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Accumulating evidence indicates that increased generation of reactive oxygen species (ROS) contributes to the development of exaggerated pain hypersensitivity during persistent pain. In the present study, we investigated the antinociceptive efficacy of the antioxidants vitamin C and vitamin E in mouse models of inflammatory and neuropathic pain. We show that systemic administration of a combination of vitamins C and E inhibited the early behavioral responses to formalin injection and the neuropathic pain behavior after peripheral nerve injury, but not the inflammatory pain behavior induced by Complete Freund's Adjuvant. In contrast, vitamin C or vitamin E given alone failed to affect the nociceptive behavior in all tested models. The attenuated neuropathic pain behavior induced by the vitamin C and E combination was paralleled by a reduced p38 phosphorylation in the spinal cord and in dorsal root ganglia, and was also observed after intrathecal injection of the vitamins. Moreover, the vitamin C and E combination ameliorated the allodynia induced by an intrathecally delivered ROS donor. Our results suggest that administration of vitamins C and E in combination may exert synergistic antinociceptive effects, and further indicate that ROS essentially contribute to nociceptive processing in special pain states.
Parasites of the nematode genus Anisakis are associated with aquatic organisms. They can be found in a variety of marine hosts including whales, crustaceans, fish and cephalopods and are known to be the cause of the zoonotic disease anisakiasis, a painful inflammation of the gastro-intestinal tract caused by the accidental consumptions of infectious larvae raw or semi-raw fishery products. Since the demand on fish as dietary protein source and the export rates of seafood products in general is rapidly increasing worldwide, the knowledge about the distribution of potential foodborne human pathogens in seafood is of major significance for human health. Studies have provided evidence that a few Anisakis species can cause clinical symptoms in humans. The aim of our study was to interpolate the species range for every described Anisakis species on the basis of the existing occurrence data. We used sequence data of 373 Anisakis larvae from 30 different hosts worldwide and previously published molecular data (n = 584) from 53 field-specific publications to model the species range of Anisakis spp., using a interpolation method that combines aspects of the alpha hull interpolation algorithm as well as the conditional interpolation approach. The results of our approach strongly indicate the existence of species-specific distribution patterns of Anisakis spp. within different climate zones and oceans that are in principle congruent with those of their respective final hosts. Our results support preceding studies that propose anisakid nematodes as useful biological indicators for their final host distribution and abundance as they closely follow the trophic relationships among their successive hosts. The modeling might although be helpful for predicting the likelihood of infection in order to reduce the risk of anisakiasis cases in a given area.
Acanthocephalans are attractive candidates as model organisms for studying the ecology and co-evolutionary history of parasitic life cycles in the marine ecosystem. Adding to earlier molecular analyses of this taxon, a total of 36 acanthocephalans belonging to the classes Archiacanthocephala (3 species), Eoacanthocephala (3 species), Palaeacanthocephala (29 species), Polyacanthocephala (1 species) and Rotifera as outgroup (3 species) were analyzed by using Bayesian Inference and Maximum Likelihood analyses of nuclear 18S rDNA sequence. This data set included three re-collected and six newly collected taxa, Bolbosoma vasculosum from Lepturacanthus savala, Filisoma rizalinum from Scatophagus argus, Rhadinorhynchus pristis from Gempylus serpens, R. lintoni from Selar crumenophthalmus, Serrasentis sagittifer from Johnius coitor, and Southwellina hispida from Epinephelus coioides, representing 5 new host and 3 new locality records. The resulting trees suggest a paraphyletic arrangement of the Echinorhynchida and Polymorphida inside the Palaeacanthocephala. This questions the placement of the genera Serrasentis and Gorgorhynchoides within the Echinorhynchida and not the Polymorphida, necessitating further insights into the systematic position of these taxa based on morphology.
Recent phylogenomic studies have failed to conclusively resolve certain branches of the placental mammalian tree, despite the evolutionary analysis of genomic data from 32 species. Previous analyses of single genes and retroposon insertion data yielded support for different phylogenetic scenarios for the most basal divergences. The results indicated that some mammalian divergences were best interpreted not as a single bifurcating tree, but as an evolutionary network. In these studies the relationships among some orders of the super-clade Laurasiatheria were poorly supported, albeit not studied in detail. Therefore, 4775 protein-coding genes (6,196,263 nucleotides) were collected and aligned in order to analyze the evolution of this clade. Additionally, over 200,000 introns were screened in silico, resulting in 32 phylogenetically informative long interspersed nuclear elements (LINE) insertion events.
The present study shows that the genome evolution of Laurasiatheria may best be understood as an evolutionary network. Thus, contrary to the common expectation to resolve major evolutionary events as a bifurcating tree, genome analyses unveil complex speciation processes even in deep mammalian divergences. We exemplify this on a subset of 1159 suitable genes that have individual histories, most likely due to incomplete lineage sorting or introgression, processes that can make the genealogy of mammalian genomes complex.
These unexpected results have major implications for the understanding of evolution in general, because the evolution of even some higher level taxa such as mammalian orders may sometimes not be interpreted as a simple bifurcating pattern.
The American species belonging to the genera Alloblackburneus Bordat and Blackburneus Schmidt (Coleoptera: Scarabaeidae: Aphodiinae) are redescribed and figured. Seven new species are described: Alloblackburneus guadalajarae, A. ibanezbernali; Blackburneus amazonicus, B. sanfilippoi, B. surinamensis, B. teposcolulaensis, B. thomasi. The neotype of Scarabaeus rubeolus Palisot de Beauvois, 1809 is designated. The lectotype of Blackburneus argentinensis (Schmidt, 1909) and of Blackburneus laxepunctatus (Schmidt, 1910) are
designated. The following new combinations are proposed: Alloblackburneus aegrotus (Horn, 1870); Alloblackburneus cavidomus (Brown, 1927); Alloblackburneus cynomysi (Brown, 1927); Alloblackburneus fordi (Gordon, 1974); Alloblackburneus geomysi (Cartwright, 1939); Alloblackburneus lentus (Horn, 1870); Alloblackburneus rubeolus (Palisot de Beauvois, 1805); Alloblackburneus saylori (Hinton, 1934); Alloblackburneus tenuistriatus (Horn, 1887); Alloblackburneus troglodytes (Hubbard, 1894).
Four milliped species, substantiated by preserved voucher samples, are reported from Prince Edward Island, Canada. All are introduced European species that now occur widely in both Canada and the United States, and the panglobal Asian paradoxosomatid, Oxidus gracilis (C. L. Koch, 1847), is listed as probable. Choneiulus palmatus (Némec, 1895) (Julida: Blaniulidae) is newly recorded from New Brunswick, and four representatives of the Julidae are cited from Nova Scotia. Discovery of Cylindroiulus punctatus (Leach, 1815) (Julidae) in this province constitutes the second record from both Canada and North America, the other being in Newfoundland.
The vespid fauna of Greater Puerto Rico is reviewed (Hymenoptera: Vespidae). Three new species are described, Ancistrocerus isla Carpenter, Euodynerus jeitita Carpenter and Genaro, and Omicron aridum Carpenter and Genaro. Polistes crinitus americanus (Fabricius, 1775) and P. crinitus multicolor (Olivier, 1792) are both reduced to synonyms of nominotypical P. crinitus (Felton, 1765), revised status; Zeta abdominale hispaniolae (Bequaert and Salt, 1931) and Zeta abdominale ornatum (de Saussure, 1855) are both reduced to synonyms of nominotypical Zeta abdominale (Drury, 1770), revised status; and Zethus rufinodus monensis Bohart and Stange, 1965, and Zethus rufinodus virginicus Bohart and Stange, 1965, are both reduced to synonyms of nominotypical
Zethus rufinodus (Latreille, 1806), revised status. Parancistrocerus obliquus (Cresson, 1865) is newly recorded
from Puerto Rico. The presence of Pachodynerus guadulpensis (de Saussure, 1853) in Puerto Rico is confirmed. An analysis of the composition of the Puerto Rican vespid fauna is presented.
