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Employing NMR spectroscopy, it is not only possible to calculate the three dimensional structures of single proteins, but also to study dynamics and conformational changes of protein-complexes. In fact that is an important aspect, since the protein function depends on dynamics and interactions with other molecules. Therefore the study of protein-protein interactions is of highest importance for a better understanding of biological processes. Based on NMR methods, in this thesis we were able to determine protein-protein interactions within the enterobacterial Rcs signalling complex which is regulated via a phosphorelay. Originally identified as regulator of capsule synthesis, the Rcs phosphorelay is now considered to be implicated in stress response caused by disturbances in the peptidoglycan layer. Beyond that the Rcs system is involved in multiplex transcriptional networks including cell division, motility, biofilm formation and virulence. Because of such global nature and its extraordinary structural organisation involving membrane integrated sensor proteins (RcsC, RcsD), coactivators (RcsF, RcsA) and a transcription factor (RcsB), the Rcs system is one of the most remarkable phosphorelays in the family of enterobacteriacaea. During the complex phosphotransfer the histidine phosphotransferase (HPt) domain of the intermediary RcsD protein mediates the phosphotransfer between RcsC and RcsB, and probably modulates the phosphorylation state of the response regulator RcsB. Therefore the present work has been focused on the interface between RcsD and RcsB in more detail. In the first part of the thesis a new domain within the RcsD protein has been identified and structurally analysed by liquid NMR spectroscopy. RcsD is an inner membrane bound hybrid sensor like-kinase composed of a periplasmic sensor domain and a cytoplasmic portion. The cytoplasmic part contains the histidine like-kinase (HK) domain and the histidine phosphotransferase (HPt) domain. By analysis of the secondary structure in more detail, it was shown here that the two domains are intermitted by an additional 13.3 kDa domain. Corresponding to the position of the ABL (α−β−loop) domain of RcsC, located C-terminal to the RcsC-HK domain, the new identified domain was named RcsD-ABL. The central structural element of RcsD-ABL is a β-sheet composed of six strands with a β1−β2−β3−β4−β6−β5 topology and surrounded by two α-helices α1 and α2. In the second part of the thesis, RcsD-ABL is identified as a binding domain for the response regulator RcsB by NMR titration experiments. Such a binding domain for a response regulator has so far only been described for the histidine kinase CheA. In reportergene assays with β-galactosidase and ONPG as substrate it was shown that overexpression of RcsD-ABL in high amounts inhibited binding of RcsB to its target promoter. The β-galactosidase activity was reduced by 80 % with respect to cells carrying no plasmid encoding RcsD-ABL. The mapping of the binding interface was successfully achieved by chemical shift perturbations, a fast mapping protocol and selective labelling. It was shown that the interaction between RcsD-ABL and RcsB takes place via a binding interface comprising mainly the two α-helices of RcsD-ABL and the α-helices α7, α8 and α10 in the effector domain of RcsB. In the third part of the thesis, the interaction of RcsB with RcsD-ABL was related to that with RcsD-HPt. Using NMR titration experiments and ITC measurements, a comparison of the binding constants (Kd) of RcsB interacting either with the isolated RcsD-ABL (2 PM) or the isolated RcsDHPt domain (40 PM) revealed a higher affinity of RcsD-ABL to RcsB. A conjugate of RcsD-ABL-HPt interacting with RcsB decreased the Kd in the one-site fitting mode to 10 PM. However, the two-site fitting mode applied for RcsD-ABL-HPt/RcsB interaction resulted in a Kd (RcsD-ABL) of 2 PM and a Kd (RcsD-HPt) of 8 PM, indicating that RcsD-ABL enhances the binding of RcsD-HPt to RcsB. In the last part of the thesis, it was partly possible together with the data obtained from NMR titration experiments, PRE measurements and a HADDOCK protocol to develop a geometrical model for the interaction of RcsD with RcsB. In this model the receiver domain of RcsB interacts with the RcsD-HPt domain and the RcsB effector domain interacts with the RcsD-ABL domain. These results lead to surprising insights on the regulation of phosphorelays, since normally the effector domain binds to DNA. Here the effector domain is recognized by the newly identified RcsD-ABL domain. Prospectively, further investigations of phosphorylation affects and mutational studies will be of great interest.
