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Die Atmungskette ist für aerob lebende Organismen die wichtigste Quelle zur Erzeugung von Energie. Der Cytochrom c Oxidase (COX) kommt hierbei als letztem Enzym innerhalb der Elektronentransportkette eine besondere Bedeutung zu. Im mitochondrialen Fall besteht die Oxidase aus bis zu 13 Untereinheiten, deren Assemblierung in einem gerichteten und strikt regulierten Prozess von statten geht. Defekte innerhalb des Assemblierungsprozesses führen zu schweren respiratorischen Defiziten, die die Ursache für neurodegenerative und myopathische Erkrankungen sind. Der Assemblierungsprozess wird bei der Hefe von mehr als 30 verschiedenen Proteinfaktoren begleitet, die sich letztlich nicht als Untereinheiten im COX Holoenzym finden. Die Cytochrom c Oxidase des Bodenbakteriums Paracoccus denitrificans weist nicht nur eine hohe strukturelle Ähnlichkeit zu den Haupt-Untereinheiten I-III der mitochondrialen Oxidase auf, sondern das Bakterium kodiert ebenfalls für eine Reihe von Assemblierungsfaktoren, die am Einbau der Häm a- und Kupfer-Kofaktoren beteiligt sind. Beispiele hierfür sind die Biogenesefaktoren Häm a Synthase (CtaA) und die Surf1-Proteine (Surf1c und Surf1q), deren biochemische Charakterisierung das vorrangige Ziel dieser Arbeit war.
In diesem Sinne wurden für CtaA Expressions- und Aufreinigungsprotokolle entwickelt, die es erlaubten, das Enzym in drei spektroskopisch unterscheidbaren, mit verschiedenen Häm-Typen beladenen Formen zu isolieren. Mit Hilfe einer Mutationsstudie konnten sowohl für Surf1c als auch für Surf1q an einer Häm a-Bindung beteiligte Aminosäurereste identifiziert werden. Hierbei erlaubte insbesondere die Charakterisierung eines konservierten Tryptophanrestes die Entwicklung eines Bindungsmodells von Häm a an Surf1. Die Etablierung eines in vitro Häm-Transfer Assays wies zum ersten Mal eine direkte Interaktion zwischen CtaA und Surf1 nach, in deren Verlauf spezifisch Häm a von CtaA auf Surf1 übertragen wird. Expressionsstudien von CtaA in Paracoccus zeigten zweifelsfrei, dass die Synthese von Häm a auf Ebene des Vorläufermoleküls Häm b reguliert ist und eine Synthese des Kofaktors an eine Abgabe an Untereinheit I im Rahmen der COX-Biogenese gekoppelt ist. Eine nähere Charakterisierung der durch Deletion von surf1c hervorgerufenen Defekte der COX erwies, dass die Oxidase neben einer bereits beschriebenen Reduktion des Häm a-Gehalts überraschenderweise auch in Form von Häm b einen unphysiologischen Häm-Typ bindet.
Zusammengenommen erhärten die gewonnen Erkenntnisse die These, dass Surf1 direkt an der Inkorporation der Häm a-Kofaktoren in die Untereinheit I der Oxidase beteiligt ist. Dabei wirkt das Protein möglicherweise als molekularer Filter, der für den Einbau des physiologisch bedeutsamen Häm-Typs (Häm a) verantwortlich ist. Darüber hinaus stabilisiert es als vermittelnder Faktor die Interaktion von CtaA und Untereinheit I und sorgt somit für einen erleichterten und koordinierten Einbau des Häms in die Oxidase. Die in dieser Arbeit am bakteriellen Modellsystem gewonnen Erkenntnisse sollten aufgrund der hohen Ähnlichkeit sowohl der Cytochrom c Oxidase als auch der beteiligten Biogenesefaktoren direkte Rückschlüsse auf die Geschehnisse im humanen System erlauben.