Background: Fishes show an amazing diversity in hearing abilities, inner ear structures, and otolith morphology. Inner ear morphology, however, has not yet been investigated in detail in any member of the diverse order Cyprinodontiformes. We, therefore, studied the inner ear of the cyprinodontiform freshwater fish Poecilia mexicana by analyzing the position of otoliths in situ, investigating the 3D structure of sensory epithelia, and examining the orientation patterns of ciliary bundles of the sensory hair cells, while combining μ-CT analyses, scanning electron microscopy, and immunocytochemical methods. P. mexicana occurs in different ecotypes, enabling us to study the intra-specific variability (on a qualitative basis) of fish from regular surface streams, and the Cueva del Azufre, a sulfidic cave in southern Mexico.
Results: The inner ear of Poecilia mexicana displays a combination of several remarkable features. The utricle is connected rostrally instead of dorso-rostrally to the saccule, and the macula sacculi, therefore, is very close to the utricle. Moreover, the macula sacculi possesses dorsal and ventral bulges. The two studied ecotypes of P. mexicana showed variation mainly in the shape and curvature of the macula lagenae, in the curvature of the macula sacculi, and in the thickness of the otolithic membrane.
Conclusions: Our study for the first time provides detailed insights into the auditory periphery of a cyprinodontiform inner ear and thus serves a basis—especially with regard to the application of 3D techniques—for further research on structure-function relationships of inner ears within the species-rich order Cyprinodontiformes. We suggest that other poeciliid taxa, or even other non-poeciliid cyprinodontiforms, may display similar inner ear morphologies as described here.
The duration of use is usually significantly longer for marine vessels than for roadside vehicles. Therefore, these vessels are often powered by relatively old engines which may propagate air pollution. Also, the quality of fuel used for marine vessels is usually not comparable to the quality of fuels used in the automotive sector and therefore, port areas may exhibit a high degree of air pollution. In contrast to the multitude of studies that addressed outdoor air pollution due to road traffic, only little is known about ship-related air pollution. Therefore the present article aims to summarize recent studies that address air pollution, i.e. particulate matter exposure, due to marine vessels. It can be stated that the data in this area of research is still largely limited. Especially, knowledge on the different air pollutions in different sea areas is needed.
Background: Drowning is a constant global problem which claims proximately half a million victims worldwide each year, whereas the number of near-drowning victims is considerably higher. Public health strategies to reduce the burden of death are still limited. While research activities in the subject drowning grow constantly, yet there is no scientometric evaluation of the existing literature at the present time.
Methods: The current study uses classical bibliometric tools and visualizing techniques such as density equalizing mapping to analyse and evaluate the scientific research in the field of drowning. The interpretation of the achieved results is also implemented in the context of the data collection of the WHO.
Results: All studies related to drowning and listed in the ISI-Web of Science database since 1900 were identified using the search term "drowning". Implementing bibliometric methods, a constant increase in quantitative markers such as number of publications per state, publication language or collaborations as well as qualitative markers such as citations were observed for research in the field of drowning. The combination with density equalizing mapping exposed different global patterns for research productivity and the total number of drowning deaths and drowning rates respectively. Chart techniques were used to illustrate bi- and multilateral research cooperation.
Conclusions: The present study provides the first scientometric approach that visualizes research activity on the subject of drowning. It can be assumed that the scientific approach to this topic will achieve even greater dimensions because of its continuing actuality.
Background: Closely related lineages of livebearing fishes have independently adapted to two extreme environmental factors: toxic hydrogen sulphide (H2S) and perpetual darkness. Previous work has demonstrated in adult specimens that fish from these extreme habitats convergently evolved drastically increased head and offspring size, while cave fish are further characterized by reduced pigmentation and eye size. Here, we traced the development of these (and other) divergent traits in embryos of Poecilia mexicana from benign surface habitats (“surface mollies”) and a sulphidic cave (“cave mollies”), as well as in embryos of the sister taxon, Poecilia sulphuraria from a sulphidic surface spring (“sulphur mollies”). We asked at which points during development changes in the timing of the involved processes (i.e., heterochrony) would be detectible.
Methods and Results: Data were extracted from digital photographs taken of representative embryos for each stage of development and each type of molly. Embryo mass decreased in convergent fashion, but we found patterns of embryonic fat content and ovum/embryo diameter to be divergent among all three types of mollies. The intensity of yellow colouration of the yolk (a proxy for carotenoid content) was significantly lower in cave mollies throughout development. Moreover, while relative head size decreased through development in surface mollies, it increased in both types of extremophile mollies, and eye growth was arrested in mid-stage embryos of cave mollies but not in surface or sulphur mollies.
Conclusion: Our results clearly demonstrate that even among sister taxa convergence in phenotypic traits is not always achieved by the same processes during embryo development. Furthermore, teleost development is crucially dependent on sufficient carotenoid stores in the yolk, and so we discuss how the apparent ability of cave mollies to overcome this carotenoid-dependency may represent another potential mechanism explaining the lack of gene flow between surface and cave mollies.
Background and Objective: The slow delayed rectifier current (IKs) is important for cardiac action potential termination. The underlying channel is composed of Kv7.1 α-subunits and KCNE1 β-subunits. While most evidence suggests a role of KCNE1 transmembrane domain and C-terminus for the interaction, the N-terminal KCNE1 polymorphism 38G is associated with reduced IKs and atrial fibrillation (a human arrhythmia). Structure-function relationship of the KCNE1 N-terminus for IKs modulation is poorly understood and was subject of this study.
Methods: We studied N-terminal KCNE1 constructs disrupting structurally important positively charged amino-acids (arginines) at positions 32, 33, 36 as well as KCNE1 constructs that modify position 38 including an N-terminal truncation mutation. Experimental procedures included molecular cloning, patch-clamp recording, protein biochemistry, real-time-PCR and confocal microscopy.
Results: All KCNE1 constructs physically interacted with Kv7.1. IKs resulting from co-expression of Kv7.1 with non-atrial fibrillation ‘38S’ was greater than with any other construct. Ionic currents resulting from co-transfection of a KCNE1 mutant with arginine substitutions (‘38G-3xA’) were comparable to currents evoked from cells transfected with an N-terminally truncated KCNE1-construct (‘Δ1-38’). Western-blots from plasma-membrane preparations and confocal images consistently showed a greater amount of Kv7.1 protein at the plasma-membrane in cells co-transfected with the non-atrial fibrillation KCNE1-38S than with any other construct.
Conclusions: The results of our study indicate that N-terminal arginines in positions 32, 33, 36 of KCNE1 are important for reconstitution of IKs. Furthermore, our results hint towards a role of these N-terminal amino-acids in membrane representation of the delayed rectifier channel complex.
Background: MicroRNA-21 (miR-21) is up-regulated in tumor tissue of patients with malignant diseases, including hepatocellular carcinoma (HCC). Elevated concentrations of miR-21 have also been found in sera or plasma from patients with malignancies, rendering it an interesting candidate as serum/plasma marker for malignancies. Here we correlated serum miR-21 levels with clinical parameters in patients with different stages of chronic hepatitis C virus infection (CHC) and CHC-associated HCC.
Methodology/Principal Findings: 62 CHC patients, 29 patients with CHC and HCC and 19 healthy controls were prospectively enrolled. RNA was extracted from the sera and miR-21 as well as miR-16 levels were analyzed by quantitative real-time PCR; miR-21 levels (normalized by miR-16) were correlated with standard liver parameters, histological grading and staging of CHC. The data show that serum levels of miR-21 were elevated in patients with CHC compared to healthy controls (P<0.001); there was no difference between serum miR-21 in patients with CHC and CHC-associated HCC. Serum miR-21 levels correlated with histological activity index (HAI) in the liver (r = −0.494, P = 0.00002), alanine aminotransferase (ALT) (r = −0.309, P = 0.007), aspartate aminotransferase (r = −0.495, P = 0.000007), bilirubin (r = −0.362, P = 0.002), international normalized ratio (r = −0.338, P = 0.034) and γ-glutamyltransferase (r = −0.244, P = 0.034). Multivariate analysis revealed that ALT and miR-21 serum levels were independently associated with HAI. At a cut-off dCT of 1.96, miR-21 discriminated between minimal and mild-severe necroinflammation (AUC = 0.758) with a sensitivity of 53.3% and a specificity of 95.2%.