Die vorliegende Promotionsarbeit fokussiert auf das transfusionsbedingte Infektionsrisiko bezüglich Hepatitis B-Virus Infektionen. Da das Restinfektionsrisiko bezüglich Hepatitis B deutlich höher als das Restinfektionsrisiko bezüglich Hepatitis C oder HIV-Virus Infektionen anzusehen ist, konzentriert sich die vorliegende Arbeit auf den Stellenwert von Anti-HBc Antikörper für das Blutspenderscreening. In der vorliegenden Arbeit wurden zunächst unterschiedliche Anti-HBs Screening Assays synoptisch bezüglich der Sensitivität und Spezifität sowie anderer Test-Parameter miteinander verglichen und die Prävalenz und Infektiosität Anti-HBc-Ak positiver Blutspenden des Blutspendedienstes Hessen / Baden-Württemberg untersucht. Anschließend erfolgte eine Screening an fünf unterschiedlichen Standorten in Deutschland zur Prävalenz von Anti-HBc sowie zum Prozentsatz von chronisch infizierten Hepatitis B positiven Spendern. Anhand von Lookback Untersuchungen von chronisch infizierten Anti-HBc positiven und HBV DNA positiven Spendern konnte untersucht werden, inwieweit die Transfusion dieser niedrig virämischen Spender zu einer Übertragung von Hepatitis B in der Vergangenheit geführt hat. Darüber hinaus wurde eine Fall-Kontroll-Studie durchgeführt, mit der Fragestellung, inwieweit allein das Vorhandensein von Hepatitis B Antikörper (Anti-HBc Antikörper und Anti-HBe Antikörper) ohne Nachweis von HBV DNA, bereits ein erhöhtes Transfusionsrisiko darstellt. Zusätzlich wurden Daten bezüglich der heutigen Relevanz der HBs-Ag Testung im Blutspendewesen erhoben. Anschließend wurden alle drei für die Doktorarbeit relevanten Screeningparameter bezüglich Hepatitis B für das Blutspenderscreening (HBV Minipool PCR, HBs-Ag Test und Anti-HBc Test) bezüglich der Kosten pro gewonnenen QALY (Quality Adjusted Life Years) berechnet und wieder synoptisch miteinander verglichen. In der abschließenden Diskussion wurden unterschiedliche Screening Szenarien auf ihre Wertigkeit bezüglich der Sicherheit der Blutprodukte sowie auf ihre Kosten-Nutzen-Analyse hin betrachtet. Festgestellt wurde, dass durch die Anti-HBc-Ak Diagnostik im Blutspendewesen eine erhöhte Sicherheit bezüglich einer transfusionsbedingten HBV Transmission erzielt werden kann. Unter ca. 1,4 Millionen untersuchten Spendern konnten 21 HBV DNA positive Spender (alle niedrige HBV DNA Konzentrationen) ermittelt werden. Bei keinem der jeweiligen Empfänger konnte eine Infektion bestätigt werden, bei einem wäre sie möglich gewesen. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich das PRISM® HBcore™ Testsystem wegen guter Sensitivität aber auch gleichzeitig guter Spezifität (signifikant besser als PRISM® HBc™) am besten zur Anti-HBc-Ak Routinetestung im Blutspendedienst eignet und selbst bei sehr hohem Probenaufkommen bewährt hat. Im Vergleich unterschiedlicher Testsysteme hatte der AxSym® CORE™ die höchste analytische Sensitivität, im weiteren Vergleich schnitten die untersuchten Assays annähernd gleich ab, zwischen dem PRISM® HBcore™ und PRISM® HBc™ konnte kein weiterer signifikanter Unterschied festgestellt werden. Des weiteren konnte gezeigt werden, dass Anti-HBc-Ak einen guten und sinnvollen Parameter zur HBV Diagnostik darstellt, der, in Verbindung mit der Pool-PCR, eventuell