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Das Ziel der Studie bestand einerseits in der Untersuchung der Zusammenhänge zwischen der sich im Vorschulalter entwickelnden Theory of Mind und dem sich ebenfalls zu diesem Zeitpunkt ausbildenden episodischen Gedächtnis unter der Berücksichtigung verschiedener potentieller Einflussfaktoren, wie beispielsweise den sprachlichen und exekutiven Fähigkeiten der Kinder. Auf der anderen Seite sollten zudem die Veränderungen innerhalb der einzelnen Konstrukte im zeitlichen Verlauf zwischen dem vierten und fünften Lebensjahr abgebildet werden. Dazu wurden 40 Kindern an zwei im Abstand von einem Jahr stattfindenden Erhebungszeitpunkten verschiedenste Aufgaben zur Erfassung ihrer jeweiligen Fähigkeiten in den unterschiedlichen kognitiven Bereichen vorgelegt. Das Durchschnittsalter der Kinder zum Zeitpunkt der ersten Messung betrug M = 38.73 Monate (SD = 2.84) und beim zweiten Messzeitpunkt M = 51.03 Monate (SD = 2.89). Anhand der erhobenen Daten konnte gezeigt werden, dass neben dem Zeitverständnis vor allem die Fähigkeit der dreijährigen Kinder zur Perspektivübernahme einen signifikanten Beitrag zur Erklärung ihrer späteren Kompetenzen auf dem Gebiet des episodischen Gedächtnisses leistet. Weiterhin konnten mittels der zwei Messzeitpunkte sowohl die quantitativen als auch qualitativen Veränderungen innerhalb der unterschiedlichen Theory of Mind-Kompetenzen bzw. innerhalb des sich wandelnden Repräsentationsverständnisses abgebildet werden. Zudem konnte ebenfalls die bedeutende Rolle der Sprache als optimales Medium zum verbalen Austausch über die verschiedenen Perspektiven von sich und anderen sowie über vergangene, gegenwärtige oder zukünftige Erlebnisse konstatiert werden. Im Gegensatz zu den Befunden anderer Studien scheint hingegen den vorliegenden Befunden nach dem Einfluss der exekutiven Fähigkeiten auf die Theory of Mind-Kompetenzen der Kinder keine so grundlegende Bedeutung zuzukommen.
Multi-view microscopy techniques are used to increase the resolution along the optical axis for 3D imaging. Without this, the resolution is insufficient to resolve subcellular events. In addition, parts of the images of opaque specimens are often highly degraded or masked. Both problems motivate scientists to record the same specimen from multiple directions. The images, then have to be digitally fused into a single high-quality image. Selective-plane illumination microscopy has proven to be a powerful imaging technique due to its unsurpassed acquisition speed and gentle optical sectioning. However, even in the case of multi view imaging techniques that illuminate and image the sample from multiple directions, light scattering inside tissues often severely impairs image contrast.
Here we show that for c-elegans embryos multi view registration can be achieved based on segmented nuclei. However, segmentation of nuclei in high density distribution like c-elegans embryo is challenging. We propose a method which uses 3D Mexican hat filter for preprocessing and 3D Gaussian curvature for the post-processing step to separate nuclei. We used this method successfully on 3 data sets of c-elegans embryos in 3 different views. The result of segmentation outperforms previous methods. Moreover, we provide a simple GUI for manual correction and adjusting the parameters for different data.
We then proposed a method that combines point and voxel registration for an accurate multi view reg- istration of c-elegans embryo, which does not need any special experimental preparation. We demonstrate the performance of our approach on data acquired from fixed embryos of c-elegans worms. This multi step approach is successfully evaluated by comparison to different methods and also by using synthetic data. The proposed method could overcome the typically low resolution along the optical axis and enable stitching to- gether the different parts of the embryo available through the different views. A tool for running the code and analyzing the results is developed.
Development of the timing system for the Bunch-to-Bucket transfer between the FAIR accelerators
(2017)
The FAIR project is aiming at providing high-energy beams of ions of all elements from hydrogen to uranium, antiprotons and rare isotopes with high intensities. The existing accelerator facility of GSI and the future FAIR facility employ a variety of circular accelerators like heavy ion synchrotrons (SIS18 and SIS100) and storage rings (ESR, CRYRING, CR and HESR) for the preparation of secondary beams and experiments. Bunches are required to be transferred into rf buckets among GSI and FAIR ring accelerators for different purposes. Without the proper transfer, the beam will be subject to various beam quality deterioration and even to beam losses. Hence, the proper bunch-to-bucket (B2B) transfer between two rings is of great importance for FAIR and is the topic, which has been investigated in this thesis.
These circular accelerators of GSI and FAIR have different ratios in their circumference. For example, the circumference ratio between SIS100 and SIS18 is an integer and between SIS18 and ESR is close to an integer and between CR and HESR is far away from an integer. The ring accelerators are connected via a complicated system of beam transfer lines, targets for the secondary particle production and the high energy separators mentioned above. For FAIR, not only the primary beams are required to be transferred from one ring to another, but also the secondary beams, e.g. the antiproton or rare isotope beams produced by the antiproton (pbar) target, the fragment separator (FRS) or the superconducting fragment separator (Super-FRS). An important topic for this system of accelerators is the proper transfer of beam between the different circular accelerators. Bunches of one ring must be transferred into buckets of another ring within an upper bound time constraint (e.g. 10 ms for most FAIR use cases) and with an acceptable B2B injection center mismatch +-1 degree for most FAIR use cases). Hence, a flexible FAIR B2B transfer system is required to realize the different complex B2B transfers between the FAIR rings in the future. In the focus of the system development and of this thesis is the transfer from SIS18 to SIS100, which can be tested at GSI on the transfer from SIS18 to ESR and from ESR to CRYRING. The system is based on the existing technical basis at GSI, the low-level radio frequency (LLRF) system and the FAIR control system. It coordinates with the Machine Protection System (MPS), which protects SIS100 and subsequent accelerators and experiments from damage caused by high intensity primary beams in case of malfunctioning. Besides, it indicates the beam status and the actual beam injection time for the beam instrumentation and diagnostics.
The conceptual realization of the FAIR B2B transfer system was introduced in this thesis for the first time. It achieves the most FAIR B2B transfers with a tolerable B2B injection center mismatch (e.g. +-1 degree) and within an upper bound time (e.g. 10 ms). It supports two synchronization methods, the phase shift and frequency beating methods. It is flexible to support the beam transfer between two rings with different ratios in their circumference and several B2B transfers running at the same time, e.g. the B2B transfer from SIS18 to SIS100 and at the same time the B2B transfer from ESR to CRYRING. It is capable to transfer beam of different ion species from one machine cycle to another and to transfer beams between two rings via the FRS, the pbar target and the Super-FRS. It allows various complex bucket filling pattern. In addition, it coordinates with the MPS system, which protects the SIS100 and subsequent accelerators or experiments from beam induced damage.
A list of criteria for the preservation of beam qualities during the rf frequency modulation of the phase shift method was analyzed. As an example the beam reaction on three different rf frequency modulation examples were analyzed for SIS18 beams. According to the beam dynamic analysis, there is a maximum value for the rf frequency modulation. The first derivative of the rf frequency modulation must be continuous and small enough and the second derivative must be small enough.
In addition to the analysis from the viewpoint of beam dynamics, two test setups were built. The first test setup was used to characterize the FAIR timing network – white rabbit network for the B2B transfer. In the second test setup, the firmware of the FAIR B2B transfer system was evaluated, which was running on the soft CPU, LatticeMico32, of the Scalable Control Unit - the FAIR standard Front End Controller. Besides, the boundary conditions of the different trigger scenarios of the SIS18 extraction and SIS100 injection kicker magnets were investigated. Finally, the application of the FAIR B2B transfer system for all FAIR use cases was demonstrated.
The dissertation plays a significant important role for the realization of the FAIR B2B transfer system and the further practical application of the system to all FAIR use cases.