Conclusions/Significance: The serum miR-21 level is a marker for necroinflammatory activity, but does not differ between patients with HCV and HCV-induced HCC.
Although climate is known to be one of the key factors determining animal species distributions amongst others, projections of global change impacts on their distributions often rely on bioclimatic envelope models. Vegetation structure and landscape configuration are also key determinants of distributions, but they are rarely considered in such assessments. We explore the consequences of using simulated vegetation structure and composition as well as its associated landscape configuration in models projecting global change effects on Iberian bird species distributions. Both present-day and future distributions were modelled for 168 bird species using two ensemble forecasting methods: Random Forests (RF) and Boosted Regression Trees (BRT). For each species, several models were created, differing in the predictor variables used (climate, vegetation, and landscape configuration). Discrimination ability of each model in the present-day was then tested with four commonly used evaluation methods (AUC, TSS, specificity and sensitivity). The different sets of predictor variables yielded similar spatial patterns for well-modelled species, but the future projections diverged for poorly-modelled species. Models using all predictor variables were not significantly better than models fitted with climate variables alone for ca. 50% of the cases. Moreover, models fitted with climate data were always better than models fitted with landscape configuration variables, and vegetation variables were found to correlate with bird species distributions in 26–40% of the cases with BRT, and in 1–18% of the cases with RF. We conclude that improvements from including vegetation and its landscape configuration variables in comparison with climate only variables might not always be as great as expected for future projections of Iberian bird species.
Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is an established optical neuroimaging method for measuring functional hemodynamic responses to infer neural activation. However, the impact of individual anatomy on the sensitivity of fNIRS measuring hemodynamics within cortical gray matter is still unknown. By means of Monte Carlo simulations and structural MRI of 23 healthy subjects (mean age: (25.0 +- 2.8 years), we characterized the individual distribution of tissue-specific NIR-light absorption underneath 24 prefrontal fNIRS channels. We, thereby, investigated the impact of scalp-cortex distance (SCD), frontal sinus volume as well as sulcal morphology on gray matter volumes (V gray) traversed by NIR-light, i.e. anatomy-dependent fNIRS sensitivity. The NIR-light absorption between optodes was distributed describing a rotational ellipsoid with a mean penetration depth of (23.6 +- 0.7 mm) considering the deepest 5% of light. Of the detected photon packages scalp and bone absorbed (96.4 +- 9.7)% and absorbed (3,1 +- 1.8)% of the energy. The mean V gray volume (1.1 +- 0.4)cm 3 was negatively correlated (r = -.76) with the SCD and frontal sinus volume (r= -.57) and was reduced by in subjects with relatively large compared to small frontal sinus. Head circumference was significantly positively correlated with the mean SCD (r= .46) and the traversed frontal sinus volume (r= .43). Sulcal morphology had no significant impact on . Our findings suggest to consider individual SCD and frontal sinus volume as anatomical factors impacting fNIRS sensitivity. Head circumference may represent a practical measure to partly control for these sources of error variance.
Various optimality principles have been proposed to explain the characteristics of coordinated eye and head movements during visual orienting behavior. At the same time, researchers have suggested several neural models to underly the generation of saccades, but these do not include online learning as a mechanism of optimization. Here, we suggest an open-loop neural controller with a local adaptation mechanism that minimizes a proposed cost function. Simulations show that the characteristics of coordinated eye and head movements generated by this model match the experimental data in many aspects, including the relationship between amplitude, duration and peak velocity in head-restrained and the relative contribution of eye and head to the total gaze shift in head-free conditions. Our model is a first step towards bringing together an optimality principle and an incremental local learning mechanism into a unified control scheme for coordinated eye and head movements.
Morbus Alzheimer ist eine neurodegenerative Erkrankung, die weltweit die häufigste Ursache einer Demenz darstellt. Da neben genetischer Prädisposition vor allem ein hohes Lebensalter einen Hauptrisikofaktor für die Erkrankung darstellt, erwartet man für die Industrieländer in den nächsten Jahrzehnten eine enorm ansteigende Patientenzahl. Trotz der großen Fortschritte in der Aufklärung der pathologischen Zusammenhänge ist es bisher noch nicht gelungen, eine Therapie zu entwickeln, mit der das Voranschreiten der Krankheit deutlich verlangsamt oder sogar gestoppt werden kann. Die vorliegende Arbeit verfolgt einen medizinisch-chemischen Ansatz, in der die Entwicklung von dualen Gamma-Sekretase- und PPARgamma (Peroxisomen Proliferator-aktivierter Rezeptor Gamma)-Modulatoren als potentielle Arzneistoffe gegen Morbus Alzheimer im Fokus steht. Bei der Gamma-Sekretase handelt es sich um eine Aspartylprotease, die im Rahmen der Amyloid-Kaskade an der carboxyterminalen Spaltung von Amyloid Precursor Protein und damit unmittelbar an der Bildung der pathogenen Amyloid-Gamma42-Fragmente beteiligt ist. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass diverse Punktmutationen in ihrer katalytischen Untereinheit Presenilin eine genetisch bedingte early-onset Alzheimer-Demenz auslösen können. Das therapeutische Potential von Gamma-Sekretase-Inhibitoren und -Modulatoren konnte in der Folge in zahlreichen präklinischen Studien bestätigt werden. ...
Real time 3D - Ultraschallsimulation in der Akutmedizin : Entwicklung einer neuen Technologie
(2011)
In der vorliegenden Arbeit wurde die real time 3D - Ultraschallsimulation für den Einsatz in der Akutmedizin untersucht und weiterentwickelt.
Hintergrund: Die Ultraschallsimulation stellt eine neue Lernmethode für die Ultraschalluntersuchung dar. Es kann die korrekte Anlotung, die Interpretation und die Durchführung der Untersuchung patientenunabhängig trainiert werden. Damit eignet sich die Ultraschallsimulation besonders für den Bereich der Notfallsonographie, da hier aufgrund der akuten Erkrankungen nur eingeschränkte Lehrmöglichkeiten zur Verfügung stehen. Dieses Projekt setzt sich aus vier Teilen zusammen. Es sollten Module zum Training des fokussierten Assessments mit Sonographie bei Traumapatienten (FAST) und der Sonographie peripherer Nerven und Gefäße entwickelt werden. Der dritte Bereich bestand aus der technischen Integration des Ultraschallsimulators in eine herkömmliche ALS-Trainingspuppe, um dann im vierten Abschnitt die Auswirkungen der fokussierten echokardiographischen Evaluation während der Reanimation auf deren Qualität mit dem kombinierten Ultraschall-ALS-Simulator zu überprüfen.
Methodik: Zur Entwicklung der Module für die fokussierte abdominelle Sonographie bei Traumapatienten wurde das Freihandaufnahmesystem des Ultraschallsimulators mit einem high-end Ultraschallgerät gekoppelt. Die 3D-Ultraschallvolumen wurden durch Transversalanlotungen an gesunden Probanden und Patienten mit kontinuierlicher Peritonealdialyse aufgenommen und Multivolumina in einen Schaumstofftorso mithilfe eines elektromagnetischen Trackingsystems positioniert. Die Anwendbarkeit des Ultraschallsimulators wurde jeweils während eines studentischen Ultraschallseminares und eines Ultraschallkurses für Postgraduierte überprüft. Für die Module zum Training der Sonographie peripherer Nerven und Gefäße wurde mit dem oben genannten System Volumen von verschiedenen Körperregionen gesunder Patienten aufgenommen, innerhalb des Torsos positioniert und durch einen erfahrenen Ultraschallanwender mit Originalultraschallaufnahmen verglichen. Zur Integration des Ultraschallsimulators in einen ALS-Simulator musste die elektromagnetische Lokalisationseinheit des Ultraschallsimulators innerhalb des ALS Simulators so positioniert werden, dass Thoraxkompressionen weiterhin problemlos möglich sind und die Funktion des Ultraschallsimulators nicht gestört wird. Für die Überprüfung der Auswirkungen einer fokussierten Echokardiographie auf die Qualität der Reanimation führten in der Studie Rettungsassistenten, Rettungssanitäter und Studenten in 2er Teams jeweils zwei Reanimationsabläufe durch. Der FEEL Algorithmus wurde von einem in FEEL eingewiesenen Notarzt unangekündigt während der CPR angewendet. Die Variablen Eindringtiefe der Thoraxkompressionen, Frequenz der Thoraxkompressionen und das Volumen pro Maskenbeatmung wurden als Güte der CPR angesehen und ausgewertet.