VHF ist mit einer erhöhten Morbidität und Mortalität assoziiert. Aufgrund des erhöhten thromboembolischen Risikos erfolgt eine Risikostratifizierung im klinischen Alltag mit Hilfe des CHADS2 Scores. Dieser ist praktikabel, jedoch oftmals ungenau, da nicht alle Risikofaktoren erfasst werden. Klinische und experimentelle Daten deuten auf einen kausalen Zusammenhang zwischen systemischer Immunreaktion und Entstehung von VHF als auch von VHF-abhängigen Komplikationen. In mehreren Studien zeigte sich, dass CRP ein prognostischer Risikofaktor für zukünftige kardiovaskuläre Erkrankungen ist. Darüber hinaus spielen auch andere Enzyme (wie z.B. MMPs) eine Rolle bei der Modulation von Entzündungsreaktionen im Rahmen kardiovaskulärer Erkrankungen.
Ziel dieser Studie: Identifizierung von Serum-Markern als Prädiktoren für zukünftige, thromboembolische Komplikationen bei Patienten mit VHF zur optimierten Risikostratifizierung hinsichtlich kardiovaskulärer Ereignisse. Hierzu wurden folgende Biomarker untersucht: MMP2, sVCAM1, hsCRP, vWF und sCD40L.
Material und Methode: Zur Analyse der prädiktiven Wertigkeit biochemischer Marker für das Auftreten thromboembolischer Komplikationen bei VHF wurden Patienten über einen langen Zeitraum nachbeobachtet. Es wurde das Auftreten des kombinierten, primären Endpunktes (Herzinfarkt, Schlaganfall, periphere Embolie, TIA, Tod) und des sekundären Endpunktes (Gesamtmortalität) untersucht. Die Serum-Marker Konzentrationen wurden mittels ELISA-Technik aus EDTA Blut bestimmt.
Ergebnisse: Es wurden 278 Patienten in die Studie eingeschlossen. Hiervon waren 175 (63%) männlich. Das mittlere Alter betrug 70,3 Jahre (37,5 bis 94,5 Jahre); Insgesamt wurden 272 Patienten über im Mittel 27±1 Monate nachbeobachtet. Paroxysmales VHF lag bei 198 (71%) Patienten vor, 39 (14%) hatten persistierendes und 41 (15%) permanentes VHF. Arterielle Hypertonie: 214 (77%) Patienten; KHK: 113 (41%) Patienten; 73 (26%) Patienten hatten Diabetes mellitus, 40 (14%) Patienten hatten vor Studieneinschluss einen Schlaganfall oder eine TIA. Bei 22 (8%) Patienten wurde eine Kreatinin-Clearance < 30%, bei 50 (18%) Patienten eine Mitralinsuffizienz > II° sowie bei 5 (2%) Patienten eine Aortenstenose > II° dokumentiert. Die LVEF betrug durchschnittlich 48±18%. LVEF <35%: 89 (32%) Patienten; 88 (32,4%) Patienten erreichten ein dem primären Endpunkt zugeordnetes Ereignis, davon erlitten 3 (1,1%) Personen einen Herzinfarkt, 8 (2,9%) Personen einen Schlaganfall oder eine TIA und 2 Personen (0,7%) eine periphere Embolie. Insgesamt verstarben 75 (27,6%) Patienten (nach durchschnittlich 15 Monaten) und erreichten somit den sekundären Endpunkt. In der univariaten Analyse waren in Bezug auf den primären und sekundären Endpunkt Alter > 75 Jahre, Diabetes mellitus, LVEF <35%, CHADS2 Score >2, hohe MMP2-, vWF- und hohe sVCAM-Werte signifikant assoziiert. In der multivariaten Analyse zeigte sich, dass hohes Alter, hohe MMP2- und sVCAM1-Werte unabhängig und signifikant mit dem primären Endpunkt assoziiert waren, während mit dem sekundären Endpunkt zusätzlich LVEF <35% signifikant assoziiert war.