Bei dieser Arbeit handelt es sich um eine retrospektive, klinische Studie, die die Bedeutung prognostischer Faktoren beim Morbus Hodgkin behandelt. Das Patientenkollekiv umfasst 136 Patienten, die an Morbus Hodgkin erkrankt sind. Mittels der bisher verwendeten und damals etablierten Risikofaktoren und der Stadienklassifikation nach Ann Arbor erfolgte eine prognostische Einteilung, anhand deren das jeweilige Chemotherapieprotokoll festgelegt worden ist. Zunächst wurden die Patienten anhand ihrer Risikofaktoren in zwei Gruppen untergliedert, die prognostisch günstigere, EBOEP I-Gruppe und die prognostisch ungünstigere EBOEP II-Gruppe. Nach Einführung des EEP-Protokolls wurde eine dritte Patientengruppe gebildet, die sich, genau wie die EBOEP I-Gruppe, in einem günstigen Stadium befand und nun nach dem EEP-Schema behandelt wurde. Der Vergleich der prognostischen Einteilung nach den Risikofaktoren mit dem neu entwickelten prognostischen Index nach Hasenclever et. al führte zu einem überraschenden Resultat. Nach der alten Einteilung anhand der Risikofaktoren zeigen beide EBOEP-Gruppen nahezu gleiche Ergebnisse mit 2,16 und 2,59 Risikofaktoren pro Patient für EBOEP I und EBEOP II. Die EEP-Patienten haben ein günstigeres Ergebnis mit 1,17 Risikofaktoren pro Patient. Verwendet man den neuen geprüften Prognostischen Index zur Einteilung derselben Patienten, erhält man andere Werte. Hierbei zeigen die Patienten der EBOEP I- und der EEP-Gruppe ähnliche prognostische Eigenschaften mit einem prognostischen Index pro Patient mit 1,48 bzw. 1,43 für die jeweiligen Gruppen. Betrachtet man sich nun das rezidivfreie Überleben nach 5 Jahren erkennt man deutlich schlechtere Ergebnisse der EEP- im Gegensatz zur EBOEP I-Gruppe. Auch die Resultate der Überlebenswahrscheinlichkeit nach 5 Jahren ist für das EEP-Patientenkollektiv ungünstiger. Dies bedeutet, dass die vermeintlich prognostisch günstigere Patientengruppe schlechtere posttherapeutische Ergebnisse zeigt. Der Grund dafür liegt darin, dass anhand der Einteilung nach den alten Risikofaktoren eine günstige Prognose erwartet worden ist und die Patienten eine weniger intensive Chemotherapie erhielten. Nach dem neuen prognostischen Index jedoch zeigten die Patienten der EEP-und der EBOEP I-Gruppe kaum Unterschiede. Die Bedeutung prognostischer Faktoren liegt darin, eine adäquate prognostische Einteilung treffen zu können, um die entsprechenden, der Krankheit angepassten, Therapiekonzepte anzuwenden. Weniger intensive Chemotherapien, die die Gefahren einer Zytostatika - bedingten Leukämie oder das Auftreten von Zweittumoren reduzieren, sind allerdings erstrebenswert für die Patientenkollektive mit einer gesicherten günstigen Prognose, die auch mit dieser geringer dosierten Therapie zuverlässig geheilt werden können.
Millionen von Menschen weltweit leiden unter Kniegelenksarthrose. Ursachen hierfür sind nicht nur die altersbedingte Abnutzung des Knorpels, sondern auch erhöhte Beanspruchung durch Sport und Arbeit, verschiedene Gelenkserkrankungen, entzündliche oder rheumatische Ursachen, aber auch verschiedene Kniegelenksverletzungen. Zu den Therapieansätzen gehören als biologische Defektfüllung die Knorpelinduktionsverfahren, wie das Debridement, die Abrasionsarthroplastik, die Pridiebohrung, die darauf bauende Microfracture, die autologe Chondrozytentransplantation und die Transplantation chondrogener Materialien. Die künstliche Defektfüllung ist der Einsatz von Teil- und Totalprothesen. Ziel dieser Arbeit ist es gewesen, Patienten mit hochgradigen Kniegelenksarthrosen klinisch vor und nach der Microfracture zu erfassen, wobei der Schmerzverlauf im Vordergrund gestanden hat. Ausserdem ist die Schmerzsypmptomatik und die operativen Ergebnisse mit einem bestehendem Knochenmarksödem korreliert worden. In dieser retrospektiven klinischen Studie sind 59 Patienten mit einem arthroskopisch gesicherten Knorpelschaden von mindestens Grad III nach Outerbridge der Microfracture durch denselben Operateur unterzogen worden. Bei 26 Patienten ist präoperativ ein MRT durchgeführt worden. Zur klinischen Auswertung ist von allen Patienten ein Fragebogen beantwortet worden, der zum einen allgemeine Fragen, wie Symptomdauer, auslösende Faktoren für die Beschwerden und subjektive Besserung beinhaltet, zum anderen Fragen nach dem Score von Insall et al. enthält. Der Score nach Insall et al. setzt sich aus Knie- und Funktionsscore zusammen; es können jeweils 0 bis 100 Punkte erreicht werden. Ausserdem werden alle Patienten prä- und postoperativ untersucht. Präoperativ haben 98,3% der Patienten Schmerzen gehabt; 86,4% weisen Einschränkungen in ihrem täglichen Aktivitäten auf und 1,7% der Patienten haben ein instabiles Knie. Postoperativ sind 42,4% der Patienten schmerzfrei geworden; weitere 30,5% haben nur noch milde Schmerzen angegeben. Im Bereich ihrer täglichen Aktivität geben 49,2% der Patienten noch Probleme beim Treppenlaufen an. Insgesamt haben 78% der Patienten eine allgemeine subjektive postoperative Besserung angegeben. Im MRT sind bei 17 Patienten eine Grad-IV-Läsion vor allem am medialen Femur und korrelierend am medialen Femur und an der medialen Tibia gesehen worden. Ausserdem sind bei 15 Patienten Meniskusverletzungen und bei 6 Patienten Bandverletzungen diagnostiziert worden. Von den 26 Patienten mit einem präoperativen MRT sind bei 17 Patienten ein Knochenödem gefunden worden. In der Arthroskopie sind bei 57 von 59 Patienten ein Knorpelschaden des Grades IV, am häufigsten am medialen Femur gesehen worden. Arthroskopisch sind bei 34 Patienten Meniskusverletzungen und bei 5 Patienten Bandverletzungen diagnostiziert worden. Zur Verwertung des Knie- und Funktionsscores sind statistische Tests erhoben und die jeweiligen Medianwerte ermittelt worden. Der Medianwert des Kniescore liegt präoperativ bei 55 Punkten, postoperativ bei 95 Punkten. Der Medianwert des Funktionsscore liegt präoperativ bei 80 Punkten, postoperativ bei 90 Punkten. Die Patienten weisen im Kniescore eine deutlichere Besserung als im Funktionsscore auf, da die prä- und postoperative Differenz grösser gewesen ist. Somit haben wir uns auf den Schmerzverlauf der Patienten konzentriert und haben den Schmerzverlauf der Patienten mit Knochenödem nochmals hervorgehoben. Wir sind zu dem Schluss gekommen, dass das klinische Outcome von Faktoren, wie Alter des Patienten, Symptomdauer und Aktivitätsgrad abhängt. Begleitverletzungen, wie Meniskus- und/oder Bandverletzungen, oder Erkrankungen, wie Morbus Ahlbäck oder Osteochondrosis dissecans stellen kein Hindernis im Heilungsprozess dar. Ebenso zeigt ein Knochenmarksödem assoziiert mit einem Trauma keine Signifikanz in der allgemeinen Besserung.
In vorliegender Studie wurde lebend und tot gesammeltes Schalenmaterial der Europäischen Flussperlmuschel Margaritifera margaritifera verschiedener Lokalitäten in Schweden, Finnland und Deutschland (bzw. Frankreich) sklerochronologisch und isotopengeochemisch untersucht. Sauerstoffisotopen-Zeitreihen, trendbereinigte und standardisierte stabile Kohlenstoffisotopen-Zeitreihen (SSCI) sowie jährliche Zuwachsraten (SGI-Zeitreihen) jeder der acht Populationen sind zu Compound-Chronologien zusammengefasst und auf Zusammenhänge mit Temperatur, Sonnenflecken-Zyklen und Niederschlag untersucht sowie auf Korrelationen mit verschiedenen Klimaindizes (z.B. dem Dipol der Meeres-Oberflächenwasser Temperatur-Anomalien im Nordatlantik, NADP-SST, und der Nordatlantischen Oszillation, NAO) getestet worden. Im Vergleich ergaben sich für die geglätteten Zeitreihen (25-Jahresfilter) Korrelationskoeffizienten von r = 0,57 (SGI Master-Chronologie und NAO) bzw. r = 0,59 (Master-Chronologie) und NADP-SST. Obwohl weder Isotopendaten noch Zuwachschronologien der Muscheln auf hochfrequenten Signalen hohe Korrelationen mit instrumentellen Messdaten aufweisen, sind dekadische Klimaoszillationen deutlich repräsentiert. Mit zunehmendem Lebensalter nimmt der Schalenzuwachs exponentiell ab. Gleichzeitig nähern sich die d13C-Werte der Schale dem d13CDIC-Wert des Wassers, der bei den hier untersuchten Lokalitäten zwischen -9,3 ‰ und -12,7 ‰ lag. Erst im hohen Lebensalter findet also die Schalenbildung nahezu im kohlenstoffisotopischen Gleichgewicht mit dem umgebenden Medium statt. In der Jugend der Tiere hingegen wirken sich lokalitätsspezifische Trends aus. Extrinsische Faktoren führen zu drei Mustern: 1) Trends hin zu stärker negativen d13C-Werten (um etwa -4,5 ‰) in den Bächen Nuortejaurbäcken (NJB) und Grundträsktjärnbäcken (GTB), 2) Trends hin zu weniger stark negativen d13C-Werten (um etwa +4,5 ‰) in den großen Flüssen (GJ: Görjeån, NWS: Tarn/Frankreich) und 3) Schwankungen um etwa ±1,5 ‰ um einen Mittelwert (RG: Regnitz). Der Einfluss auf die d13C-Trends könnte möglicherweise in Veränderungen der Bioproduktivität begründet sein, da sich diese unmittelbar auf den DIC-Pool des umgebenden Milieus und des Habitats auswirkt. In den Sauerstoffisotopen spiegelte sich die geographische Herkunft des untersuchten Materials wider. Die Chronologien der am nördlichsten gelegenen Populationen wiesen d18OMittelwerte von -11,5 ‰ (GJ), bzw. -9,5 ‰ (NJB, GTB) auf, die RG-Chronologie von -7,9 ‰ und die Zeitreihe der NWS von -5,3 ‰. Im Gegensatz zu anderen Arbeiten zeigten die untersuchten Individuen jedoch keinen statistischen Zusammenhang mit annuellen Temperaturdaten. Als beeinflussende Faktoren kommen die Schneeschmelze und die isotopengeochemische Ausprägung des Habitats (See, Fluss, Bach) in Frage. Eine sehr hohe Korrelation von r = -0,74 (25-Jahresfilter) wurde zwischen der Görjeån-Chronologie (d18OAragonit) und Niederschlagsraten für das in der Nähe des Flusses gelegene Jokkmokk festgestellt.