Ergebnisse: Für das Training der FAST Untersuchung konnten mehrere Module mit pathologischen und normalen Sonographiebefunden des Abdomens erstellt und von Studenten sowie Ärzten am Simulator richtig interpretiert werden. Die Entwicklung von nahezu originalgetreuen Aufnahmen peripherer Nerven und Gefäße stellt eine vollkommen neue Methode zum Training der ultraschallgestützten Regionalanästhesie dar. Erstmals wurde ein Ultraschallsimulator in einen ALS-Simulator integriert und evaluiert. Beide Geräte können als Einheit komplikationslos genutzt werden. Bei der Untersuchung der Auswirkungen des FEEL Algorithmus auf die Qualität der Reanimation zeigten sich keine Unterschiede bei den analysierten Variablen.
Schlussfolgerung: Durch das Projekt konnte der Ultraschallsimulator als neue Lernmethode im Bereich der Notfallsonographie weiterentwickelt und etabliert werden. Der Simulator wird nun regelmäßig in Ultraschallkursen für Studenten und Ärzte eingesetzt, ohne das Training am realen Patienten zu ersetzen. Neben der Ausbildung kann der Ultraschallsimulator auch zur Überprüfung der Kenntnisse von Notfallsonographieanwendern im Sinne einer Qualitätssicherung und Re-Zertifizierung genutzt werden. Die Kombination aus ALS- und Ultraschallsimulator eignet sich, um eine ALS-konforme Echokardiographie zu trainieren.
Migration ist in den letzten Jahren ein aktuelles Thema der Forschung geworden, das auch von der lyrischen Gattung bzw. in Liedern behandelt wird und viele populäre Sänger auf der Welt beschäftigt. Die vorliegende Studie untersucht Lieder, die die Migration thematisieren. Migration wird hier als globales Phänomen aufgefasst. Zwar wird der Begriff oft hauptsächlich auf afrikanische Migranten bezogen, aber in der Tat betrifft die Migration viele andere Nationen: Überall auf der Welt, wo Armut oder Krieg herrscht, erlebt man dieses Phänomen. Natürlich ist es in Afrika stärker ausgeprägt: Der Traum vieler junger Afrikaner ist es, ihr Land zu verlassen, um ihre Träume in Europa oder in Amerika zu verwirklichen. Dafür sind sie bereit, ihr Leben aufs Spiel zu setzen. Je strenger die Grenzen Europas bewacht werden, desto mutiger werden die „Migrationskandidaten“: Sie suchen alle Umwege, um das „Eldorado“ zu erreichen. Untersucht werden entsprechende Erfahrungen, die in zwei Liedern nacherzählt werden. Es handelt sich um die Lieder "Ouvrez les frontières" und "Un Africain à Paris" des aus der Côte d’Ivoire stammenden populären Sängers Tiken Jah Fakoli, den man als "Botschafter" der afrikanischen Jugend betrachtet. Dabei wird den Fragen der stilistischen Darstellungen und Komponenten dieser Lieder nachgegangen, wobei sowohl die Texte der Lieder als auch deren Videoclips in Betracht gezogen werden.
Die vorliegende Studie setzt sich zum Ziel, die bestehende Analogie von zwei Märchen zu untersuchen. Es handelt sich um das Märchen "Mawu et ses trois enfants" aus Togo und Grimms Märchen "Der Arme und der Reiche". Bei der Untersuchung kommt ein wichtiger Punkt zum Vorschein: Beide Male geht es um Gott, der Menschen auf eine Probe stellt. In "Mawu et ses trois enfants" zum Beispiel hat Gott drei Söhne, deren Gehorsamkeit ihm gegenüber er überprüft. In "Der Arme und der Reiche" hingegen kommt er in Gestalt eines einfachen Reisenden zu Besuch zu einem reichen Mann und dann zu einem armen. Die Weise, wie sich die Besuchten in den jeweiligen Märchen verhielten und wie sie vom Gott belohnt worden sind, wird analysiert. Interessant ist es auch bei den zwei Märchen die Tatsache, dass obwohl sie aus so weit entfernten Ländern wie Togo und Deutschland stammen, jedoch Einflüsse nachweisen, die dazu beitragen, Brücken zwischen den vielfältigen Kulturen zu bilden und somit einen Dialog zwischen den Kulturen unterstützen.
Die Diatomee C. meneghiniana reagiert sowohl auf Veränderung der Lichtintensität während des Wachstums, als auch auf Veränderungen der Eisenkonzentration im Medium. Die Erhöhung der Lichtintensität respektive die Erniedrigung der Eisenkonzentration im Medium wurden als Stresssituationen für C. meneghiniana definiert. Unter Stressbedingungen findet zunächst eine generelle Erhöhung der Zellzahl statt, wobei das Volumen der einzelnen Zellen unter Eisenmangelbedingungen stark reduziert wird. Aus diesem Grund findet man schließlich unabhängig von der Lichtintensität in den Eisenmangelkulturen niedrigere Werte für die Biovolumina als in den Kulturen mit Eisensättigung.
Es konnten je nach Kulturbedingung kleine Unterschiede in der äußeren Morphologie der Silikatschalen festgestellt werden, die sich jedoch im Rahmen der normalen Variationsbreite bewegen und daher nicht signifikant sind. In allen Kulturen konnten auf Grund der schonenden Präparationsmethode die für C. meneghiniana als typisch beschriebenen Schwebfäden aus Chitin beobachtet werden.
Die Größe der Phäoplasten ist in den Eisenmangelkulturen und in de Starklichtkulturen deutlich geringer, weshalb auch die Anzahl der Thylakoidbänder sinkt. Die für Diatomeen typische Dreifachbänderung der Thylakoide bleibt jedoch immer erhalten. Zudem zeigen die Phäoplasten der LL 12 – und HL 12 – Zellen Ansammlungen eines Stoffs, der zwar nicht näher identifiziert wurde, wobei es sich aber höchstwahrscheinlich weder um Lipid-Globuli noch um das als Speicherstoff bei Diatomeen vorkommende -1,3-Glucan Chrysolaminarin handelt.
Die Färbung der Kulturen zeigt bereits eine Veränderung in der Pigmentierung der Zellen in Abhängigkeit von der Kulturbedingung. Der Chlorophyllgehalt pro Zellen wird vor allem unter Eisenmangel reduziert, während es in Zellen der HL – Kulturen zu einer Verdoppellung des Gehalts an XC – Pigmenten kommt. Die Kombination beider Effekte führt dazu, dass die HL 12 und der LL 1 – Kultur gleichermaßen hellbraun gefärbt sind, die Färbung der HL 1 – Kultur jedoch beinahe gelb ist. Die hellere Färbung der Eisenmangelkulturen ist wahrscheinlich als Chlorose anzusehen und eine klassische Folge von Eisenmangel bei Diatomeen. Die zugehörigen DEORs der ganzen Zellen sind in den HL – Kulturen anfangs sehr hoch und sinken später.
Die Ursache ist vermutlich in der hohen Lichtintensität und der durch Erhöhung der Zellzahl im Verlauf der Anzucht entstehenden gegenseitigen Beschattung der Zellen zu sehen. Hierfür spricht auch die parallel stattfindende Abnahme der XC – Pigmente – Konzentration.
Die Ermittlung der PS I : PS II – Stöchiometrien zeigt, dass sich offenbar auch die innere Architektur der Thylakoidmembran verändert. So liegt das relative, berechnete Verhältnis von PS II zu PS I nur in der LL 12 – und der HL 1 – Kultur bei 2 : 1. Dieses Verhältnis wird üblicherweise für küstennahe unter den den Anzuchtbedingungen vergleichbaren Lichtverhältnissen lebende Spezies angenommen. Die HL 12 - und die LL 1 – Zellen hingegen weisen ein Verhältnis von 1 : 1 auf. Da es nicht möglich ist, die Veränderung in beiden Kulturen entweder mit Eisenmangel oder Starklichtstress zu erklären, muss hier von unterschiedlichen Ursachen ausgegangen werden.