sogar die HBs-Ag Testung abzulösen in der Lage ist. Anhand der im Rahmen dieser Studie erhobenen Daten wären alle HBs-Ag positiven Blutprodukte auch mittels der Pool-PCR und Anti-HBc-Ak Diagnostik identifiziert worden. Darüber hinaus wurden einige HBV positive Blutprodukte mit diesen Verfahren erkannt, die mittels der klassischen HBs-Ag Testung übersehen worden wären. Bestätigt Anti-HBc-Ak positive Spender lassen sich anhand zusätzlicher serologischer Parameter (Anti-HBe-Ak und Anti-HBs-Ak) und wiederholter Testung bestimmen und so auch bestätigen; Die gemessenen S/CO-Werte der einzelnen untersuchten Testsysteme sind in der Lage einen Hinweis auf eine mögliche unspezifische Anti-HBc-Ak Reaktivität geben, so dass in Verbindung mit zusätzlichen HBV Parametern (z.B. Anti-HBe-Ak), die Richtigkeit des Ergebnisses besser eingeschätzt werden kann. Mittels Testung auf weitere HBV Marker (Einzelproben-PCR, Anti-HBs-Ak) können, wie es bereits gesetzlich geregelt wurde, Anti-HBc-Ak positive Blutprodukte durch ein „Re-Entry“ Verfahren wieder der Patientenverwendung zugeführt werden, ohne das HBV Transmissionsrisiko zu erhöhen. Die vorliegende Studie bestätigt diese Annnahme: Es konnte keine einzige HBV Transmission durch Anti-HBc-Ak positives Blut bewiesen werden, welches HBV PCR negativ (Sens. < 5,6 IU/ml) war. Die Prävalenz der Anti-HBc-Ak positiven Blutspender betrug vor Einführung der Anti-HBc-Ak Testung ca. 1,61%, im Spenderkollektiv wird sie aber wegen Selektionierung in den nächsten Jahren stark rückläufig sein.
Das visuelle Arbeitsgedächtnis (AG) kann visuelle Information enkodieren, über eine kurze Zeitperiode aktiv halten und mit neu wahrgenommener Information vergleichen. Dadurch ermöglicht es eine Reihe höherer kognitiver Funktionen ( z.B. Kopfrechnen). Störungen des visuellen AGs sind ein relevantes Symptom neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen. Die funktionellen und neuronalen Prozesse, die dem visuellen AG unterliegen, stellen eine fundamentale Frage der kognitiven Neurowissenschaft dar. Bisherige Forschung hat bereits einen großen Beitrag zum Verständnis der Vorgänge während der Enkodierungs- und Halte-Phase des AGs geleistet. Die neuronalen Korrelate der Wiedererkennung (WE) hingegen sind relativ unbekannt. Ziel der vorliegenden Studie war es, die neuronalen Mechanismen der WE anhand zweier Modulationen (Gedächtnisbelastung und Ähnlichkeit zwischen Merk- und Test-Stimulus) zu erforschen. Den neuronalen Grundlagen von Ähnlichkeit zwischen wurde bislang nahezu keine Beachtung geschenkt, ihre Untersuchung stellte deshalb eine wesentliche Motivation der Arbeit dar. Da erhöhte Gedächtnislast bei einer endlichen Anzahl an Stimuli zu einer erhöhten Anzahl an möglichen ähnlichen Test-Stimuli und auf diese Weise zu einer erhöhten Ähnlichkeit zwischen Merk- und Test-Stimulus führen kann, sind die Effekte beider Modulationen konfundiert. Es sollte deshalb zusätzlich der Nachweis für einen ähnlichkeitsunabhängigen Lasteffekt erbracht werden. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation stand der zeitliche Ablauf der zu erwartenden kortikalen Aktivationen im Mittelpunkt des Interesses. Aus diesem Grund kam die Magnetenzephalographie (MEG) mit ihrem hervorragenden zeitlichen und guten räumlichen Auflösungsvermögen zum Einsatz. Die neuronale Aktivität von 17 Probanden wurde mittels MEG erfasst. Zusätzlich wurden Verhaltensdaten (VD) in Form von Reaktionszeit (RZ) und Korrektheit (KH) der Antworten aufgezeichnet. Als Stimuli dienten 15 verschiedene Farben, die einmal den gesamten Farbkreis abbildeten. 1 oder 3 verschiedenfarbige Quadrate dienten als Merk-Stimuli und ein farbiges Quadrat, das einem der vorher gezeigten glich (G), ihm ähnlich (Ä) oder unähnlich (U) war, folgte als Test-Stimulus. Die Probanden antworteten per Fingerheben aus einer Lichtschranke, ob der Test-Stimulus dem Merk-Stimulus glich (G) oder nicht glich (Ä, U). Insgesamt führten die 2 Belastungsmodulationen und die 3 Ähnlichkeitsmodulationen zu einem 2 x 3 Design, das eine Untersuchung der Haupteffekte und Interaktionen von Ähnlichkeit und Last ermöglichte. Die Ergebnisse der VD decken sich mit früheren Erkenntnissen, die mit ansteigender Gedächtnislast und Ähnlichkeit von einer signifikanten Verminderung der KH der Antworten sowie einer signifikanten Zunahme der RZ berichteten. Zusätzlich konnte eine signifikante Interaktion beider Modulationen beobachtet werden. Mit zunehmender Gedächtnislast verlängerte sich die RZ, bzw. verminderte sich die KH der Antworten für gleiche Testreize stärker als für ungleiche (Ä, U). Es konnten wesentliche neue Erkenntnisse über die neuronalen Korrelate der WE im visuellen AG gewonnen werden. Für die Ähnlichkeits-Modulation konnten drei zeitlich, räumlich und funktionell distinkte Ereigniskorrelierte-Felder (EKF)-Komponenten detektiert werden: eine frühe Komponente, die stärker auf U im Vergleich zu Ä und G Stimuli ansprach, eine mittlere, die mit der Schwierigkeit der Aufgabe assoziiert war sowie eine späte Komponente, die als Korrelat einer kategorialen Entscheidung interpretiert wurde. Diese Ergebnisse replizieren Befunde von Studien über die Entscheidungsfindung und die summierte Ähnlichkeit im Langzeitgedächtnis (LZG) und liefern gleichzeitig neue Hinweise für eine funktionelle Dissoziation verschiedener Komponenten der WE im visuellen AG. Die WE scheint aus der Berechnung der summierten Ähnlichkeit, der Entscheidungsfindung sowie der Evidenzevaluation unter schwierigeren Bedingungen zu bestehen. Es gelang außerdem der Nachweis eines ähnlichkeitsunabhängigen Effektes der Lastmodulation. Es konnte eine bilateral parieto-okzipitale sowie eine linksseitig fronto-temporale Aktivierung erfasst werden, die wahrscheinlich allgemeinen Schwierigkeitseffekten entsprechen. Unter ansteigender Gedächtnisbelastung kam es zu einer Zunahme der Amplitude beider Aktivitäten. Diese Ergebnisse bestätigen Befunde über die Amplitudenentwicklung während der Halte-Phase, die als Heranziehung zusätzlicher Ressourcen unter schwierigeren Bedingungen gedeutet wurden. Die EKF-Daten konnten jedoch keine Bestätigung des in den VD nachgewiesenen Interaktionseffektes bringen. Vielversprechende Ansätze für zukünftige Studien bieten eine präzisere Bestimmung der räumlichen Verteilung sowie eine weitere Evaluation der kognitiven Funktion der neuronalen Aktivität der Ähnlichkeit, da die Ähnlichkeit zwischen Merk- und Test-Stimulus eine entscheidende Rolle bei der Beschränkung der WE-Leistung einzunehmen scheint.