Das positions-spezifisch integrierende TRE5-A Retrotransposon besitzt zwei Promotorregionen (A- und C-Modul). Für das C-Modul konnte ein spezifisch bindendes Protein (CbfA) gefunden werden, das vermutlich über die Expression des Minusstrang-Transkripts regulativ in den Transpositionsmechanismus eingreift. Gleichzeitig stellt CbfA in D. discoideum einen kritischen Faktor dar, der sowohl auf das Wachstum als auch auf die Differenzierung Einfluss nimmt.
Es konnte gezeigt werden:
• Der AT-Haken in CbfA ist für die DNA-Bindung essentiell. Die Inaktivierung hat zur Folge, dass keine Differenzierung stattfindet. Es scheint, dass primär der AT-Haken für die DNA-Bindung sorgt und von den Zinkfingern unterstützt wird.
• Die JmjC-Domäne in CbfA ist essentiell. Transformanden mit CbfA ohne aktive JmjC-Domäne zeigen Defekte sowohl in Wachstum als auch Differenzierung.
• CbfA ist ein nukleares Protein. Es konnte zwar keine Kernlokalisationssequenz identifiziert werden, jedoch weisen die Versuche auf zumindest eine Kernlokalisierungssequenz im C-Terminus des cbfA hin.
• Ein C-terminal verkürztes CbfA ist funktionslos: wahrscheinlich aufgrund fehlender Kernlokalisation und somit fehlender DNA-Bindung.
• Ein N-terminal verkürztes CbfA ist teilweise funktionsfähig: die Komplementation in JH.D2-Zellen führt zu einer partiellen Revertierung hin zum Phänotyp der AX2-Zellen.
• Struktur-Homologien der JmjC-Domäne in CbfA zu Mitgliedern aus der Familie der Fe(II)/2OG-Oxygenasen, DNA-bindende Motive und die Lokalisation im Zellkern weisen auf eine Funktion des CbfAs als Chromatin-Remodeller im Zellkern hin.
• In der Transit von Wachstums- zu Entwicklungsphase kann der CbfA-Mangel durch artifizielle Proteinase A-Expression ausgeglichen werden, aber nicht durch Komplementation mit YakA, Adenylat-Zyklase oder cAMP Rezeptor 1.
• CbfA fungiert wahrscheinlich als Regulator der acaA-Transkription auf Ebene der chromosomalen Strukturen.
• cbfB, ein weiteres Gen mit einer JmjC-Domäne wurde in D. discoideum identifiziert, die Gensequenz vervollständigt und vom Dictyostelium Genom-Projekt verifiziert.
The Alborz Mountains are forming a ~100 km wide, E-W trending mountain chain where individual summits are up to 5000 m in elevation. The Alborz Mountains range are part of the Alpine orogen and are straddling a 2000 km wide area S of the Caspian Sea. The rocks of the Alborz Mountains consist of Neogen sediments, which are affected by folding and faulting. In the western part of the Alborz Mountains the folds and faults are trending NW-SE, whereas in the eastern part they are trending NE-SW. GPS data confirm N-S shortening including dextral strike-slip along ESE-WNW trending faults, and sinistral strike-slip along ENE-WSW trending faults. The present thesis is focusing on the active Garmsar salt nappe, the fragmented roof of which is pierced by rock salt which extruded near the front of the Alborz Mountains Range. During the past 5 m.y. the front of the Alborz chain migrated towards SSW on top of the salt of the Garmsar basin. The salt was squeezed towards SSW and took place at the Great Kavir. The extruded salt is forming the Eyvanekey plateau between the cities of Eyvanekey and Garmsar. Both the Garmsar salt nappe and the Eyvanekey plateau are dextrally displaced for ca. 9 km along the Zirab-Garmsar fault. Structural analyses of the Garmsar salt nappe indicate three different groups of joints which are trending perpendicular and parallel to the local mechanical anisotropy. The folds of the study area are congruent (type 2 and 3 after Ramsay) resulting from viscose inhomogeneous flow. InSAR-Investigations suggest the Alborz Mountains to be lifted up by ca. 1 cm/a, while horizontal shortening is active at a rate of 8 ±2 mm/a. These values are consistent with GPS data. Based on nine „Advanced Synthetic Aperture Radar“ (ASAR) scenarios, produced by the ENVISAT satellite of the European space agency between 2003 and 2006, we used interferograms to map the displacement via 22 increments during 2 – 18 months. The results suggest that the topographic height of the surface of the salt is changing at a rate which is controlled by the season. The displacement ranges from subsidence at -40 to -50 mm/a to uplift of 20 mm/a. In order to investigate the time-dependent deformation with high spatial resolution, we used algorithms which are based on data of small base lines (SBAS). The resulting interferometric SAR time series analyses also suggest that the study area is largely subsiding at a rate that is controlled by the seasons. The map with the averaged LOS deformation velocities, on the other hand, suggests the subsidence to increase from the upper part of the salt nappe towards deeper topographic 5 levels of the agricultural lowlands. The major part of subsidence is probably caused by the annual rainfall which results in subrosion of salt. The spatial changes in the subsidence rate are probably controlled by the distribution of fountains, mining activity at the margin of the salt glacier, and faults and fractures inside the salt. Striking seasonal imprints are obvious along the agricultural areas which are surrounding the Garmsar salt nappe. These areas are rapidly subsiding in summer and spring when groundwater is used for irrigations. The maximum rate of subsidence (40-50 mm/a) is located E and W of the Eyvanekey plateau, where large areas are irrigated. The maximum displacement is 20 mm/a in the farmland and 5 mm/a in the center of the salt nappe. Depth estimates using Euler deconvolution method for gravimetric and magnetic data suggest the salt to extrude from a depth less than ca. 2000 m. The gravity field of the study area is characterized by strong anomalies in the SW and weak anomalies in the NE. A considerable negative anomaly in the N indicates that the northern part subsided, whereas the southern part was lifted up. The seismic data show three major horizons inside the Miocene sediments: the Lower Red Formation, the Qom Formation, and the Upper Red Formation. The western part of the study area seems to be free from salt domes. The layers of the upper part of the Qom Formation show thinning along the NE and NW trending faults. In some areas the seismic reflectors indicate steep faults close the saddle of the folds. NE-SW-, NW-SE and E-Wtrending faults prevail. Analogue experiments have been carried out to extend our knowledge about the evolution of the Garmsar salt dome. We used a scaled model (34 cm * 25 cm * 2.5 cm) that was shortened perpendicular to its long side. The wedge shape of the Alborz Mountains was simulated by a wedge consisting of Styrofoam. Rock salt was simulated using Polydimethylsiloxan (PDMS), a linear viscous material with a viscosity of 2.3*104 Pa s and a density of 0.96 g/cm3 at room temperature. Other sediments were modeled using dry quartz sand. The experimental results can be used to simulate the structural evolution of the study area: The Alborz deformation front was emplaced on top of the salt rocks in the Garmsar area while migrating towards SSW. A salt basin and a salt extrusion have also been produced in the model. Cross sections through the wedge shaped analogue model indicate N- and S-dipping reverse faults, which are in line with the wedge shape of the Alborz chain. Moreover, ENE-WSW trending sinistral and ESE-WNW trending dextral strike-slip faults led to N-S shortening during the Miocene. Structural marker horizons, 6 which have been turned into Z-folds on the western fold limbs and to S-folds on the eastern fold limbs, are comparable with the folds of the study area. Solving the problem of waste is one of the central tasks of environmental protection. It is becoming increasingly difficult to find suitable sites that are acceptable to the public. Salt and salt formations have relevant properties to be utilizing as a repository for each kind of waste. The favorable properties make rock salt highly suitable as a host rock, in particular for nonradioactive and radioactive wastes. The Qom and Garmsar basins are the nearest salt diapirs to the Tehran province, and there are suitable repositories for waste disposal. Based on surface and subsurface data, the Garmsar salt diapir has been investigated as a case example for its suitability as a host and repository for various types of waste. The data used are based on field studies, interferometry, and geophysical investigations. The results of this study suggest the deep bedded salt of the Garmsar Salt Basin to be an appropriate host for the deposition of industrial waste. Rock salt of surficial layers or domes, on the other hand, is not regarded as an appropriate candidate for waste disposal.