Die Reoxidationskinetiken weisen darauf hin, dass die Übertragung der Energie von QA an QB je nach Kultur unterschiedlich schnellen Kinetiken folgt. Dies ist wiederum durch die Bindungsart des QB, bzw. seine Verfügbarkeit als Akzeptor bedingt.
In den O-J-I-P-Messungen zeigt sich zunächst, dass die F0 – Werte der Eisenmangelkulturen niedriger liegen. Als Ursache hierfür wird eine Verkleinerung der Antenne des PS II, die sich durch den unter Eisenmangel deutlich erniedrigten Chlorophyllgehalt pro Zelle erklären lässt, und die dadurch bedingte Verringerung der Fluoreszenz angenommen. Deutlich ist zudem, dass die Energie in den HL – Kulturen deutlich schlechter von QA an QB weitergegeben wird, weshalb auch die daraus resultierenden Fv/FM – Werte deutlich niedriger sind. Als Erklärung hierfür kommt der unter HL stark erhöhte XC – Pool in Frage, der bekanntermaßen am nichtphotochemischen Quenching beteiligt ist, das wiederum vor allem unter Lichtstress auftritt.
Mittels Anionenaustauscherchromatografie ist es möglich in den Thylakoiden der Zellen jeder Kulturbedingung mindestens fünf unterscheidbare Fraktionen zu isolieren. Fraktion I enthält ungebundenes Protein und Pigment, Fraktion II, die in bis zu drei Fraktionen untergliedert sein kann, enthält PS I, Fraktion III entspricht dem FCPa, Fraktion IV enthält ebenfalls ein Photosystem, wobei es sich hier um das bislang aus C. meneghiniana noch nicht isolierte PS II handeln könnte, und Fraktion V entspricht dem FCPb. Es fällt auf, dass die Größe der Fläche unter der 437 nm –Mittels Anionenaustauscherchromatografie ist es möglich in den Thylakoiden der Zellen jeder Kulturbedingung mindestens fünf unterscheidbare Fraktionen zu isolieren. Fraktion I enthält ungebundenes Protein und Pigment, Fraktion II, die in bis zu drei Fraktionen untergliedert sein kann, enthält PS I, Fraktion III entspricht dem FCPa, Fraktion IV enthält ebenfalls ein Photosystem, wobei es sich hier um das bislang aus C. meneghiniana noch nicht isolierte PS II handeln könnte, und Fraktion V entspricht dem FCPb. Es fällt auf, dass die Größe der Fläche unter der 437 nm – Absorption bei, Fraktion II und IV mit der Auswertung der Slotblotsignale für die Photosysteme korreliert.
Die endgültige Aufreinigung der FCPs wurde letztlich mit diskontinuierlichen Saccharosegradienten durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass alle FCP – Fraktionen nach der Anionenaustauscherchromatografie einen mehr oder weniger großen Anteil an Verunreinigungen durch Photosysteme enthalten, die auf diese Weise abgetrennt werden konnten.
Die Kulturbedingungen haben zwar keinen Einfluss auf den Oligomerisierungsgrad von FCPa, bzw. FCPb, allerdings konnten Unterschiede in der Stabilität der Komplexe festgestellt werden. FCPa scheint unter LL weniger stabil zu sein, während der FCPb unter Eisenmangelbedingungen einen Teil seiner Stabilität einbüßt. Weiterhin kann in der Gelfiltration des FCPa kann nur eine Schulter beobachtet werden und im FCPb sieht man teilweise sogar zwei Schultern. Da sich die Schulter mit der längeren Retentionszeit auf Höhe der Monomerschulter des FCPa befindet, und die Retentionszeit der anderen Schulter beinahe der des FCPa-Trimers entspricht, könnte dies die Hypothese unterstützen, dass der FCPb ebenfalls aus Trimeren aufgebaut ist. Kleine Verschiebungen in der Retentionszeit wären durch das unterschiedliche Molekulargewicht der Monomere erklärbar.
Die SDS – PAGE zeigt zunächst keine Veränderungen in der Zusammensetzung der FCPs unterschiedlicher Kulturbedingungen. Einzig die beiden HL –FCPb – Proben weisen eine hochmolekulare Bande bei ca. 62 kDa auf, die nicht näher identifiziert werden konnte. Auf Grund der Größe kann jedoch ausgeschlossen werden, dass es sich um Kopurifikation des unter Eisenstress bei Diatomeen häufig als Ersatz für Ferredoxin vorkommenden Flavodoxins oder einen Eisentransporter handelt. Die Inkubation mit spezifischen Antikörpern gegen einzelne fcp – Proteine zeigt, dass die 18 kDa – Bande des FCPa fcp2 enthält und die 19 kDa – Bande fcp6. Die 19 kDa – Bande des FCPb reagiert jedoch nicht mit dem fcp6 – Antikörper. Da aus C. cryptica nur noch zwei weitere fcp – Proteine mit einem ungefähren Molekulargewicht von 19 kDa bekannt sind und fcp7 auf Aminosäureniveau eine sehr hohe Ähnlichkeit mit dem fcp6 aufweist, kann man vermuten, dass es das entsprechende Protein im FCPb der fcp5 ist.
Diese Arbeit untersucht den Einfluss des Game-Design auf ausgelöste Lernprozesse und den Erfolg von Serious Games. Hierzu werden Game-Design Paradigmen entwickelt, die als Richtlinien für Konzeption und Umsetzung eines Serious Game dienen. Als Serious Games werden Videospiele bezeichnet, die zur Wissensvermittlung konzipiert worden sind. Dabei sollen die motivationalen Faktoren eines Videospiels genutzt werden, um einen intrinsisch motivierten Lernprozess auszulösen. Das Bewertungkriterium für den Erfolg einer Spielmechanik ist somit die Erfüllung der Lernziele. Damit dieses Erfolgskriterium genauer untersucht werden kann, werden die ausgelösten Lernprozesse differenziert betrachtet. In der Literatur werden folgende Lernprozesse hervorgehoben: Der Prozess des Erfahrungslernens und metakognitive Prozesse. Darüber hinaus sind Eigenschaften der Zielgruppe, wie Alter oder Geschlecht weitere wichtige Faktoren. Das dieser Arbeit zu Grunde liegende Forschungsframework setzt sich wie folgt zusammen: Lernszenario, Lernprozess und Lernerfolg. Das Lernszenario ist durch folgende Faktoren charakterisiert: Game Characteristics (Eigenschaften des Serious Game), Instructional Content (Arbeitsanweisungen und Trainingsetting) sowie Player Characteristics (Eigenschaften der Zielgruppe). Diese Parameter bedingen den Lernprozess, welcher unter dem Aspekt des Erfahrungslernens und der Metakognition analysiert wird. Eine besondere Problemstellung in den Player Characteristics ergibt sich aus dem sogenannten Net-Generation Konflikt. Mit Net-Generation wird die Generation bezeichnet, welche mit neuen Medien wie Internet und mobiler Kommunikation aufgewachsen ist. Diese besitzt im Unterschied zu älteren Generationen ein anderes Lernverhalten. Um die Aspekte des Net-Generation Konflikts und die Auswirkungen auf den Lernprozesses untersuchen zu können, wird ein Serious Game entwickelt, dessen Spielmechanik sich an folgenden Game-Design Paradigmen ausrichtet: Akzeptanz, Leichte Zugänglichkeit, Spielspaß und die Unterstützung des Lernprozesses. Dieses Serious Game FISS (Fertigungs- und Instandhaltungs-Strategie Simulation) wird bei der Daimler AG seit 2008 zur Ausbildung von Ingenieuren eingesetzt. FISS simuliert eine Fertigungslinie, die mit Hilfe geeigneter Wartungsstrategien und effizientem Personaleinsatz erfolgreich geführt werden soll. Die Spielmechanik orientiert sich an dem Genre der Rundenstrategie und wird in einem Anwesenheitstraining im Team durchgeführt. Hervorzuheben ist, dass die Zielgruppe bezüglich des Alters inhomogen ist und deshalb der Net-Generation Konflikt berücksichtigt werden muss. Im Anschluss wird FISS unter folgenden Aspekten untersucht: Der Prozess des Erfahrungslernens, metakognitive Prozesse und die Integration der Non-Net-Generation. Die Ergebnisse zeigen, dass die Eigenschaften des Game-Design einen signifikanten Einfluss auf den Prozess des Erfahrungslernens und die Lernerfolge besitzen. Spieler mit einem praktischen Zugang zu Lerninhalten (Concrete Experience) erzielten einen signifikant größeren Wissenzuwachs. Zudem profitierten alle Spieler von FISS, jedoch konnte in einer Vorstudie kein Einfluss metakognitiver Fähigkeiten auf den Wissenzuwachs nachgewiesen werden. Die weitere zentrale Studie dieser Arbeit fokussiert den Net-Generation Konflikt und evaluiert den Erfolg der eingangs aufgestellten Game-Design Paradigmen. Hierzu werden die Teilnehmer nach drei Altersgruppen getrennt betrachtet: Non-Net-Generation, Net-Generation und die dazwischen liegende Crossover-Generation. Es zeigt sich, dass der Lern- und Spielerfolg aller Generationen gleichermaßen signifikant ist und nur innerhalb des zu erwartenden Standardfehlers abweicht. FISS eignet sich folglich für alle Generationen. Diese Ergebnisse können stellvertretend für Serious Games im Genre der Rundenstrategie gesehen werden. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse ermöglichen ein besseres Verständnis der Auswirkungen des Game-Design auf den Lernerfolg. Hiermit können potentielle Schwachstellen eines Serious Game erkannt und vermieden werden. Die Erkenntnisse im Bereich des Erfahrungslernens ermöglichen zudem eine bessere Anpassungen an die Zielgruppe. Für die zukünftige Forschung wurde mit dem in dieser Arbeit entwickelten Framework eine Grundlage geschaffen.