Diskussion: Neben fortgeschrittenem Alter korrelierten erhöhte sVCAM1 und MMP2 Werte mit dem Auftreten kardiovaskulärer Ereignisse (Myokardinfarkt, Schlaganfall/TIA, Tod) sowie mit einem erhöhten Mortalitätsrisiko. VHF korrelierte in früheren Arbeiten mit erhöhten Entzündungsmarkern und mit VHF-Komplikationen. In unserer Arbeit konnte kein unabhängiger Einfluss von hsCRP auf den primären oder sekundären Endpunkt nachgewiesen werden. Möglicherweise ist eine Ursache darin zu suchen, dass die verschiedenen Marker von Inflammation, Gewebeumbau und Zelladhäsion bisher noch nicht systematisch untersucht wurden.
Endotheliales Remodeling der Vorhöfe und der Umbau der extrazellulären Matrix kann für die Entstehung eines Schlaganfalls von Bedeutung sein kann und korreliert mit erhöhten MMP2 Werten. Unsere Daten zeigen zusammenfassend, dass Marker struktureller oder endothelialer Umbauvorgänge bei VHF Patienten stärker mit kardiovaskulären Ereignissen assoziiert sind als hsCRP.
Diese Studie untersuchte die Biokompatibilität von Zink als mögliches Material für bioresorbierbare Stents im Vergleich zu Referenzstents aus 316L medizinischem Edelstahl. 94 Zinkstents (2 Stents ohne Legierung, 3 Stents mit Titan- und/oder Goldlegierung) bei ansonsten gleicher Architektur wurden in die Iliakalgefäße von 47 weißen Neuseeland-Kaninchen implantiert und mit 316L Edelstahlstents gleicher Architektur als Referenz verglichen. Die Stents wurden nach 10 und 26 Wochen entnommen und histologisch auf Lumenveränderung (Planimetrie), Intimaproliferation (Intimabreite), Gefäßwandverletzung (Gunn Score) und -entzündung (Inflammation Score) untersucht. Der Vergleich der einzelnen gemessenen Parameter gibt Aufschluss über proliferative, entzündliche und mechanische Vorgänge beim biologischen Abbau der Stents sowie über Vor- und Nachteile der einzelnen Legierungen. Beim Vergleich der Teststents untereinander zeigte sich eine stärkere Intimabildung bei den Zinkstents mit Titanlegierung außerhalb des gestenteten Bereichs. Keiner der untersuchten Zinkstents zeigte Vorteile gegenüber dem 316L Edelstahlstent bezüglich der Gewebeveränderung über einen Zeitraum von 26 Wochen nach Implantation. Somit ist der Einsatz der Zinkstents aus dieser Studie in der gegenwärtigen Form im Menschen nicht angezeigt.
Table of Contents – Cumulative Dissertation Thesis German Summary Summary of Analysis Results for German-Speaking Readers Introductory Paper Introduction and Overview of the Dissertation Paper 1 Vykoukal, Jens / Wolf, Martin / Beck, Roman (2009) Services Grids in Industry: On-Demand Provisioning and Allocation of Grid-based Business Services In: Business & Information Systems Engineering (BISE), 1(2), 177-184 Paper 2 Vykoukal, Jens / Setzer, Michael / Beck, Roman (2008) Grid Architecture for Risk Management: A Case Study in a Financial Institution In: Proceedings of the 12th Pacific Asia Conference on Information Systems (PACIS), Suzhou, China Paper 3 Vykoukal, Jens / Pahlke, Immanuel / Beck, Roman (2011) Impact of Grid Assimilation on Operational Agility in Turbulent Environments: An Empirical Investigation in the Financial Services Industry In: Proceedings of the 19th European Conference on Information Systems (ECIS), Helsinki, Finland Paper 4 Vykoukal, Jens / Wolf, Martin / Beck, Roman (2009) Does Green IT Matter? Analysis of the Relationship between Green IT and Grid Technology from a Resource-based View Perspective In: Proceedings of the 13th Pacific Asia