RNA research is very important since RNA molecules are involved in various gene regulatory mechanisms as well as pathways of cell physiology and disease development.1 RNAs have evolved from being considered as carriers of genetic information from DNA to proteins, with the three major types of RNA involved in protein synthesis, including messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA).2 In addition to the RNAs involved in protein synthesis numerous regulatory non-coding RNAs (ncRNAs) have been discovered in the transcriptome. The regulatory ncRNAs are classified into small ncRNAs (sncRNAs) with transcripts less than 200 nucleotides (nt) and long non-coding RNAs (lncRNAs) with more than 200 nt.3
LncRNAs represent the most diverse and versatile class of ncRNAs that can regulate cellular functions of chromatin modification, transcription, and post-transcription through multiple mechanisms.4 They are involved in the formation of RNA:protein, RNA:RNA and RNA:DNA complexes as part of their gene regulatory mechanism.4,5 The RNA:DNA interactions can be divided into RNA:DNA heteroduplex formation, also called R-loops, and RNA:DNA:DNA triplex formation. In triplex formation, RNA binds to the major groove of double-stranded DNA through Hoogsteen or reverse Hoogsteen hydrogen bonding, resulting in parallel or anti-parallel triplexes, respectively. In vitro studies have confirmed the formation of RNA:DNA:DNA triplexes.6 However, the extent to which these interactions occur in cells and their effects on cellular function are still not understood, which is why these structures are so exciting to study (Chapter I RNA:DNA:DNA Triplexes).
This cumulative thesis investigates several functional and regulatory important RNAs. The first project involves the improved biochemical and biophysical characterization of RNA:DNA:DNA triplex formation between lncRNAs of interest and their target genes. Triplex formation was confirmed by a series of experiments including electromobility shift assays (EMSA), thermal melting assays, circular dichroism (CD), and liquid state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The following is a summary of the main findings of these publications.
In research article 5.1, the oxygen-sensitive HIF1α-AS1 was identified as a functionally important triplex-forming lncRNA in human endothelial cells using a combination of bioinformatics techniques, RNA/DNA pulldown, and biophysical experiments. Through RNA:DNA:DNA triplex formation, endogenous HIF1α-AS1 decreases the expression of several genes, including EPH receptor A2 (EPHA2) and adrenomedullin (ADM), by acting as an adaptor for the repressive human silencing hub (HUSH) complex, which has been studied by our collaborators in the groups of Leisegang and Brandes.
2) Triplex formation between HIF1α-AS1 and the target genes EPHA2 and ADM was investigated in biochemical and biophysical studies. The EMSA results indicated that HIF1α-AS1 forms a low mobility RNA:DNA:DNA triplex complex with the EPHA2 DNA target sequence. The CD spectrum of the triplex showed distinct features compared to the EPHA2 DNA duplex and the RNA:DNA heteroduplex. Melting curve analysis revealed a biphasic melting transition for triplexes, with a first melting point corresponding to the dissociation of the RNA strand with melting of the Hoogsteen hydrogen bonds. The second, higher melting temperature corresponds to the melting of stronger Watson-Crick base pairing. Stabilized triplexes were formed using an intramolecular EPHA2 DNA duplex hairpin construct in which both DNA strands were attached to a 5 nucleotide (nt) thymidine linker. This approach allowed improved triplex formation with lower RNA equivalents and higher melting temperatures. By NMR spectroscopy, the triplex characteristic signals were observed in the 1H NMR spectrum, the imino signals in a spectral region between 9 and 12 ppm resulting from the Hoogsteen base pairing. To elucidate the structural and sequence specific Hoogsteen base pairs 2D 1H,1H-NOESY measurements of the EPHA2 DNA duplex and the HIF1α-AS1:EPHA2 triplex were performed. The 1H,1H-NOESY spectrum of the HIF1α-AS1:EPHA2 triplex with a 10-fold excess of RNA was semi-quantitatively analyzed for changes in the DNA duplex spectrum. We discovered, strong and moderate attenuation of cross peak intensities in the imino region of the NOESY spectrum. This attenuation was proposed to result from weakening of Watson-Crick base pairing by Hoogsteen hydrogen bonding induced by RNA binding. The Hoogsteen interactions can be mapped based on the analysis of the cross peak attenuation in the NOESY spectra, which we used to generate a structural model of the RNA:DNA:DNA triplex. These biophysical results support the physiological function of HIF1α as a triplex-forming lncRNA that recruits the HUSH-epigenetic silencing complex to specific target genes such as EPHA2 and ADM, thereby silencing their gene expression through RNA:DNA:DNA triplex formation.
The Compressed Baryonic Matter (CBM) is one of the core experiments at the future Facility for Anti-proton and Ion Research (FAIR), Darmstadt, Germany. Its goal is to investigate nuclear matter characteristics at high net-baryon densities and moderate temperatures. The Silicon Tracking System (STS) is a central detector system of CBM.
It is placed inside a 1Tm magnet and operated at a temperature of about −10 °C to keep radiation-induced bulk current in the 300μm double-sided microstrip silicon sensors low. The design of the STS aims to minimize the material budget in the detector acceptance (2.5° < θ < 25°). In order to do so, the readout electronics is placed outside the active area, and the analog signals are transported via ultra-thin micro-cables. The STS comprises eight tracking stations with 876 modules. Each module is assembled on a carbon fiber ladder, which is subsequently mounted in the C-shaped aluminum frame.
The scope of the thesis focused on developing a modular control system framework that can be implemented for different sizes of experimental setups. The developed framework was used for setups that required a remote operation, like the irradiation of the powering modules for the front-end electronics (FEE), but also in laboratory-based setups where the automation and archiving were needed (thermal cycling of the STS electronics).
The low voltage powering modules will be placed in the vicinity of the experiment, therefore they will experience a total dose of up to 40mGy over the 10 years of STS lifetime.
To estimate the effects of the radiation on the low-voltage module performance, a dedicated irradiation campaign took place. It aimed at estimating the rate of radiation induced soft errors, that lead to the switch off of the FEE.
Regular power cycles of multiple front-end boards (FEBs) pose a risk to the experiment operation. Firstly, such behavior could negatively influence the physics performance but also have deteriorating effects on the hardware. It was further assessed what are the limitations of the FEBs with respect to the thermal cycling and the mechanical stress. The results served as an indication of possible failure modes of the FEB at the end of STS lifetime. Failure modes after repeated cycles and potential reasons were determined (e.g., Coefficient of Thermal Expansion (CTE) difference between the materials).
Due to the conditions inside the STS efficient temperature and humidity monitoring and control are required to avoid icing or water condensation on the electronics or silicon sensors. The most important properties of a suitable sensor candidate are resilience to the magnetic field, ionizing radiation tolerance, and fairly small size.
A general strategy for ambient parameters monitoring inside the STS was developed, and potential sensor candidates were chosen. To characterize the chosen relative humidity sensors the developed control framework was introduced. A sampling system with a ceramic sensor and Fiber Optic Sensors (FOS) were identified as reliable solutions for the distributed sensing system. Additionally, the industrial capacitive sensors will be used as a reference during the commissioning.
Two different designs of FOS were tested: a hygrometer and 5 sensors multiplexed in an array. The FOS hygrometer turned out to be a more reliable solution. One of the possible reasons for a worse performance is a relatively low distance between the subsequent sensors (15 cm) and a thicker coating. The results obtained from the time response study pointed out that the thinner coating of about 15μm should be a good compromise between the humidity sensitivity and the time response.
The implementation of the containerized-based control system framework for the mSTS is described in detail. The deployed EPICS-based framework proved to be a reliable solution and ensured the safety of the detector for almost 1.5 years. Moreover, the data related to the performance of the detector modules were analyzed and significant progress in the quality of modules was noted. Obtained data was also used to estimate the total fluence, which was based on the leakage current changes.
The developed framework provided a unique opportunity to automate and control different experimental setups which provided crucial data for the STS. Furthermore, the work underlines the importance of such a system and outlines the next steps toward the realization of a reliable Detector Control System for STS.
