeit von Messungen, die Elektronenextraktionseffizienz von GEMs im allgemeinen und die Auswirkungen von Druckschwankungen auf die Gasverstärkung. Weiterhin wurden verschiedene vierlagige GEM-Verstärkungssysteme mit einer MP-GEM an erster Stelle in Hinblick auf Ionenrückfluss und Energieauflösung untersucht.
Der Alignmenteffekt ist noch nicht vollkommen verstanden und verlangt weitere Untersuchungen. Was aber definitiv gesagt werden kann ist, dass das Drehen der GEMs um 90° die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse sicherstellt.
Die unterschiedlichen Elektronenextraktionseffizienzen der verschiedenen GEM-Typen sind noch unverstanden. Auch wenn die grundsätzliche Zunahme der Extraktion mit zunehmenden Transferfeld verständlich ist, so bleibt vor allem das Verhalten einer LP-GEM in diesem Kontext bis jetzt unerklärlich.
Die Versuche mit einer MP-GEM an erster Stelle einer vierlagigen Verstärkungsstruktur haben sich als keine Verbesserung im Vergleich zu den S-Konfigurationen herausgestellt. Auch wenn manche gefundenen Einstellungen die Kriterien von einem IBF von weniger als 1 % und einem σ(55Fe) von weniger als 12 % gleichzeitig erfüllen, liegen diese Messpunkte so knapp an den definierten Grenzen, dass sie nicht für den Betrieb in der Spurendriftkammer von ALICE geeignet sind. Eine Erkenntnis, die trotzdem gewonnen werden konnte, ist, dass sich das Verhalten von verschiedenen Konfigurationen verstehen lässt. So ist die beste untersuchte Konfiguration die MP-LP-LP-S-Konfiguration gewesen, danach folgte die MP-S-LP-S und als schlechteste hat die MP-S-LP-SP-Konfiguration abgeschnitten. Dies ist genau die gleiche Reihenfolge, wie sie auch bei den S-Konfigurationen auftritt: S-LP-LP-S, dann S-S-LP-S und danach S-S-LP-SP. Ein wichtiger Schritt in einem guten Kompromiss zwischen Ionenrückfluss und σ(55Fe), scheinen zwei LP-GEMs an zweiter und dritter Stelle zu sein und weniger der Lochabstand der letzten GEM.
Die Druckabhängigkeit der Gasverstärkung hat einen großen Einfluss auf die Verstärkung und damit auf die Reproduzierbarkeit von Messungen. Bei einem Höhenunterschied von ca. 400 m ergibt sich eine Änderung der Verstärkung von ca. 35 %. Zusätzlich wird dieser Effekt von lokalen Wetterbedingungen überlagert. Der Einfluss des Luftdruckes kann jedoch mit dem Fit in Abbildung 43 berücksichtigt und damit herausgerechnet werden
In seinem unlängst erschienenen Buch „Citizen Science“ untersucht der Wissenschaftstheoretiker Peter Finke die Rolle von Laiinnen und Laien für die Wissenschaft. Sein Anliegen ist es, ihre Bedeutung für den Erkenntnisfortschritt wie auch für ein praxisbezogenes bürgerschaftliches Engagement darzulegen. Aus zahlreichen Blickwinkeln variiert Finke den Grundgedanken einer Kontinuität des Handelns von Laiinnen und Laien zu dem von Fachwissenschaftlerinnen und Fachwissenschaftlern, die durch die institutionalisierten Erscheinungsformen der Wissenschaft verschleiert wird. Demgegenüber sollen im vorliegenden Beitrag Aspekte der Diskontinuität hervorgehoben werden, die es zu berücksichtigen gilt, gerade wenn man von der Wichtigkeit einer Etablierung und Förderung von „Citizen Science“ überzeugt ist.
Rolf van Dick und Holger Horz haben in ihrem UniReport-Essay »Bestmögliche Bildung und Ausbildung für alle« gefordert und die Kritik von Hans Peter Klein und Julian Nida-Rümelin am aktuellen Akademisierungswahn scharf zurückgewiesen. Nida-Rümelin und Klein antworten nun im Gespräch gemeinsam auf die zentralen Thesen von van Dick und Horz.
Im Projekt galt es zu untersuchen, (1) wie Führungskräfte in der Altenhilfe durch eine Fortbildung wirksame Impulse hin zu einer stärkeren Mitarbeiterorientierung erhalten können und (2) welche Fortbildungssettings dafür geeignet sind. Es wurden hierfür berufsbegleitende Fortbildungen für Führungskräfte aus stationären Einrichtungen und aus ambulanten Diensten entwickelt und erprobt...
Mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) feature promising potential for cellular therapies, yet significant progress in development of MSC therapeutics and assays is hampered because of remarkable MSC heterogeneity in vivo and in vitro. This heterogeneity poses challenges for standardization of MSC characterization and potency assays as well as for MSC study comparability and manufacturing. This review discusses promising marker combinations for prospective MSC subpopulation enrichment and expansion, and reflects MSC phenotype changes due to environment and age. In order to address animal modelling in MSC biology, comparison of mouse and human MSC markers highlights current common ground of MSCs between species.
Intrinsically disordered protein (IDP) duplexes composed of two IDP chains cross-linked by bivalent partner proteins form scaffolds for assembly of multiprotein complexes. The N-terminal domain of dynein intermediate chain (N-IC) is one such IDP that forms a bivalent scaffold with multiple dynein light chains including LC8, a hub protein that promotes duplex formation of diverse IDP partners. N-IC also binds a subunit of the dynein regulator, dynactin. Here we characterize interactions of a yeast ortholog of N-IC (N-Pac11) with yeast LC8 (Dyn2) or with the intermediate chain-binding subunit of yeast dynactin (Nip100). Residue level changes in Pac11 structure are monitored by NMR spectroscopy, and binding energetics are monitored by isothermal titration calorimetry (ITC). N-Pac11 is monomeric and primarily disordered except for a single α-helix (SAH) at the N terminus and a short nascent helix, LH, flanked by the two Dyn2 recognition motifs. Upon binding Dyn2, the only Pac11 residues making direct protein-protein interactions are in and immediately flanking the recognition motifs. Dyn2 binding also orders LH residues of Pac11. Upon binding Nip100, only Pac11 SAH residues make direct protein-protein interactions, but LH residues at a distant sequence position and L1 residues in an adjacent linker are also ordered. The long distance, ligand-dependent ordering of residues reveals new elements of dynamic structure within IDP linker regions.
In addition to infectious viral particles, hepatitis B virus-replicating cells secrete high amounts of SVPs, which are ssembled by HBsAg in the shape of spheres and filaments but lack any capsid and genome. Filaments are characterized by a much higher amount of the surface protein LHBs as compared to spheres. Spheres are
released via the constitutive secretory pathway, while viral particles are ESCRT-dependently released via MVBs. The interaction of virions with the ESCRT machinery is mediated by α-taxilin that connects the PreS1 domain of LHBs with the ESCRT-component tsg101. Since viral particles and filaments contain a significant amount of LHBs, it is unclear whether filaments are secreted as spheres or released like viral particles. To study the release pathways of HBV filaments in the absence of viral particles, A core-deficient
HBV mutant (1.2×HBVΔCore) was generated by site-directed mutagenesis based on wt1.2x HBV. The start codon of core protein was mutated into stop codon, which was confirmed by DNA sequencing. Data from HBsAg ELISA, Western blot, immunofluorescence microscopy and immunoelectron microscopy showed that the lack of core protein did neither affect the production nor the secretion of HBV SVPs. The intracellular distribution of
LHBs and SHBs showed no difference between wtHBV and the core-deficient mutant expressing cells. Therefore, this system is suitable to investigate the release pathway of HBV filaments in the absence of viral particles. Confocal microscopy analysis of cells cotransfected core-deficient mutants with peYFPRab7 as marker for the endosomal/MVB pathway or with pGalT-eGFP as marker for the trans Golgi apparatus showed that YFP-Rab7, but not GalT-GFP, partially colocalized with LHBs. Furthermore, LHBs could be found in dilated MVBs by immune electron microscopy of ultrathin sections. This was confirmed by isolation of MVBs by cell fractionation using discontinuous sucrose gradient ultracentrifugation and percoll-based linear gradient ultracentrifugation, indicating that filaments enter MVBs in the absence of virion formation. Moreover, inhibition of MVB biogenesis by the small molecular inhibitor U18666A significantly abolished the release of filaments in a dose-dependent manner, but no inhibition could be observed in the production. In contrast, no inhibition on the secretion and production of spheres could be
detected. Inhibition of ESCRT-functionality by coexpression of transdominant negative mutants (Vps4A, Vps4B, CHMP3) abolished the release of filaments while secretion of spheres was not affected. These data indicate that in contrast Abstract 73 to spheres while are secreted via the secretory pathway, filaments are released via ESCRT/MVB pathway like infectious viral particles.