Fluviale Sedimente und Ablagerungen aus küstennahen Bereichen werden im mediterranen Raum häufig herangezogen, um die Reaktionen von Fusssystemen auf Klimawandel, menschliche Einflussnahme und andere Faktoren zu rekonstruieren. Arbeiten, die mit systembasierten Ansätzen auf Einzugsgebietsebene quantitative Aussagen ermöglichen, sind jedoch rar. In der vorliegenden Arbeit wird für das Einzugsgebiet des Rio Palancia, Spanien, ein quantifizierter Sedimenthaushalt vorgestellt, der die Sedimentproduktion des Hinterlandes über die Sedimentpfade mit der Speicherung im Einzugsgebiet und der Lieferung zum Flussdelta verbindet. Ziel ist es, den anteiligen Einfluss von Steuergrößen wie Neotektonik, Klimawandel und Landnutzung auf den spätquartären Sedimentfluss in dem 969,9 km2großen Einzugsgebiet zu bestimmen. Das Einzugsgebiet des Rio Palancia ist Teil der südlichen Ausläufer der Iberischen Kette und mündet bei Sagunto in das Mittelmeer. Mit Hilfe von photogrammetrischen und geomorphologischen Kartierungen, Felddaten (Aufschlussuntersuchung, Rammkern-sondierung) sowie geophysikalischen Messmethoden wurden die Geometrien sowie die internen Strukturen von Sedimentablagerungen untersucht. Auf diesen Grundlagen konnte ein GIS-basiertes Sedimentbudget mit quantitativen Abschätzungen für Budgetkomponenten entlang der Sedimentkaskade erstellt werden. Der Talboden des Rio Palancia-Einzugsgebietes wird dominiert von mehreren pleistozänen und holozänen Degradierungsniveaus, die sich in pleistozäne Kiese und Sande eingeschnitten haben. Bedeutende holozäne, fluviale Sedimentation kann hauptsächlich im mittleren und unteren Einzugsgebiet belegt werden. Obwohl ausgedehnte landwirtschaftliche Terrassenanlagen auf dem Talboden und den Hängen von einem starken anthropogenen Einfluss zeugen, ist davon auszugehen, dass die Degradierung des Talbodens noch bis etwa 390 AD auf den Ausgleich eines sich erhöhten Flussgradienten durch vorangegangene Aggradation zurückzuführen ist. Landwirtschaftliche Nutzung durch Terrassenfeldbau, die seit dem dritten Jahrhundert BC im Arbeitsgebiet belegt ist, deutet auf eine nachhaltige Abkopplung der Sedimentlieferung von den Hängen und pleistozänen bzw. holozänen Sedimentquellen zum aktiven Flussbett hin. Dies resultiert seit dem Mittelalter in einer Potenzierung des vorherrschenden Verengungs- bzw. Einschneidungstrend des aktiven Gerinnebettes. Die Ergebnisse weisen auf ein kompliziertes Zusammenspiel von neotektonischem Erbe, klimagesteuertem Abflussregime und späterer menschlicher Einflussnahme hin, die den Sedimentfluss vom Hinterland zur Küstenzone maßgeblich steuern.
Die kumulative Dissertation beschäftigt sich mit der atmosphärischen Konzentration von Eiskeimen, einer Unterklasse des atmosphärischen Aerosols, die bei der Eisbildung in Wolken eine zentrale Bedeutung besitzt. Messungen der Eiskeimkonzentration am Taunusobservatorium (Kleiner Feldberg) (nahe Frankfurt am Main) wurden mit dem Verfahren einer Vakuum-Diffusionskammer durchgeführt. Die Arbeit umfasst die Darstellung des angewandten Messverfahrens und die Analyse und Bewertung der Messergebnisse für den Raum Zentraleuropa, anhand von u.a. Rückwärtstrajektorien und Korrelationen zu aerosolphysikalischen Parametern. Ein signifikanter Einfluss von Mineralstaub-Ferntransport aus Wüstengebieten auf die Eiskeimkonzentration in Zentral-Europa wurde ermittelt.
Osoma na waatikha wa Ekoti
(2010)