During my PhD, I was applying the clumped isotope technique to modern brachiopods and fossil belemnites, and I conducted methodological work. Carbonate clumped isotope thermometry is a tool to reconstruct carbonate precipitation temperatures. In contrast to oxygen isotope thermometry, i.e., the δ18O-thermometer, the carbonate clumped isotope thermometer does not require an estimate for the oxygen isotope composition of the seawater, as it considers the fractionation of isotopes exclusively amongst carbonate isotopologues. The ∆47 value of a carbonate expresses the abundance of the 13C–18O bond bearing carbonate isotopologue, within the carbonate, relative to its random distribution. In thermodynamic equilibrium, the ∆47 value of a given carbonate is solely a function of the carbonate precipitation temperature. However, kinetic isotope fractionations, i.e., vital effects, driven by diffusion, pH or incomplete oxygen isotope exchange between water and dissolved inorganic carbonate species can cause the carbonate to be precipitated with isotopic compositions that are offset from those predicted for thermodynamic equilibrium.
Brachiopods serve as important geochemical archives of past climate conditions. To investigate the nature and significance of kinetic controls on brachiopod shell δ18O and ∆47 values, in collaboration with the BASE-LiNE Earth ITN, I analysed the bulk and clumped isotope compositions of eighteen modern brachiopod shells, collected from different geographic locations and water depths that cover a substantial range of growth temperatures. Growth temperatures and seawater δ18O values for each brachiopod were independently determined. Most of the analysed brachiopods exhibit combined offsets from clumped and oxygen isotope equilibrium, and there is a significant negative correlation between the offset values. The observed correlation slope between offset ∆47 and offset δ18O point to the importance of kinetic effects associated with Knudsen diffusion and incomplete hydration and hydroxylation of CO2 (aq), occurring during biomineralisation. The correlations between the growth rates of the analysed brachiopods and both the offset ∆47 and the offset δ18O values provide further arguments for the presence of kinetic effects. In conclusion, the oxygen and clumped isotope composition of modern brachiopod shells are affected by growth rate-induced kinetic effects that hinder their use for palaeoceanography.
Algorithms and data structures constitute the theoretical foundations of computer science and are an integral part of any classical computer science curriculum. Due to their high level of abstraction, the understanding of algorithms is of crucial concern to the vast majority of novice students. To facilitate the understanding and teaching of algorithms, a new research field termed "algorithm visualisation" evolved in the early 1980's. This field is concerned with innovating techniques and concepts for the development of effective algorithm visualisations for teaching, study, and research purposes. Due to the large number of requirements that high-quality algorithm visualisations need to meet, developing and deploying effective algorithm visualisations from scratch is often deemed to be an arduous, time-consuming task, which necessitates high-level skills in didactics, design, programming and evaluation. A substantial part of this thesis is devoted to the problems and solutions related to the automation of three-dimensional visual simulation of algorithms. The scientific contribution of the research presented in this work lies in addressing three concerns: - Identifying and investigating the issues related to the full automation of visual simulations. - Developing an automation-based approach to minimising the effort required for creating effective visual simulations. - Designing and implementing a rich environment for the visualisation of arbitrary algorithms and data structures in 3D. The presented research in this thesis is of considerable interest to (1) researchers anxious to facilitate the development process of algorithm visualisations, (2) educators concerned with adopting algorithm visualisations as a teaching aid and (3) students interested in developing their own algorithm animations.
Die akute myeloische Leukämie (AML) ist eine aggressive Erkrankung des Knochenmarks, welche die Hämatopoese beeinträchtigt und zu Knochenmarksversagen führt. Trotz des Fortschritts in der AML-Therapie bleibt die Prognose für die meisten Patienten schlecht, sodass neue Therapieansätze für die Behandlung dringend benötigt werden. Autophagie, ein kataboler Abbauprozess von zellulären Komponenten, ist nachweislich an der Entstehung von AML beteiligt. Als zentraler Regulator von Zellüberleben, Homöostase und Stoffwechsel, dient die Autophagie als Nährstoffquelle durch die Wiederverwertung von Makromolekülen während begrenzter Energieversorgung. AML-Zellen benötigen ein konstantes Nährstoff- und Energieniveau, um ihre Vermehrung aufrechtzuerhalten. Dies wird durch eine Umstellung von Stoffwechselwegen, insbesondere des mitochondrialen Stoffwechsels einschließlich der oxidativen Phosphorylierung (OXPHOS) und des Tricarbonsäurezyklus (TCA), erreicht.
Mehrere Studien haben die Hemmung der Autophagie für die Behandlung von Krebs als vielversprechenden Ansatz vorgestellt. Doch eine Monotherapie mit Autophagie-Inhibitoren erzielte nur eine geringfügige Wirksamkeit. Eine mögliche Erklärung hierfür ist die Entstehung von Kompensationsmechanismen, die zum Ausgleich der Autophagie-Hemmung in Krebszellen entstehen. Bis heute sind diese Kompensationsmechanismen kaum untersucht. Ziel dieser Arbeit ist es, ein geeignetes Autophagie-Gen zu identifizieren, mit dem sich die Rolle der Autophagie-Hemmung für das Überleben von AML-Zellen untersuchen lässt. Zusätzlich sollen die kompensatorischen Mechanismen, die durch die Autophagie-Hemmung in AML-Zellen entstehen können, untersucht werden, um neue metabolische Angriffspunkte zu identifizieren, die für Kombinationstherapien genutzt werden können.
Zu Beginn der Arbeit wurde ein gezielter CRISPR/Cas9 Screen in zwei humanen AML-Zelllinien durchgeführt, um Autophagie-Gene zu identifizieren, deren Verlust eine Proliferationsstörung in AML-Zellen verursacht, welche überwunden werden kann. Validierungsexperimente zeigten, dass der Verlust von ATG3 das Zellwachstum signifikant verminderte. Außerdem zeigte die Messung des Autophagie-Fluxes, dass der Verlust von ATG3 die Autophagie stark beeinträchtigte. Dies wurde durch eine Western-Blot-Analyse, die eine beeinträchtigte LC3-Lipidierung zeigte, und durch eine Immunfluoreszenzanalyse der Autophagosomen-Bildung mittels konfokaler Mikroskopie, die eine geringere Anzahl von Autophagosomen in ATG3-defizienten Zellen ergab, bestätigt. Deshalb wurde der Knockdown von ATG3 in AML Zellen verwendet, um die Mechanismen, die zum Ausgleichen der Autophagie-Hemmung entstehen, zu untersuchen. Zuerst wurde die Zellproliferation in fünf verschiedenen AML Zelllinien über sieben Tage betrachtet. In allen Zellenlinien führte der Verlust von ATG3 mittels small hairpin RNA zu verminderter Zellproliferation. Diese Ergebnisse zeigen die wichtige Rolle von ATG3 in der Autophagie und dass Autophagie-Hemmung durch ATG3-Verlust das Wachstum von AML-Zellen beeinträchtigt.
Da der Verlust von ATG3 die Proliferation von AML-Zellen beeinträchtigte, wurde eine Zellzyklusanalyse durchgeführt. Eine reduzierte S-Phase bestätigte die verminderte Proliferation in ATG3-depletierten AML-Zellen, doch der Zellzyklus war grundsätzlich nicht gestoppt. Darüber hinaus ergab die Analyse der Apoptose, dass diese unter dem Verlust von ATG3 erhöht war, aber etwa 50% der Zellen blieben vital. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass AML-Zellen trotz des Verlusts der ATG3-abhängigen Autophagie weiter proliferieren können.
Um die Mechanismen zur Kompensation der Autophagie-Hemmung zu untersuchen, wurden die Auswirkungen des ATG3-Verlusts auf die mitochondriale Homöostase untersucht. Die Mitophagie sowie das mitochondriale Membranpotenzial und die Masse unterschieden sich zwischen Kontroll- und ATG3-depletierten AML-Zellen nicht, was darauf hindeutet, dass die mitochondriale Homöostase durch den Verlust von ATG3 nicht beeinträchtigt ist. Als nächstes wurde die mitochondriale Funktion durch Messung des ATP-Spiegels und der OXPHOS untersucht. Die ATP-Level und die OXPHOS waren nach dem Verlust von ATG3 in AML-Zellen erhöht, was auf eine gesteigerte mitochondriale Aktivität bei Autophagie-Defizienz hinweist.