Oxygen vacancies in strontium titanate surfaces (SrTiO3) have been linked to the presence of a two-dimensional electron gas with unique behavior. We perform a detailed density functional theory study of the lattice and electronic structure of SrTiO3 slabs with multiple oxygen vacancies, with a main focus on two vacancies near a titanium dioxide terminated SrTiO3 surface. We conclude based on total energies that the two vacancies preferably inhabit the first two layers, i.e. they cluster vertically, while in the direction parallel to the surface, the vacancies show a weak tendency towards equal spacing. Analysis of the nonmagnetic electronic structure indicates that oxygen defects in the surface TiO2 layer lead to population of Ti ${{t}_{2g}}$ states and thus itinerancy of the electrons donated by the oxygen vacancy. In contrast, electrons from subsurface oxygen vacancies populate Ti eg states and remain localized on the two Ti ions neighboring the vacancy. We find that both the formation of a bound oxygen-vacancy state composed of hybridized Ti 3eg and 4p states neighboring the oxygen vacancy as well as the elastic deformation after extracting oxygen contribute to the stabilization of the in-gap state.
The impact of (long-term) drought acclimation and (short-term) heat stress and their combination on fast chlorophyll fluorescence induction curves (OJIP) and grain yield was tested using pot-grown plants of wild barley (Hordeum spontaneum) originating from Northern Egypt. Concerning agronomic traits, the main effect of drought was decreased biomass accumulation and grain yield, while heat specifically affected floral development. The treatments caused specific inhibitions of photosystem II (PSII) functionality. While heat stressed plants showed a reduction of maximum quantum efficiency of PSII (φP0), an indication of effects on oxygen evolving complex (OEC) functionality, and the connectivity of PSII units, these features were entirely missing in drought acclimated plants. Drought caused a reduction of the Performance Index (PIabs) and of the relative amplitude of the IP-phase of the OJIP induction curve (ΔVIP). Individuals suffering from a combination of drought and heat showed a better ability to recover photosynthetic electron transport after the relief of stress in comparison to heat stressed plants. However, this improved capacity to recover was not accompanied by an increased grain yield. Thus, we conclude that chlorophyll fluorescence measurements provide valuable physiological data; however, their use in agronomic studies for the prediction of agronomic traits should be done with some precaution.
Long-term potentiation (LTP) and long-term depression (LTD) are widely accepted to be synaptic mechanisms involved in learning and memory. It remains uncertain, however, which particular activity rules are utilized by hippocampal neurons to induce LTP and LTD in behaving animals. Recent experiments in the dentate gyrus of freely moving rats revealed an unexpected pattern of LTP and LTD from high-frequency perforant path stimulation. While 400 Hz theta-burst stimulation (400-TBS) and 400 Hz delta-burst stimulation (400-DBS) elicited substantial LTP of the tetanized medial path input and, concurrently, LTD of the non-tetanized lateral path input, 100 Hz theta-burst stimulation (100-TBS, a normally efficient LTP protocol for in vitro preparations) produced only weak LTP and concurrent LTD. Here we show in a biophysically realistic compartmental granule cell model that this pattern of results can be accounted for by a voltage-based spike-timing-dependent plasticity (STDP) rule combined with a relatively fast Bienenstock-Cooper-Munro (BCM)-like homeostatic metaplasticity rule, all on a background of ongoing spontaneous activity in the input fibers. Our results suggest that, at least for dentate granule cells, the interplay of STDP-BCM plasticity rules and ongoing pre- and postsynaptic background activity determines not only the degree of input-specific LTP elicited by various plasticity-inducing protocols, but also the degree of associated LTD in neighboring non-tetanized inputs, as generated by the ongoing constitutive activity at these synapses.