Conference on Information Systems (PACIS), Hyderabad, India Paper 5 Vykoukal, Jens (2010) Grid Technology as Green IT Strategy? Empirical Results from the Financial Services Industry In: Proceedings of the 18th European Conference on Information Systems (ECIS), Pretoria, South Africa Paper 6 Vykoukal, Jens / Beck, Roman / Wolf, Martin (2010) Impact of Pressure for Environmental Sustainability on Grid Assimilation: Empirical Results from the Financial Services Industry In: Australasian Journal of Information Systems (AJIS), 17(1), 83-106 Appendix: Publications, Curriculum Vitae
Hintergrund: Der Erfüllungsgrad definierter Erwartungen von Patienten sowie deren Angehörigen bestimmt im Wesentlichen den Grad der wahrgenommenen Qualität medizinischer Dienstleistungen im Krankenhaus. Da die Erwartungen intensivmedizinisch betreuter Patienten aufgrund eingeschränkter Mitteilungsfähigkeit oft nur unzureichend systematisch erhoben werden können, wird die Wahrnehmung der Qualität intensivmedizinischer Leistungen im Wesentlichen von Angehörigen beurteilt. Diese Erwartungen und etwaige Differenzen zu den vom medizinischen Personal antizipierten Erwartungen wurden bisher nicht systematisch untersucht. Aus diesem Grund wurde mit Hilfe eines objektiven, validen und reliablen Befragungsinstruments eine Befragung der Angehörigen von Patienten der
Intensivstation C1 des Universitätsklinikums Frankfurt am Main sowie des dort beschäftigten medizinischen Personals durchgeführt.
Material und Methoden: Als Befragungsinstrument wurde ein im Vorfeld validierter anonymisierter Fragebogen gewählt. Nach Genehmigung durch die Ethikkommission des Fachbereiches wurden in einem Befragungszeitraum von vier Monaten zunächst Angehörige intensivmedizinisch betreuter Patienten der Station C1 befragt. Im Anschluss daran wurde nach Genehmigung durch den Vorstand sowie den Personalrat des Klinikums eine Mitarbeiterbefragung des medizinischen Personal der Station C1 durchgeführt. Die Datenerhebung wurde durch Personal realisiert, das weder an der Behandlung der Patienten beteiligt war noch zum Personal der KAIS gehört, um eine Verzerrung im Hinblick auf mutmaßlich erwünschte Antworten zu vermeiden.
Ergebnisse: In dem Befragungszeitraum konnten nach Prüfung der Ausschlusskriterien 170 Angehörige in die Befragung bei einer Rücklaufquote von 94% (160) eingeschlossen werden. Beim medizinischen Personal betrug der Rücklauf unter den Ärzten 71% (30/42), bei den Pflegekräften 45% (46/103) und bei den Außendienstmitarbeitern 83% (5/6). Die Auswertung der einzelnen Fragen ergab Erwartungsdifferenzen bzw. Fehleinschätzungen des medizinischen Personals bezüglich einiger Aspekte: Sowohl die Pflegekräfte als auch das ärztliche Personal schätzen die Zufriedenheit der Angehörigen bezüglich der Gesprächsorganisation und -dauer niedriger ein als die Angehörigen selbst. Ebenso unterschätzten die befragten Ärzte die Angehörigenerwartung bezüglich der Wichtigkeit der behutsamen Mitteilung über den Zustand des Patienten. Bezüglich der Einbindung von Angehörigen in die Therapie des Patienten, unterschätzten die Ärzte das Bedürfnis der Angehörigen soweit möglich als Co- Therapeuten zu fungieren. Widersprüchliche Ergebnisse zeigten sich bei der Frage der Therapieentscheidung: Zwar gaben 90% der Angehörigen an, dass sie Ihre Meinung zu Therapieentscheidungen äußern möchten (selbiges wurde auch von ca. 83% der Ärzte antizipiert), jedoch wollten auch 50% der befragten Angehörigen (ebenso in Übereinstimmung mit 50% der befragten Ärzte), dass der Arzt als Fachmann alleine über die Therapie entscheidet. Im Weiteren liefern die konkreten und repräsentativen Zahlen, eine objektive Grundlage, um Veränderung im Dienstleistungsprozess voranzutreiben und sie somit weiter zu optimieren. Folgende Punkte sollten dabei in der Zukunft aufgegriffen werden und stehen zur Diskussion:
1. Organisation eines festen Ansprechpartners für Angehörige
2. Verstärkte Einbeziehung der Angehörigen als Co-Therapeuten
3. Kommunikation der voraussichtlichen Wartezeit inkl. deren Gründe
4. Verstärktes Anbieten (der Einbeziehung) der Klinikseelsorge
5. Organisation von Verlegungs- bzw. Entlassungsgesprächen
Schlussfolgerung: Die aus dieser Studie gewonnenen Ergebnisse liefern neben der Bestätigung qualitativ stabil und als hochwertig angesehener Prozesse, Ansätze für Optimierungspotentiale im Bereich der Interaktion mit Angehörigen sowie der Organisation des Stationsablaufs. Inwieweit diese Potentiale und den gegebenen Bedingungen umsetzbar sind, bedarf der individuellen Prüfung durch die verantwortlichen Mitarbeiter der Intensivstation C1 sowie durch die Klinikleitung.
The canonical Wnt/β-catenin and the Shh pathway as well as the Notch signaling cascade
are key regulators in stem cell biology and are independently associated with the development
of cancer. Despite the knowledge of a balanced signaling for cellular maintenance, the
fundamental biochemical mechanisms of crosstalk are still poorly understood. This study
demonstrates that the outcome of interaction between Wnt and Shh is cell type specific. A
combined inhibitory mechanism of the Shh and Notch2/Jagged2 pathways on dominant
active β-catenin signaling in the adult tongue epithelium keeps Wnt/β-catenin signaling
restricted to physiological tolerable levels. In the opposite crosstalk the activation of
Wnt/β-catenin signaling in medulloblastoma (MB) of the Shh subtype, in turn inhibits the Hh
pathway.
The inhibitory mechanism of Shh and Notch2/Jagged2 on Wnt/β-catenin signaling is
independent of the degradation complex of β-catenin and takes place inside the nucleus.
Furthermore, the negative feedback on Wnt/β-catenin signaling by the Shh pathway relies
on transcriptional activity of Gli1/2A. Inhibition of Gli1/2A with the specific inhibitor GANT61
abrogated the negative impact of Shh on β-catenin signaling in vitro. Although the negative
feedback loop of Shh is still functional in human SCC25 cells, the inhibitory effect of
Notch2/Jagged2 is lost and contributes to the cancerogenic phenotype of these cells. In the
inverse situation, the activation of β−catenin signaling has a negative feedback on
constantly active Shh signaling and significantly inhibits the Hh pathway. This was shown in
Ptch+/- and Math1-Cre:SmoM2Fl/+ MB tumor spheres in vitro, in which inhibition of sphere
formation and growth was observed and Hh target gene transcription was down-regulated.
This demonstrates for the first time that the activation of canonical Wnt/β-catenin signaling
in primary MB cells with a Hh pathway over-activation has a negative effect on the growth of
these cells in vitro.
In summary the results show that crosstalk of Wnt/β-catenin and Shh signaling has context
specific outcome on pathway activity. Elucidation of the molecular interactions will improve
our understanding of Wnt and Hh associated tumors and contribute to the development of
new therapeutic strategies.