IL-18, a recently identified member of IL-1 family, is now recognized as an important regulator of innate and acquired immune responses. Therefore, the antitumor activities of IL-18 have been investigated. IL-18 has been shown to induce IFN-γ production by T, B, and NK cells, enhances NK cell activity, activates Fas ligandmediated apoptosis of the tumor cells, and improves the overall antitumor immunity. KG-1 cells were derived from a patient with acute myeloid leukemia (AML). IL-18 has been shown to induce IFN-γ production in those leukemic cells. TLR-3, in addition to its ability to recognize viral double stranded RNA, also can recognize the synthetic analogue poly(I:C) and induces type I IFN, inflammatory cytokine production, e.g TNF-α, and maturation of denderitic cells. In the present work the potential modulatory effect of PIC on IFN-γ and TNF-α production by KG-1 cells treated with IL-18 was investigated. Indeed, PIC strongly amplified the production of IFN-γ induced by IL-18 on mRNA and protein levels via NF-κB as well as p38 and JNK MAPK activation. Compared to IFN-γ, TNF-α showed different behaviour in KG-1 cells. On mRNA level I found only weak induction of TNF-α by IL-18 which was potentiated in the presence of PIC. Similarly, the release of TNF-α by IL-18 plus PIC required NF-κB as well as p38 and JNK MAPK activation. Furthermore, in the present work I found that TLR-3 is required for IFN-γ and TNF-α production. In addition, it is demonstrated by immunofluoresence that TLR-3 is localized in cytoplasm but not on the cell surface in KG-1 cells. Recently, it has been demonstrated that IFN-γ shows therapeutic potential as detected in AML blasts, specifically via inhibition of proliferation and induction of apoptosis. Thus our data could serve as a rationale for the clinical use of PIC and IL-18 in combination therapy. In search for new cytokines potentially modulated by the combination IL-18 plus PIC in KG-1 cells, cytokine antibody array analysis was performed. I found an upregulation of expected genes like IP-10 but most interestingly unexpected upregulation of PDGF-AA. Searching for detailed mechanisms of PDGF-AA induction, I found that neither p38 nor JNK is involved in PDGF-AA production but NF-κB is essential for the expression of PDGF-AA. Furthermore, I found that PDGF-AA is not able to increase the proliferation of KG-1 cells. PDGF and TGF-β are examples of signaling molecules which control the growth, survival, motility, and differentiation of cells. Therefore, the release of TGF-β by IL-18 plus PIC was monitored by ELISA. The level of TGF-β in cellular supernatants revealed that neither PIC nor IL-18 was able to significantly mediate release of TGF-β indicating that only PDGF-AA but not TGF-β is induced by PIC and IL-18 in KG-1 cells. To the best of our knowledge this is the first time that IL-18 or PIC is shown to induce the expression of PDGF-AA in KG-1 cells.
Im Rahmen unserer Arbeit haben wir die diagnostische Aussagekraft von dem Nukleären Matrix-Protein 22 (NMP22) bei Urothelkarzinomen anhand des Standard-Laborverfahrens „Two-Side-ELISA“ ( Enzym-Immunoassay) überprüft. Unsere Studie umfasste 107 Patienten, diese Anzahl erwies sich als ausreichend, um signifikante Ergebnisse über die Eignung des Tests zu erhalten. Unser repräsentatives Patientengut aus der Urologischen Klinik – mit dem Symptom Makrohämaturie – setzte sich aus benignen und malignen Harnwegserkrankungen, darunter 54 Harnblasenkarzinome, 8 Nierenbeckenkarzinome, 2 Ureterkarzinome und 43 benigne Harnwegserkrankungen (z.B. Zystitis, Urethritis, Pyelonephritis, Blasenhalssklerose, Harnleiter- und Blasenpapillome) zusammen. Patienten mit unterschiedlichen Stadien des Urothelkarzinoms G1, G2 und G3 wurden gezielt in unsere Studie aufgenommen. Die Tumorstadienklassifizierung erfolgte mit Hilfe der histologischen Untersuchungen nach der TNM-Klassifikation. Unsere gewonnenen histologischen Ergebnisse wurden mit den NMP22-Werten korreliert. Für die Ermittlung der NMP22-Levels bei den 107 gesammelten Urinproben wurde ein kommerzieller Kit verwendet (MATRITECH, WallacADL-GmbH, Freiburg, Deutschland). Die Aussagekraft des NMP22-Tests konnte anhand eigener Untersuchungen und durch Vergleich mit Untersuchungen in der Fachliteratur- anhand bestehender Vergleichskriterienbeurteilt werden. Die Auswertung erfolgte gemäß den in der Fachliteratur etablierten Kenngrößen Sensitivität und Spezifität. Die Sensitivität und Spezifität des NMP22-Tests in unserer Studie wurden bei einem von uns bestimmten Cut-off-Wert von 7,5 U/ml, der mit dem Cut-off-Wert vom NMP22-Kit Hersteller übereinstimmt, errechnet. Es zeigte sich eine Sensitivitätsabhängigkeit vom Grading. Der Bereich der Sensitivität bei dem Tumormarker NMP22 reichte von 38%-77%. Die Spezifität schwankte zwischen 66% und 80%. Die Spezifität bei den Patienten, die unter Harnwegsinfektionen litten betrug 42.9%. Die allgemeine Sensitivität des NMP22-Tests betrug bei den Blasentumoren 55.6 %. Die Sensitivität für die oberflächlichen Blasenkarzinome (Ta, T1) war 36%. Invasive Blasentumore wurden in 80% der Fälle entdeckt. Abhängig von dem Grading der Blasentumore fanden wir folgende Sensitivitäten des NMP22-Tests : G1 38%, G2 52% und G3 77%. Die Spezifität war 66.9%. Zusammenfassend können wir sagen, dass wir in Übereinstimmung mit allen uns bekannten Studien eine sehr hohe Sensitivität für den NMP22-Test bei Patienten mit invasivem Blasenkrebs finden. Im Grading 1 befinden sich allerdings in unserer Studie die meisten Werte im Normbereich. Aus diesem Grunde haben wir bei Urothelkarzinomen bei Grading 1 eine totale Einschränkung der Aussage des NMP22-Immunoassays und deshalb ist es für das Grading 1 nicht geeignet. NMP22 ist erst für die Früherkennung der Grading 2 und 3 der Blasenkrebse geeignet. Gutartige urologische Erkrankungen, wie die Zystitis oder andere Harnwegsinfektionen, führten zu falsch-positiven Ergebnissen. Unsere Schlussfolgerung ist, dass der NMP22-Test erst ab fortgeschrittenen Stadien, d.h. ab Grading 2 und Grading 3 echte positive Ergebnisse liefert und somit eine diagnostische Aussage macht. Unsere Werte für Sensitivität und Spezifität decken sich weitgehend mit den Angaben aus der Literatur. Unsere Studie hat gezeigt, dass zum gegenwärtigen Zeitpunkt die routinemäßige Anwendung des Harnblasentumormarkers NMP22 für die Primärdiagnostik von Urothelkarzinomen nicht geeignet ist. Zusammenfassend kann derzeit der NMP22 Test somit nicht die Zystoskopie und die Zytologie als Standarddiagnostik für die Frühdetektion von Blasentumoren ersetzen. Wegen der hohen Rate an falschpositiven Resultaten durch entzündliche Reizzustände der Blase bzw. benigne Harnwegserkrankungen wie z.B. Harnwegsinfekte und Harnsteine und wegen der sehr arbeits- und zeitaufwendigen Durchführung können wir den NMP22-ELISA-Test nicht zur routinemäßigen Blasenkrebsfrüherkennung empfehlen. Als Voraussetzung zur richtigen Interpretation der erhaltenen NMP22-Messwerte sollten bestimmte Ausschlusskriterien beachtet werden, so dass andere Ursachen für erhöhte NMP22- Messwerte weitestgehend ausgeschlossen werden können. Unter diesen Bedingungen erachten wir die Einsatzmöglichkeiten für den NMP22-Test als immunologischen nicht-invasiven Test in Verbindung mit der Zystoskopie und der Zytologie bei der Früherkennung von Blasentumoren als sinnvoll. Der Einsatz des NMP22-Tests könnte beispielsweise bei bereits erfolgreich behandelten Blasenkrebs-Patienten als Maßnahme zur Beobachtung in Verbindung mit der Zystoskopie und Zytologie sinnvoll sein. Alle Untersuchungen gemeinsam ermöglichen eine umfassende Diagnostik und eine höhere Sicherheit, und sie sind somit bei der Detektion des Harnblasenkarzinoms aussagekräftiger. Für die Zukunft sind nicht nur weitere randomisierte, prospektive Studien bedeutsam, die über ein geeignetes heterogenes, klinisch relevantes Patientengut verfügen, sondern auch die Vereinfachung der NMP22-Test Durchführung, so dass die Akzeptanz des Testsystems in Klinik und Praxis erhöht werden kann.
Die Kommunikation von Zellen mit ihrer Umgebung wird durch Rezeptorproteine arrangiert, die sich in der Plasmamembran befinden. Membranrezeptoren werden durch die Bindung von extrazellulären Liganden, Pathogenen oder Zell-Zell-Interaktionen aktiviert, wodurch die Bildung eines aktiven Zustands gefördert wird, der eine intrazelluläre Reaktion einleitet. Eine Beschreibung auf molekularer Ebene, wie sich Membranrezeptoren in Proteinanordnungen organisieren und wie diese Proteinanordnungen eine spezifische funktionelle Aufgabe ausführen, ist der Ausgangspunkt für das Verständnis der molekularen Mechanismen, die Gesundheit und Krankheit zugrunde liegen.