Membrane proteins (MPs) constitute about 30% of the genome and are essential in many cellular processes. In particular structural characterisation of MPs is challenged by their hydrophobic nature resulting in expression difficulties and structural instability upon extraction from the membrane. Despite these challenges, progress in sample preparation and the techniques to solve MP structures has led to 281 unique MP structures as of January 2011. Through the combination of a cell-free expression system and selective labelling strategies, this thesis aimed to advance the structure determination of α-helical MPs by NMR spectroscopy and resulted in the structure determination of a seven-ransmembrane-helix protein. Results were obtained for the 5-lipoxygenase-activating protein (FLAP) and proteorhodopsin (PR). The detergent-based cell-free expression mode proved most efficient for production of both targets, but optimisation of FLAP and PR followed different routes. The presence of a retinal cofactor in PR greatly facilitated the search for an appropriate hydrophobic environment. For structural studies, NMR spectra of FLAP indicated favourable properties of the lysolipid LPPG. In contrast, PR was stable and homogenous in the short-chain lipid diC7PC. As NMR spectra of α-helical MPs are generally characterised by broad lines and signal overlap, selective labelling strategies were essential in the assignment process of both targets. For the backbone assignment of FLAP the transmembrane segment-enhanced (TMS) labelling was developed, employing the six amino acids AFGILV. These residues cluster predominantly in transmembrane helices and form long stretches allowing a large extent of backbone assignment. Besides that, the combinatorial labelling enables identification of unique pairs in the sequence based on a mixture of 15N and 1-13C-labelled amino acids. To find the optimal labelling pattern for a given primary structure, the UPLABEL algorithm has been made available and successfully applied in the backbone assignment of PR. Both selective labelling approaches greatly benefitted from the use of a cell-free expression system to reduce isotope scrambling. Additionally, the de novo structure of PR was determined with an average backbone rmsd of 1.2 Å based on TALOS-derived backbone torsion angles, intrahelical hydrogen bond restraints and distance restraints from the NOE and paramagnetic relaxation enhancement (PRE). A major bottleneck in the NMR structure determination of MPs concerns the number of long-range distances which are often limited. In PR, side chain assignment was enabled by stereo-array isotope labelling as well as selective labelling which provided 33 long-range NOEs. These NOEs stabilised the symmetry of the seven helix bundle. With a total number of 1031, the majority of long-range distances were derived from PREs. The structure of PR reveals differences to its homologues such as the absence of an anti-parallel β-sheet between helices B and C and allows conclusions towards the mechanism of colour tuning.
Prion-Erkrankungen sind neurodegenerative Erkrankungen, die durch die Fehlfaltung des zellulären Prion Proteins (PrPC) in seine pathogene Isoform PrPSc verursacht werden. Welche zellulären Mechanismen an dieser Fehlfaltung oder der Pathogenese beteiligt sind, ist bis heute nur teilweise geklärt. Einerseits wird vermutet, dass z.B. eine toxische cytosolische Form des PrPC aufgrund einer Störung des Proteasoms akkumulieren könnte und spontan in PrPSc umgewandelt wird. Andererseits konnte gezeigt werden, dass viele Signalwege, wie die MAPK-Signalwege am Prozess der Neurodegeneration beteiligt sein könnten.
Ziel dieser Arbeit war daher zum einen die Untersuchung der morphologischen Veränderung einer Zelllinie, die cytosolisches PrP exprimiert, und zum anderen die Identifikation weiterer Signalwege, die an der Prionpathogenese beteiligt sein könnten, was mittels Analysen des (Phospho)proteoms Prion-infizierter Zellen und Mäusegehirne durchgeführt werden sollte.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurden murine Neuroblastoma Zellen charakterisiert, die eine cytosolische Form des Prion Proteins (CyPrP) exprimierten. Diese Zellen zeigten zwar keine cytotoxischen Merkmale, jedoch wiesen sie dramatische morphologische Veränderungen auf. Weiterhin wurde herausgefunden, dass diese Zellen vermutlich eine Isoform des cytosolischen PrP (CyPrPmod) exprimierten, die sowohl glykosyliert als auch auf der Zelloberfläche verankert war und somit Eigenschaften des Volllängen-PrP aufwies. Die Glykosylierung des CyPrPs wurde in Western Blots nachgewiesen, während die Verankerung des CyPrPs in der Plasmamembran anhand der Durchflusszytometrie untersucht wurde. Der vermutete Zusammenhang zwischen der CyPrPmod-Expression und der morphologischen Veränderung der Zellen wurde mittels Herunterregulation von CyPrP untersucht. Jedoch resultierte dies nicht in der erwarteten Reversion der morphologischen Effekte. Die Wiederholung der stabilen Transfektion in den parentalen N2a Zellen und anderen Zelllinien führte außerdem weder zu einer veränderten Morphologie noch zur Expression von CyPrPmod. Somit sind diese Veränderungen auf unspezifische Prozesse während der ersten stabilen Transfektion der N2a Zellen mit CyPrP zurückzuführen.
Um neue Therapien oder Biomarker bei Prion-Erkrankungen zu entwickeln, ist die Untersuchung von Signalwegen, die die Prionpathogenese beeinflussen können, wichtig. Oft werden zelluläre Signalwege über die Phosphorylierung von Proteinen gesteuert, allerdings gab es bisher in der Prionenforschung keine Untersuchungen des Phosphoproteoms von Prion-infizierten Zellen in vivo oder in vitro. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde daher das Phosphoproteom eines Prionen-replizierenden Zellkultursystems näher untersucht. In einer SILAC-Analyse von nicht infizierten und Prion-infizierten Zellen wurden über 100 Phosphoproteine identifiziert und quantifiziert, von denen drei in Western Blots validiert wurden. Die Phosphorylierung von Stathmin und Cdc2 an spezifischen Phosphorylierungsstellen war in den Prion-infizerten Zellen vermindert, während Cofilin eine erhöhte Phosphorylierung aufwies. Diese Proteine sind an der Regulation des Zellzyklus und des Zytoskeletts beteiligt und könnten eine Rolle in der Prionpathogenese spielen. Außerdem wurde nach 2D-Analysen des Proteoms Prion-infizierter Mäusegehirne eine Hochregulation des antioxidativen Proteins Peroxiredoxin 6 (PRDX6) festgestellt. Auch im Prionen-replizierenden Zellkultursystem konnte dieses Protein in erhöhten Mengen nachgewiesen werden. Experimente zur Unterdrückung bzw. Überexpression von PRDX6 ergaben, dass seine Phospholipase A2-Aktivität Signalkaskaden beeinflussen könnte, die vermutlich die Expression von PrPC und somit die Prion-Replikation regulieren können. Weitere Untersuchungen der PRDX6-abhängigen Signalwege in der Prionpathogenese sowie Inokulationen PRDX6-defizienter Mäuse mit Prionen, könnten erste Ansätze für die Entwicklung neuer Therapien bei Prion-Erkrankungen sein.