In this thesis, laboratory investigations have been conducted to investigate several processes occurring during the melt segregation (crystal settling and compaction processes), as well as during emplacement of plutons. With the help of three different sets of centrifuge experiments rates of these three magmatic processes have been evaluated. In the first series of the centrifuge experiments, the diapiric ascent of buoyant material from two source layers at different depths was studied. Through five models, the hypothesis of ascending diapirs was tested and it was demonstrated whether a rising diapir ascends straight upward or if its ascent might be deviated by another buoyant, softer – and consequently easier to travel through – layer which is located within the overburden strata. We were interested under which conditions they can be formed. For this purpose we placed perturbations on top of both the buoyant layers; either with a set-off of both the protrusions (for three of these experiments), or with both protrusion sitting directly on top of each other (for one of the experiments). In the first experiment, we omitted the perturbations, to test which pathways diapirs take which grow from natural Rayleigh-Taylor instabilities. Three others experiments differed in the viscosity contrast between the overburden and the buoyant material. Through the experimental runs, the effects of different overburden viscosities and perturbation positions on the number of the diapirs were observed. The modeling results show that two diapirs rising from the offset perturbations do not take the same pathway through the overburden layer. Rather, each diapir takes a different pathway, with the deeper diapir piercing through its overburden while rising, regardless if it was a buoyant layer or denser overburden layers. However, when the two perturbations were situated directly above each other in the different PDMS layers, this resulted in the formation of one big diapir rather than several smaller ones, and the overburden layer was less deformed than with offset perturbations. Diapiric structures as those derived from the models without perturbation and where the perturbation are offset occur within Great Kavir Basin (Iran), where numerous salt diapirs grew from several salt horizons, which show a similar spatial distribution. The resulting structure observed in the model where the two perturbations situated directly above each other, is close to what is observed in composite batholiths such as the Flasergranitoid Zone within the Bergsträßer Odenwald Crystalline Complex (Germany). The second series of models were aimed to study crystal settling within a magma. For this purpose experiments with an artificial magma of 30 vol% olivine in 70 vol% basaltic melt were conducted to elucidate the formation mechanisms and time scales of gravitational cumulates. Through the experiments, two physical processes have been observed: (i) purely mechanical compaction, and (ii) chemical compaction induced by dissolution and re-precipitation of settled crystals. The results reveals that the mechanical settling of the dense olivine suspension occurs at about 1/6 the speed of simple Stokes settling, and a sedimentation exponent n of 4.1 is found. Evidences of chemical compaction induced by dissolution and re-precipitation of settled crystals have been highlighted by a detailed analysis of the fine structure of olivine grain boundaries. This last has revealed (1) the presence of Ca, which is characteristic only for MORB-melt, at the interface of two adjacent Ol-grains even when no melt is present; (2) a not fully crystallized boundary layer between two adjacent olivine grains. The crystal size distribution curves and the grain size growth exponent n ~3.6 indicate that diffusion controlled Ostwald ripening is the dominant crystal growth mechanism in concentrated magmatic suspensions. Finally, the formation times in natural olivine adcumulates have been calculated. The last series of centrifuge experiments deals with the crystal-melt settling-floating mechanism in a system composed of natural two pyroxene gabbro. The results have revealed a vertical evolution of the major and trace elements in the melt phase. Then, a numerical modelling of the sedimentation process of the crystals has been made in order to describe the compaction evolution with time. In comparing the numerical simulation with the centrifuge modelling, the stratification of the compacted layer in the runs is reproduced in numerical models. Moreover, on the base of the numerical and centrifuge modelling, a sedimentation exponent describing a deviation of settling in concentrated suspensions from Stokes sedimentation has been evaluated. Finally, the numerical simulation is applied to the Muskox intrusion to estimate the formation time and the melt fraction evolution in using the hindered sedimentation model calculations.