Die Fluoreszenzmikroskopie gibt Aufschluss über die Lage von Proteinen in Zellen, und mit der Einführung der höchstauflösenden Mikroskopie wurde der Nachweis einzelner Proteingruppierungen möglich. Eine Einschränkung der meisten Methoden der höchstauflösenden Mikroskopie ist, dass einzelne Komponenten einer Proteingruppierung optisch nicht aufgelöst werden können, was an der geringen Größe und dichten Packung der Bestandteile im Vergleich zur erreichbaren räumlichen Auflösung liegt. Eine Lösung, die für Einzelmolekül-Lokalisierungsmethoden gezeigt wurde, besteht darin, zusätzliche experimentelle Informationen in die Analyse zu implementieren, also „die Aufl sungsgrenze der höchstauflösenden Mikroskopie zu umgehen". Bei der Einzelmolekül-Bildgebung kann diese zusätzliche Information zum Beispiel die Kinetik von mehrfachen und wiederkehrenden
Emissionsereignissen sein, die bei einzelnen Fluorophoren beobachtet werden, was als "Blinken" bezeichnet wird. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer höchstauflösenden Fluoreszenzmikroskopiemethode zur Detektion von Proteinmonomeren und -dimeren in der Plasmamembran von Zellen durch die Verwendung der kinetischen Information.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurden photoschaltbare fluoreszierende Proteine als Reporter verwendet, deren photoschaltbare Kinetik mit kinetischen Gleichungen analysiert wurden.
Synthetische, genetische und zelluläre Referenzproteine wurden konstruiert und dienten als Kalibrierungsreferenzen für monomere und dimere Proteine.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde das kinetische Modell, das zur Annäherung des Häufigkeitshistogramms von Blinkereignissen einzelner Fluorophore verwendet wird, auf Oligomere höherer Ordnung erweitert. Ein Vergleich mit einem zuvor entwickelten Modell zeigte, dass das erweiterte Modell genauere Ergebnisse für Oligomere höherer Ordnung und Mischungen verschiedener Oligomere liefert. Zusätzlich wird die Anwesenheit von unerkannten Oligomeren berücksichtigt. Die erweiterte Theorie bietet somit die Grundlage, um größere Oligomere und Mischungen unterschiedlicher Stöchiometrie mit besserer Genauigkeit zu untersuchen.
Im dritten Teil dieser Arbeit wurde eine Methode zur stöchiometrischen endogenen Markierung von Proteinen verwendet, um zwei Rezeptortyrosinkinasen, MET und EGFR, mit einem photoschaltbaren fluoreszierenden Protein zu markieren. Das Vorkommen von monomerem und dimerem MET-Rezeptor wurde auf der Plasmamembran von HEK293T- Zellen mittels quantitativer höchstauflösender Mikroskopie bestimmt. Der Diffusionskoeffizient und der Diffusionsmodus des MET-Rezeptors in lebenden HEK293T-Zellen wurden mit
Einzelpartikelverfolgung gemessen. Dieser Teil der Arbeit zeigte, dass die Kombination von CRISPR/Cas12a-gestützter endogener Markierung und Einzelmolekül-Lokalisierungsmikroskopie ein leistungsfähiges Werkzeug zur Untersuchung der molekularen Organisation und Dynamik von Membranproteinen ist.
Im vierten Teil dieser Arbeit wurde die Einzelmoleküldatenanalyse durch ein Softwaretool beschleunigt, das eine automatisierte und unvoreingenommene Detektion von Einzelmolekül-Emissionsereignissen ermöglicht. Der Anteil von Monomeren und Dimeren von fluoreszierenden Reportern wurde durch die Implementierung eines neuronalen Netzwerks bestimmt (die Software wurde von Alon Saguy geschrieben; Gruppe von Prof. Yoav Shechtman, Technion, Israel). Der oligomere Zustand der monomeren und dimeren Referenzproteine CD86 und CTLA-4 wurde erfolgreich bestimmt. Die automatisierte Detektion einzelner Proteingruppierungen ermöglichte die Analyse von MET-mEos4b in einzelnen Zellen, wodurch die Heterogenität zwischen den Zellen bestimmt und das Expressionsniveau des Rezeptors mit der Dimerisierung korreliert werden konnte.
Zusammenfassend wurden in dieser Arbeit Ergebnisse zu elementaren Aspekten hin zu einer molekularen Quantifizierung von Proteinzahlen mittels Einzelmolekül-
Lokalisationsmikroskopie generiert, die fluoreszierende Reporter, stöchiometrische Markierung von zellulären Proteinen und Bildanalyse umfassen. Das Potential dieser
Entwicklungen wurde anhand der Beobachtung der Liganden-induzierten Verschiebung von monomeren zu dimeren MET-Rezeptoren in einzelnen HEK293T-Zellen gezeigt.
Die humane 5-LO ist das Schlüsselenzym in der LT-Biosynthese. LTs sind wichtige Entzündungsmediatoren und sind in einer Vielzahl von Krankheiten involviert, u. a. Asthma, Atherosklerose, rheumatische Arthritis, Sepsis, allergischen Reaktionen und in vielen Krebsarten. Die Struktur der 5-LO besteht aus 673 Aminosäuren und besitzt ein Molekulargewicht von 78 kDa. Sie ist in zwei Domänen unterteilt: die kleinere C2-ähnliche regulatorische Domäne (C2ld) und der größeren katalytischen Domäne. Die 5-LO besitzt NIS und NES, die für die zelluläre Lokalisation der 5-LO verantwortlich sind. Außerdem wird die Lokalisation noch von Phosphorylierungsstellen reguliert, die auf der katalytischen Domäne identifiziert werden konnten. 2011 konnten Häfner et al. zeigen, dass die 5-LO in der Lage ist Homodimere zu bilden.
Wie für die meisten anderen humanen Gene konnten auch bei der 5-LO alternative Spleißvarianten identifiziert werden. Schon 1992 konnten die ersten unterschiedlich gesüleißten Transkripte in Hirntumoren und differenzierten HL-60-Zellen gefunden werden. Später konnten weitere Isoformen in verschiedenen Zelllinien entdeckt werden.
In der vorliegenden Arbeit wurden die alternativen Spleißvarianten 5-LO∆13, 5-LO∆4 und 5-LOp12 untersucht und charakterisiert. Auf mRNA-Ebene wurde die Expression des 5-LO-WT und deren Isoformen sowohl in B- und T-Zelllinien als auch primären B- und T-Zellen, monozytären Zelllinien und primäre Monozyten aus Patientenproben (RA und Sepsis) untersucht. Es wurde festgestellt, dass das Expressionsprofil der 5-LO-Varianten zellspezifisch ist. Im Vergleich zu den T-Zellen konnte in B-Zelllinien ein höheres Expressionslevel detektiert werden. Des Weiteren zeigte sich interessanterweise ein stark erhöhtes Expressionslevel in primären Monozyten von RA- und Sepsis-Patienten.
Untersuchungen der 5-LO-Aktivität ergaben unterschiedliche Ergebnisse, abhängig von der Transfektionsmethode. Als transiente Transfektion diente die Calciumphosphat-Methode. Für die stabile Integration der HEK293T-Zellen wurde die Sleeping Beauty-Methode gewählt. Hierfür wurden Proteine mit einem GFP bzw. mCherry-Tag (GFP-5-LO-WT, mCherry∆13, mCherry∆4, mCherryp12) verwendet, um diese mittels Konfokalmikroskop visualisieren zu können. Nach transienter Transfektion konnte eine Inhibition der 5-LO-Aktivität nach Kotransfektion mit jeweils einer Isoform gemessen werden. Nach stabiler Integration jedoch zeigte sich eine Steigerung der 5-LO-Produktbildung. Mit Hilfe von Western Blots wurden Expressionskontrollen angefertigt und die Menge des 5-LO-WT quantifiziert. In transient transfizierten Zellen wurde eine Erniedrigung der Expression des 5-LO-WT bestimmt, wohingegen in stabil integrierten Zellen ein Anstieg des 5-LO-WT als auch der Isoformen beobachtet werden konnte. Einerseits könnte dies einem Artefakt der Transfektionmethode zugrunde liegen, andererseits könnte es ein Hinweis darauf sein, dass sich die Proteine gegenseitig in ihrer Expression beeinflussen.
Ebenso wurde die Lokalisation der 5-LO und deren Isoformen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die 5-LO überwiegend im Zellkern lokalisiert ist, während alle alternativen Protein-Isoformen im Zytosol zu finden waren. Durch Ionophor-Behandlung wurde eine Translokation des 5-LO-WT an die Kernmembran detektiert, die Isoformen verblieben im Zytosol. Überraschenderweise konnte beobachtet werden, dass die Spleißvariante 5-LO∆13 mit höherer Ionophor-Konzentration ebenso in der Lage ist an die Kernmembran zu translozieren. Um eine mögliche Interaktion der 5-LO mit den Isoformen zu untersuchen, sollten alle Proteine im selben Zellkompartiment lokalisiert sein. Dafür wurden verschiedene Stimuli und Mutationen getestet. Mit der Mutante GFP-5-LO-S271A und dem Stressstimulus Sorbitol und den CaMKII/p38-Inhibotoren KN-93/SB203580 konnte eine Translokation in das Zytosol erreicht werden. Die Ergebnisse der anschließenden Aktivitätsassays zeigten, dass die Isoformen keinen Einfluss auf die Aktivität der 5-LO ausüben.