Die N- und O-Glykosylierung von Proteinen ist gekennzeichnet durch eine hohe strukturelle und funktionelle Komplexität. Da verschiedene Glykanstrukturen und Glykosylierungsstellen selbst innerhalb eines Proteins unterschiedliche Aufgaben erfüllen können, ist sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die Pharma-Industrie eine stellenspezifische Analytik zur Aufklärung der biologischen Bedeutung und bei therapeutischen Proteinen zur Gewährleistung von Sicherheit und gleichbleibenden pharmakologischen Eigenschaften essentiell. Die niedrige Abundanz sowie die hohe Komplexität durch die variablen Glykanzusammensetzungen und Verzweigungsmöglichkeiten sowie der daraus resultierende Mikroheterogenität an jeder einzelnen Stelle stellt jedoch eine besondere Herausforderung an die Analytik dar. In dieser Arbeit wurden deshalb auf verschiedenen Ebenen der Probenvorbereitung, der chromatographischen Separation sowie der MS-Analyse- Methoden und Techniken entwickelt und charakterisiert, um die stellenspezifische Analytik der Proteinglykosylierung zu vereinfachen.
In einem ersten Schritt wurde die hohe Komplexität eines Glykoproteinverdaus reduziert. Es wurden verschiedene Methoden zur Glykopeptidanreicherung miteinander verglichen, wobei sich die HILIC-Festphasenextraktion unter optimierten Bedingungen durch eine sehr hohe Selektivität und Effizienz auszeichnete. Zur Methodenoptimierung wurden verschiedene HILIC-Materialien (Silika, Amino, Mikrokristalline Cellulose, TSKgel Amide-80 und ZIC®-HILIC) eingesetzt und durch eine Variation der Anreicherungsbedingungen die Hauptretentionsmechanismen für jedes Material beschrieben. TSKgel Amide-80 sowie ZIC®-HILIC sind am besten geeignet, da unter optimierten Bedingungen sekundäre Retentionsmechanismen wie elektrostatische Wechselwirkungen deutlich reduziert werden und die hydrophile Verteilung den Hauptretentionsmechanismus darstellt. Des Weiteren wurde gezeigt, dass Parameter wie die Pufferzusammensetzung, Inkubationszeiten und die Volumenverhältnisse zwischen HILIC-Suspension, Binde-, Wasch- und Elutionspuffer entscheidend die Reproduzierbarkeit, Ausbeute und Selektivität beeinflussen. Unter Berücksichtigung dieser Beobachtungen wurde ein Protokoll entwickelt, mit welchem Glykopeptide selektiv und quantitativ, d.h. ohne Präferenz für bestimmte Glykanstrukturen, aus komplexen Proben angereichert werden können. In Kombination mit Titandioxid zur selektiven Anreicherung sialylierter Glykopeptide bei bestimmten Fragestellungen ermöglichten in dieser Arbeit beide Methoden eine detaillierte Charakterisierung sowohl von N- als auch von O-Glykopeptiden. Die Hydrazinchemie erwies sich aufgrund eines zu komplexen Arbeitsschemas und einer unzureichenden Wiederfindung als nicht geeignet.
Da je nach Aminosäuresequenz oft mit einer einzigen Protease (z.B. Trypsin) nicht alle Glykosylierungsstellen aufgrund ihrer Eigenschaften (z.B. Größe, Hydrophobizität) für die Anreicherung und LC-MS-Analyse zugänglich sind, kamen in dieser Arbeit weitere Proteasen zum Einsatz. Durch eine sequentielle Kombination von Trypsin mit Endoproteinase Glu-C bzw. Trypsin mit Chymotrypsin konnten in allen Proteinen sämtliche N-Glykosylierungsstellen nach einer Anreicherung identifiziert werden. Bei der Analyse von O-Glykopeptiden verbesserte zusätzlich die N-Deglykosylierung des intakten Proteins und die Abtrennung der freien N-Glykane mittels Ultrafiltration vor der Anreicherung die Analytik. Neben den bereits für die N-Glykopeptide beschriebenen Enzymkombinationen wurde außerdem Proteinase K eingesetzt, um die O-Glykopeptide z.B. von Fetuin effizient anzureichern und mittels LC-ESI-MS2/MS3 zu charakterisieren. Dies war mit einem Trypsinverdau alleine nicht möglich.
Die Komplexität nach einer Glykopeptidanreicherung ist jedoch aufgrund unterschiedlicher Glykanstrukturen und Glykosylierungsstellen immer noch so hoch, dass bei 1-dimensionalen HPLC-Läufen Koelution von Glykopeptiden zu einer unzureichenden Detektion niedrig-abundanter Formen führen kann. Aus diesem Grund wurden die komplementäre HPLC-Phasen RP18 und ZIC®-HILIC eingesetzt, um sich chromatographisch die differenzierenden Eigenschaften von Peptidgerüst und Glykanrest zunutze zu machen. ZIC®-HILIC ermöglicht die Auftrennung überwiegend nach der Glykanstruktur und RP18e nach Peptidsequenz und Anzahl an Sialinsäuren. Durch die Kombination beider Phasen in 1- und 2-dimensionalen HPLC-Konfigurationen konnten deutlich mehr unterschiedliche Glykoformen nachgewiesen und die Detektion niedrig-abundanter Glykopeptide ermöglicht werden, die bei der Verwendung von nur einer stationären Phase nicht identifiziert werden konnten.
Zusammen mit einer komplementären MS-Analytik, die sowohl ESI als auch MALDI sowie unterschiedliche Fragmentierungstechniken wie CID, ETD, PSD oder CID-MS2/MS3 umfasste, konnten N- und O-Glykopeptide stellenspezifisch und vollständig sowohl mit ihrem Peptid- als auch mit ihrem Glykananteil charakterisiert werden.
Für bestimmte quantitative Fragestellungen wurden außerdem die beschriebenen Anreicherungsmethoden mit dem zur Quantifizierung eingesetzten N-Glycan Mapping kombiniert und ein Arbeitschema entwickelt, mit welchem bei einem mehrfach glykosylierten Protein die Verhältnisse der unterschiedlichen Glykanstrukturen an den einzelnen Glykosylierungsstellen getrennt voneinander quantifiziert werden können.
Mit jeder einzelnen, in dieser Arbeit beschriebenen Methode wird ein beträchtlicher Informationsgewinn erzielt, doch erst durch die Kombination einer effizienten Probenvorbereitung, einer komplementären HPLC-Separation, verschiedener MS/MS-Techniken und Methoden zur Quantifizierung kann die Glykosylierung eines komplexen Proteins stellenspezifisch und detailliert beschrieben werden.
Die noradrenergen Neurone der sympathischen Ganglien und die cholinergen Neurone der parasympathischen Ziliarganglien gehen aus den NLZ hervor. BMP-Signale induzieren die Differenzierung beider Neuronentypen, die mit der Expression von Ascl1 und Phox2a/b beginnt. Im Fall der sympathischen Ganglien werden dann Hand2 und GATA2/3 exprimiert, was wiederum zur Expression der noradrenergen Marker TH und DBH führt, die auch in differenzierten Neuronen weiterhin vorhanden sind. Im Gegensatz dazu werden während der Entwicklung der parasympathischen Ziliarneurone sowohl Hand2 als auch TH/DBH nur transient exprimiert, die differenzierten Neurone besitzen zum Großteil einen cholinergen Phänotyp (Goridis und Rohrer, 2002; Müller und Rohrer, 2002).