Die Kephalometrie stellt einen bedeutenden Diagnostikbestandteil der kieferorthopädischen Diagnostik und Behandlungsplanung dar, mit deren Hilfe es möglich ist, skelettale Ursachen dentaler Befunde zu evaluieren. Üblicherweise erfolgt die kephalometrische Analyse anhand eines Fernröntgenseitenbildes, das jedoch neben der unausweichlichen Strahlenbelastung des Patienten, der sich zumeist im jugendlichen Alter und im Wachstum befindet und damit besonders vulnerabel bezüglich ionisierender Strahlung ist, auch geometrische Verzerrungen und Verzeichnungen aufweist, die eine kephalometrische Analyse erschweren. Zudem erfolgt beim FRS eine dreidimensionale Analyse, die auf einer zweidimensionalen Ansicht basiert und daher nicht die Exaktheit einer 1:1 Analyse besitzen kann. Die Kephalometrie mittels Magnetinduktion stellt eine strahlenfreie Alternative zur Verfügung. Im Rahmen der vorliegenden Studie ist untersucht worden, inwieweit Untersucher mit dem auf einer elektromagnetischen Induktion basierenden noXrayCeph®- Gerätes in der Lage sind, genaue Messdaten zu generieren und zu reproduzieren. Beim noXrayCeph®-Gerät handelt es sich um eine Weiterentwicklung des 3-Space®-Isotrak®- Gerätes der Firma POLHEMUS. Im Rahmen der hier durchgeführten Studie konnte die Messgenauigkeit der kephalometrischen Messung auf Basis der Magnetinduktion sowie die Reproduzierbarkeit durch verschiedene Untersucher statistisch belegt werden. Weiterhin sollten mit der Durchführung einer Anwenderschulung die Anwenderfreundlichkeit des Gerätes und das einfache Erlernen der Handhabung eruiert werden. Hierfür wurden insgesamt drei differente Versuchsreihen aufgebaut. Die Messgenauigkeit des noXrayCeph®-Gerätes wurde anhand eines normierten Abstands von exakt 100 mm nachgewiesen. Außerdem konnten fünf unterschiedliche Untersucher jeweils 15mal eine kephalometrische Analyse mit dem noXrayCeph®-Gerät reproduzierbar durchführen. Dabei waren die Messergebnisse sowohl Untersucher sowie zeitunabhängig. Diese kephalometrischen Untersuchungen erfolgten hierbei an einem Kunststoffschädel, auf den 55 Messpunkte als kephalometrische Variablen übertragen worden waren. In einer nachfolgenden Anwenderschulung konnten sechs männliche und vier weibliche Probanden nachweisen, dass auch ohne eine Anwenderschulung eine hohe Reproduzierbarkeit der ermittelten Werte erreicht werden konnte. Ebenfalls wurde der Einfluss des Geschlechts, des Winkels des angesetzten 103 Messstiftes, der Handhabung dieses Messstiftes sowie des physiologischen Tremors auf die Messgenauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Daten geprüft. Es ließ sich wiederholt zeigen, dass mit dem noXrayCeph®-System genaue und reproduzierbare Werte einer kephalometrischen Analyse gewonnen werden, die bei den unterschiedlichen Untersuchern in einem Rahmen tolerierbarer Schwankungen vergleichbar sind. Auch intraindividuell weisen die ermittelten Daten eine hohe Reproduzierbarkeit auf. In dieser Studie sind Einflüsse des Geschlechts, der Handhabung des Messstiftes sowie des Winkels dieses Stiftes ebenso wenig nachweisbar wie ein positiver Einfluss einer Vorab-Schulung der Probanden. Der bei den Probanden vorhandene, unterschiedlich ausgeprägte physiologische Tremor und die unterschiedliche Haltung der Messspitze hatten keinerlei Auswirkung auf die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse. Zusammenfassend lässt sich aus der durchgeführten Studie somit ableiten, dass das noXrayCeph®-Verfahren geeignet ist für eine exakte kephalometrische Analyse. Die Patienten sind keiner Strahlenexposition wie bei einer Röntgenaufnahme ausgesetzt. Die Anwenderschulung zeigte außerdem, dass das Verfahren und der Umgang mit dem noXrayCeph®-Gerät bei der Messung einfach erlernbar und gut durchführbar ist. Die aus dem Röntgenverfahren resultierenden Probleme wie Verzerrungen und Überlagerungsfehler sowie die Strahlenexposition gerade bei jungen Patienten können mit diesem Verfahren umgangen und eliminiert werden. Somit stellt die Kephalometrie mit dem noXrayCeph®-Gerät eine fundierte Alternative in der Kieferorthopädie dar.
In the qualitative analysis of solutions of partial differential equations, many interesting questions are related to the shape of solutions. In particular, the symmetries of a given solution are of interest. One of the first more general results in this direction was given in 1979 by Gidas, Ni and Nirenberg... The main tool in proving this symmetry and monotonicity result is the moving plane method. This method, which goes back to Alexandrov’s work on constant mean curvature surfaces in 1962, was introduced in 1971 by Serrin in the context of partial differential equations to analyze an overdetermined problem...
In 2000 Italy replaced its traditional system of severance pay for public employees with a new system. Under the old regime, severance pay was proportional to the final salary before retirement; under the new regime it is proportional to lifetime earnings. This reform entails substantial losses for future generations of public employees, in the range of €20,000-30,000, depending on seniority. Using a difference-in-difference framework, we estimate the impact of this unanticipated change in lifetime resources, on the current consumption and wealth accumulation of employees affected by the reform. In line with theoretical simulations, we find that each euro reduction in severance pay reduces the average propensity to consume by 3 cents and increases the wealth-income ratio by 0.32. The response is stronger for younger workers and for households where both spouses are public sector employees.