Des Weiteren wurden die Phosphorylierungen an S523 und S271 von 5-LO-WT, 5-LO∆13, 5-LO∆4 und 5-LOp12 untersucht. Es wurde herausgefunden, dass die 5-LO-Proteine unterschiedliche Phosphorylierungsmuster aufweisen. Während 5-LO-WT und 5-LO∆4 eine schwache Phosphorylierung an S271 aufzeigen, konnte eine starke Phosphorylierung der 5-LO∆13 und 5-LOp12 detektiert werden. Im Vergleich dazu zeigte lediglich die Isoform 5-LOp12 eine sehr starke Bande an der Phosphorylierungsstelle S523. Bei beiden Phosphorylierungen konnten deutlich stärkere Signale nach Kotransfektion gemessen werden. Durch Klonierung eines P2A-Linkers zwischen 5-LO und des GFP-Tags, konnten die Isoformen vom 5-LO-WT in Western Blots voneinander getrennt werden. Dies zeigte, dass es zu einer Hochregulation der Expression der alternativen 5-LO-Varianten nach Kotransfektion mit dem WT führte, aber auch, dass die stärkere Phosphorylierung nach Kotransfektion unabhängig von der Proteinmenge ist.
Thema der Dissertation ist der signifikante pathognomische Ausdruck, also die Mimik von Figuren, die in den Jahren um 1600 ein großes Thema in der bildenden Kunst, den kunsttheoretischen Traktaten und der Kirche im Zuge der Gegenreformation war. In der künstlerischen Darstellung dieser Jahre lag ein besonderes Gewicht auf einer an rhetorischen Modellen angelehnten Ausdrucks- und Gebärdensprache der Figuren.
Mit der Mimik, deren Darstellung eine enorme Bandbreite entwickelt, wurde zunehmend gespielt und gezielt manipuliert. Und zwar von Seiten der Kunst wie auch der Kirche. Die Arbeit untersucht sowohl die äußeren Umstände unter denen sich eine zunehmende Schematisierung der Gesichtsausdrücke der Figuren entwickelte und die als Formelhaftigkeit zu beschreiben ist, als auch, wie diese von Seiten der Künstler gehandhabt wurde. Erstaunlich war die Feststellung, dass diese „mimischen Formeln“, die man - besonders durch ihr häufiges Auftreten- mit einem bestimmten Kontext verband, nun immer wieder in ganz anderen Zusammenhängen auftauchten und somit einer Figur oder Geschichte einen neuen Sinn gaben. Oft übertrafen sie gar den gesamten übrigen ikonografischen Apparat an Aussagekraft.
Resorbierbare Osteosynthesen haben zwar schon vor längerer Zeit Einzug in die Dysgnathiechirurgie gehalten, müssen aber immer noch dem Vorwurf der Instabilität standhalten. Die vorgelegte Arbeit vergleicht ein modernes resorbierbares Osteosynthesesystem (INION CPS) mit konventionellen Titanminiplatten in der orthognathen Chirurgie. Insgesamt wurden die 50 Patienten der Studiengruppe neu untersucht, die Patienten der Kontrollgruppe mit Titanminiplatten rekrutierten sich aus einem bereits veröffentlichten Kollektiv des Autors. Die Beurteilung der Stabilität erfolgte radiologisch anhand von Fernröntgen-Seiten-Aufnahmen durch einen Vergleich von präoperativen Aufnahmen zu postoperativen und Verlaufsaufnahmen. Die zwei Hauptgruppen wurden dann zum einen nach Verlagerungsrichtung unterteilt als auch nach Art des Eingriffs (Monomaxillär vs. Bimaxillär). Zusätzlich wurden getrennt von diesen Gruppen noch Patienten mit Lippen-Kiefer-Gaumenspalte untersucht. Diese Studie konnte zeigen, dass die Stabilität von den untersuchten resorbierbaren Platten im Besonderen von der Richtung der Verlagerung abhängt. In einigen Verlagerungsrichtungen (Impaktion, horizontale Bewegung im Oberkiefer, Unterkiefervorverlagerung) sind die resorbierbaren Systeme gleichwertig, in anderen (Elongation, Unterkieferrückverlagerung) schneiden sie schlechter ab. Keinen Unterschied gibt es hingegen beim Vergleich der Art der Verlagerungen. Bei Risikopatienten die Vertikalbewegungen benötigen sollte allerdings zu Gunsten der Sicherheit lediglich mit Titanosteosynthesen versorgt werden. Eine Reihe von Studien konnte jedoch zeigen, dass gerade die neuesten resorbierbaren Materialien in ihren Eigenschaften kaum hinter denen der Titanplatten zurückstehen. Allerdings trägt auch weiterhin der höhere Preis der resorbierbaren Osteosynthesen zu deren zurückhaltendem Einsatz bei. Hier ist fraglich ob sich daran mittelfristig etwas ändern wird. Im Rahmen der Fragebogenuntersuchung zeigte sich, das heute mehr denn je mit dem Patienten offen über die Veränderung die diese Eingriffe mit sich bringen gesprochen werden sollte um übersteigerte oder falsche Hoffnungen abzubauen und dem Patienten das Gefühl der Entscheidungsfreiheit und Gleichberechtigung zu geben. Unstrittig ist die Frage nach der Notwendigkeit dieser Operationen. In welchem Umfang und mit welchem Budget die modernen Verfahren wie das MRT zur Basisdiagnostik und die virtuelle Planung als Ersatz für die konventionellen Röntgenbilder Einzug halten werden bleibt abzuwarten.
Osteosynthesematerialien aus resorbierbaren Materialien finden aufgrund ihrer zunehmenden biomechanischen Stabilität eine immer höhere Akzeptanz. Die vorgelegte Untersuchung vergleicht die knöcherne und okklusale Stabilität von solchen Osteosynthesesystemen aus resorbierbaren Materialien im Vergleich mit konventionellen Titanminiplatten in der orthognathen Chirurgie. Untersucht wurden 100 Patienten in einem Nachsorgezeitraum von bis zu 4 Jahren. Die Beurteilung erfolgte klinisch und röntgenologisch anhand von Fernröntgen-Seiten-Aufnahmen. In die Studie gingen ein fünfzig Patienten, die mit resorbierbaren Platten versorgt worden waren, 16 davon mit Polylactid-Polyglycolid Copolymer Platten und 34 Patienten mit 70:30 Poly-L/DL-Lactid Copolymer Platten; fünfzig weitere Patienten, versorgt mit einem Titanminiplattensystem wurden als Kontrollgruppe gewertet. Zunächst konnte gezeigt werden, dass die Gruppen zueinander homogen waren, es unterschieden sich die effektiven intraoperativen Bewegungen von Studien und Kontrollgruppe statistisch nicht signifikant, gleiches galt im Vergleich der resorbierbaren Platten untereinander. Bei der Datenauswertung konnte nachgewiesen werden, dass die absolute und relative Instabilität weder zwischen den Studiengruppen noch der Kontrollgruppe noch zwischen den resorbierbaren Plattensystemen untereinander signifikant unterschiedlich war. Die postoperative 1-Jahres Stabilität unterschied sich dabei ebenfalls nicht signifikant von der 4-Jahres Stabilität. Alle untersuchten Osteosynthesesysteme zeigten im Oberkiefer eine höhere Stabilität als im Unterkiefer und gleichzeitig eine größere Stabilität in der anterior-posterioren Richtung als in der inferior-superioren Richtung. Es wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen der klinischen Stabilität von PLGA oder P(L/DL)LA-Miniplatten gefunden. Allerdings konnte auch belegt werden, dass der Einsatz resorbierbarer Unterkieferosteosynthesen eine sehr gute Compliance des Patienten bezüglich geführter Okklusion und Nachsorge voraussetzte. Als nachteilig bei den resorbierbaren Systemen konnte sowohl für den Oberkiefer als auch für den Unterkiefer eine leicht erhöhte Mobilität bis zu 6 Wochen nach der Operation festgestellt werden, die jedoch in keinem Fall das operative Ergebnis beeinflusste. Vielmehr ermöglichten resorbierbare Osteosynthesen eine bessere postoperative okklusale Einstellung. Weiteren Nachteil der resorbierbaren Osteosynthesesysteme bedeuten die hohen Kosten, die heute noch weit über denen von Titanminiplatten liegen. Zukünftige Entwicklungen gehen dahin, das Plattendesign weiter zu optimieren, wie z.B. neuartige pinbasierte Fixationssysteme einzusetzen, wie sie in der Extremitätenchirurgie teils bereits benutzt werden. Fernziel für die Zukunft ist die Entwicklung eines resorbierbaren Osteosynthesesystems, das sich bei geringen Herstellungskosten und miniaturisiertem Plattendesign auch minimalinvasiv einbringen lässt.