Thema dieser Arbeit war die Untersuchung der Rolle der Hox-Gene bei der Differenzierung des PNS. 14 der analysierten Hox-Gene werden in den sympathischen Ganglien exprimiert, wobei wir uns bei der näheren Analyse auf das HoxB-Cluster beschränkt haben. HoxB5, HoxB6, HoxB7, HoxB8 und HoxB9 werden zwischen E4 und E7 in den sympathischen und sensorischen Ganglien exprimiert, wobei nur HoxB8 und HoxB9 eine deutliche Expression in den sympathischen Ganglien zeigen. Die HoxB-Gene könnten dem Expressionsmuster nach also eine Rolle bei der frühen Entwicklung und auch bei der Aufrechterhaltung des noradrenergen Phänotyps der sympathischen Ganglien spielen.
Die differenzielle Expression der HoxB-Gene in den sympathischen Neuronen und den Ziliarneuronen und ihre mögliche Beteiligung bei der Aufrechterhaltung des noradrenergen Charakters waren Ausgangspunkt für die ektopische Expression eines Vertreters des HoxB-Clusters, HoxB8, in den Ziliarganglien. In der Normalentwicklung wird die Expression von Hand2, TH und DBH nach E4 in den Ziliarneuronen stark reduziert (Abb. 22A). Wird HoxB8 in den Vorläuferzellen der Ziliarneurone in vivo überexprimiert, wird die Hand2-, TH- und DBH-Expression weit über E4 hinaus, bis mindestens E8 auf einem signifikant höheren Niveau gehalten (Abb. 22B). HoxB8 kann diesen Effekt allerdings nur ausüben, wenn es in den noch undifferenzierten Vorläuferzellen exprimiert wird. Die HoxB8-Überexpression in Primärkulturen von Ziliarneuronen an E5 oder E8 führt nur noch zu einem Anstieg der Hand2-Expression, hat aber keinen Einfluss mehr auf die noradrenerge Genexpression (Abb. 22B).
HoxB8 zeigt zusätzlich im Vergleich mit den anderen analysierten Hox-Genen einen spezifischen Effekt auf die Hand2-, TH- und DBH-Expression, denn sowohl das paraloge Hox-Gen HoxC8 als auch das anterior-exprimierte HoxB-Gen HoxB1 erreichen nur an E5 eine signifikante Expression der drei Gene. Weder HoxC8 noch HoxB1 können die Expression von Hand2 und TH/DBH über E5 hinaus aufrechterhalten (Abb. 22C), während HoxB8 deren Expression auch noch an E8 auf einem hohen Niveau halten kann.
Die HoxB8-vermittelte Aufrechterhaltung der TH- und DBH-Expression in den Ziliarneuronen konnte allerdings nicht in einen direkten Zusammenhang mit der erhöhten Hand2-Expression gebracht werden, da die Überexpression von Hand2 nicht zu einer Aufrechterhaltung von TH und DBH an E5 und E6 führt (Abb. 22C).
Die Effekte von HoxB8 auf die Entwicklung der Ziliarneurone, die durch HoxB8 z.T. noradrenerge, sympathische Eigenschaften annehmen, unterstützen die Vorstellung, dass HoxB8 bei der Differenzierung und Ausbildung des noradrenergen Phänotyps in sympathischen Ganglien eine Rolle spielt. Es konnte also erstmals einem Vertreter der Hox-Gen-Familie eine mögliche Funktion bei der Differenzierung autonomer Neurone zugeordnet werden.
The role of small leucine-rich proteoglycans, biglycan and decorin, in podocytopathy and albuminuria
(2011)
Biglycan is a member of the small leucine-rich proteoglycan (SLRP) family and is involved in the assembly of extracellular matrix components. In macrophages soluble biglycan acts as an endogenous ligand of the innate immunity receptors TLR2 and TLR4. Data addressing the role of biglycan in renal pathology are surprisingly limited. In a normal kidney, biglycan is expressed mainly in the tubulointerstitium; however, in the course of various renal diseases its expression may be altered. The biological role and mechanisms of biglycan action in the pathology of renal diseases, especially those affecting glomeruli, remain poorly understood.
Albuminuria is the first detectable clinical abnormality in diabetic nephropathy. In this study we detected increased biglycan mRNA expression in glomeruli of renal biopsies of patients with incipient diabetic nephropathy, with predominant localization in podocytes. This novel finding raised the question about the role and mechanisms of biglycan action in diabetic podocyte injury and whether the mechanisms of biglycan signaling causing podocyte injury and albuminuria could be extrapolated to other glomerular diseases.
To investigate the role of biglycan in the cause of diabetic podocyte injury and albuminuria we used the murine model of STZ-induced diabetic nephropathy and wild type (Bgn+/0) and biglycan deficient (Bgn-/0) mice. We observed that biglycan was expressed on mRNA and protein levels in podocytes of diabetic Bgn+/0 mice and that diabetic Bgn+/0 mice also had significantly higher albuminuria compared to non-diabetic mice 6 and 12 weeks after disease induction. Biglycan deficiency was shown to be an important factor in albuminuria development. Namely, we observed that diabetic Bgn-/0 mice had significantly lower levels of urinary albumin compared to diabetic Bgn+/0 mice. We showed that less severe podocyte loss in the urine of diabetic Bgn-/0 mice was associated with significantly higher nephrin and podocin glomerular expression compared to diabetic Bgn+/0 mice. Our data suggested that biglycan deficiency was protective against podocyte loss into urine and might be beneficial against development of albuminuria in diabetes.
Biglycan contributed to podocyte actin rearrangement due to increased phosphorylation of Rac1 in vitro. Furthermore, biglycan induced caspase-3 activity and production of reactive oxygen species (ROS), thus enhancing apoptosis in cultured podocytes. Biglycan-induced ROS generation was TLR2/TLR4-dependent. Overexpression of soluble biglycan in wild type mice induced albuminuria under normal conditions and significantly increased albuminuria under pathological conditions (murine model of LPS-induced albuminuria). Inhibition of Rac1 activity in vivo decreased the albuminuria induced by biglycan overexpression. In patients with glomerular diseases, biglycan was detected in urine and was associated with nephrin appearance in the urine of these patients and with increased albuminuria. Collectively, our results elucidate a novel mechanism for biglycan-induced TLR2- and TLR4-dependent, Rac1- and ROS-mediated podocytopathy leading to podocyturia, albuminuria development and progression of glomerular diseases. Interfering with biglycan actions and blocking its signaling via TLR2 and TLR4 might be a potential therapeutic strategy against these diseases. To achieve this goal, the specific mechanisms for binding of biglycan to TLR2 and TLR4 must be elucidated and effective ways of preventing this binding must be developed. Nevertheless, biglycan remains the “danger signal” that activates innate immune receptors in non-immune cells and triggers the deleterious mechanisms leading to aggravation of renal injury.
CuveWaters – Bauarbeiten an Abwasserbehandlungsanlage begonnen ++ Future Fleet – TestfahrerInnen mit Elektroautos zufrieden ++ Projekt zur innovativen Stadtentwässerung beginnt ++ Gutachten zur Kohlenstoffbilanz von Wäldern ++ Anpassung in der Gesellschaft an den Klimawandel ++ Arzneimittelrückstände aus Einrichtungen des Gesund heits wesens ++ Wirkungsvolle Politikberatung durch Nach hal tigkeitsforschung ++ Dritter Kongress der deutschen Umweltsoziologen ++ Chinesische Delegation diskutiert Ergebnisse zu Elektromobilität ++ Projekt-Website von micle jetzt dreisprachig ++ Termine ++ Publikationen
Wahrnehmung und Akzeptanz des „Blauen Engel“ ++ Handbuch Umweltsoziologie erschienen ++ Befragungen in Future Fleet begonnen ++ Fokusgruppen zur Nutzung von Elektrofahrzeugen abgeschlossen ++ Exploration im Sahel ++ Nachhaltig Bauen und Wohnen in Luxemburg ++ „Cariteam“ öffnet Perspektiven bei der Arbeitssuche ++ Abschlusskonferenz von „Nachhaltig Handeln“ im Mai ++ Freude über Wasser für Schulgarten in Namibia ++ Expertenrunde zu Wasser auf der Frankfurt Global Business Week ++ EU-Projekt zu Umweltrisiken von Medika menten ++ Gutachten zur CO2-Bilanz von Wald projekten ++ Vortragsreihe zu Wasser ++ Termine ++ Publikationen