Bei anhaltenden Schmerzen wird im Rückenmark zyklisches Guanosinmonophosphat (cGMP) gebildet, welches zur zentralen Sensibilisierung des nozizeptiven Systems beiträgt. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob zyklisch Nukleotid-gesteuerte Kanäle (CNG-Kanäle) im nozizeptiven System exprimiert werden und Effektoren der cGMP-vermittelten Schmerz-verarbeitung darstellen könnten. Im Rahmen der Untersuchungen wurden insbesondere die CNG-Kanal-Untereinheiten CNGA3 und CNGB1 als potentielle cGMP-‚Targets‘ in der Schmerzverarbeitung identifiziert. Die Expression von CNGA3 wird infolge einer nozizeptiven Stimulation der Hinterpfote der Maus im Rückenmark und in den Spinalganglien hochreguliert. Mittels In situ-Hybridisierung konnte eine neuronale Lokalisation von CNGA3 in inhibitorischen Interneuronen im Hinterhorn des Rückenmarks detektiert werden, wohingegen CNGA3 in den Spinalganglien nicht-neuronal exprimiert wird. Überraschenderweise wiesen Mäuse mit einem CNGA3-Knockout (CNGA3-/--Mäuse) ein gesteigertes nozizeptives Verhalten in Modellen für inflammatorische Schmerzen auf, während ihr Verhalten in Modellen für akute und neuropathische Schmerzen normal ausfiel. Zudem entwickelten CNGA3-/--Mäuse nach intrathekaler Applikation von cGMP-Analoga oder NO-Donoren eine verstärkte Allodynie. Die CNG-Kanal-Untereinheit CNGB1 wird ebenfalls in Rückenmark und Spinalganglien exprimiert. Im Rückenmark wird die CNGB1-Expression infolge eines nozizeptiven Stimulus der Hinterpfote nicht reguliert, während in den Spinalganglien eine Hochregulation stattfindet. Mit immunhistochemischen Färbungen konnte CNGB1 in Neuronen im Hinterhorn des Rückenmarks, aber auch diffus verteilt in Laminae I bis III des Hinterhorns lokalisiert werden. Auch Mäuse mit einem CNGB1-Knockout (CNGB1-/--Mäuse) zeigten ein gesteigertes nozizeptives Verhalten in einem Modell für inflammatorische Schmerzen und entwickelten außerdem eine verstärkte Allodynie nach i.t. Injektion eines cGMP-Analogons. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass CNGA3 und CNGB1 als ‚Targets‘ des cGMP-vermittelten Signalweges im Rückenmark in inhibitorischer Weise zur zentralen Sensibilisierung während inflammatorischer Schmerzen beitragen. Eine spezifische pharmakologische Aktivierung von CNG-Kanälen im Rückenmark könnte potentiell eine neue Möglichkeit sein, inflammatorische Schmerzen zu hemmen.
Der ischämische Schlaganfall ist ein Ereignis, das zu gravierenden Langzeitschäden im Gehirn führen kann und für das es keine ausreichende Therapie gibt. Der Schlaganfall und seine Folgen sind Hauptursachen für die Behinderung und Pflegebedürftigkeit im Alter. Eine cerebrale Ischämie führt zu pathophysiologischen Veränderungen, wie z.B. einer Störung in der Energieversorgung und einem veränderten Metabolismus im Gehirn. Die hierbei beobachtbaren stark erhöhten Glutamatspiegel ergeben sich u.a. aus der Depolarisation der neuronalen Plasmamembran und der Umkehr des Na+-abhängigen Glutamattransporters. Die massive Freisetzung von Glutamat spielt eine Schlüsselrolle in der Pathophysiologie des Schlaganfalls und ist ein möglicher therapeutischer Angriffspunkt. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Methode des fokalen cerebralen Schlaganfalls in der Maus etabliert. Hierbei ist u.a. der Nutzen einer Ringerlaktat Gabe nach der Schlaganfallinduktion belegt worden. Anschließend wurde der Einfluss einer cerebralen Ischämie in Bezug auf die Infarktgröße, die motorische Funktion der Tiere und den Energiestoffwechsel des Gehirns untersucht. Das Ausmaß des fokalen cerebralen Schlaganfalls der Maus wurde durch die Auswertung der Infarktfläche 24 Stunden nach einer permanenten oder transienten Okklusion der Arteria cerebri media berechnet. Die daraus folgenden sensomotorischen Defizite der Tiere wurden mit verschiedenen Verhaltenstests bewertet. Eine Verkürzung der Okklusionszeit der Arteria cerebri media führt nicht nur zu einer Reduktion der Infarktfläche, sondern auch zu einem besseren Ergebnis in den neurologischen Tests. Zur Messung des cerebralen Metabolismus ist die Mikrodialysetechnik mit dem Schlaganfallmodell kombiniert worden. Die Analyse der Dialysatproben zeigt, dass durch die Ischämie Glutamat innerhalb von 15-30 Minuten toxische Konzentrationen erreicht, wohingegen die Glukosekonzentration stark abfällt. Im zweiten Teil dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob das Infarktvolumen, die Glutamat-induzierte Exzitotoxizität im Gehirn und die motorischen Defizite durch die Gabe von Bilobalid moduliert werden können. Bilobalid ist ein Inhaltsstoff des Ginkgo biloba Extraktes EGb 761 und zeigte bereits in in vitro-Studien ein antiischämisches Potential. Da die Pharmakokinetik von Bilobalid im Gehirn völlig unbekannt war, ist zuerst untersucht worden, ob Bilobalid nach einer intraperitonealen Gabe in ausreichender Konzentration im gesunden und ischämischen Hirngewebe vorliegt. Die Proben wurden über die Mikrodialyse gewonnen. Die Analyse ergab, dass Bilobalid sowohl im gesunden, als auch im ischämischen Gehirn in ausreichender Konzentration (ca. 1 µM) vorliegt, um eine neuroprotektive Wirkung auszuüben. Eine Gabe von Bilobalid nach der Schlaganfallinduktion führt dagegen nur zu einer geringen Konzentration im ischämischen Gewebe (0,08 µM). Die Studie zum Einfluss von Bilobalid (0,3-10 mg/kg) auf das Infarktvolumen zeigt, dass in den Konzentrationen 3 und 10 mg/kg die Schlaganfallfläche im Striatum markant reduziert wird. Für die Dosis 10 mg/kg ist diese Wirkung zusätzlich auch bei einer Applikation erst nach der Schlaganfallinduktion zu sehen. Die Wirkung von Bilobalid auf die metabolischen Veränderungen nach einem Schlaganfall wurde ebenfalls mittels Mikrodialyse untersucht. Die Ischämie bedingten toxischen Glutamatkonzentrationen werden hierbei dosisabhängig durch Bilobalid reduziert, wohingegen die Substanz keinen Einfluss auf die Reduktion der Glukosespiegel zeigt. Abschließend wurde eine Untersuchung zum Verhalten der Bilobalid-behandelten Tiere nach einer permanenten oder transienten Okklusion durchgeführt. Die Bilobalid Tiere wiesen hierbei, besonders im transienten Schlaganfallmodell, eine bessere Motorik und Koordination als unbehandelte Tiere auf. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein fokaler Schlaganfall zu einer massiven Erhöhung der Glutamatkonzentration im Gehirn führt und die Tiere eine starke Beeinträchtigung in der Motorik und Koordination haben. Bilobalid reduziert in vivo dosisabhängig das Ausmaß eines Schlaganfalls und senkt die daraus resultierenden toxischen Glutamatkonzentrationen. Gleichzeitig zeigen die mit Bilobalid-behandelten gegenüber den unbehandelten Tieren eine Verbesserung in den neurologischen Tests. Sowohl eine Anreicherung der Substanz in einem Ginkgo biloba Extrakt, als auch die Einnahme der Reinsubstanz könnte positive Auswirkungen auf einen humanen Schlaganfall haben.
Die aktuellen HIV Medikamente basieren sich zum größten Teil auf Substanzen, die gegen virale Proteine gerichtet sind. Ein großer Nachteil dieser Medikamente besteht darin, dass das HI-Virus durch Mutationen Resistenzen gegen diese Substanzen entwickeln kann. Zelluläre Co-Faktoren als antivirales Ziel in der HIV-Therapie zu nutzen, könnte ein neuer Lösungsansatz sein, da das menschliche Genom stabiler ist als das virale. Der Schwerpunkt dieser Arbeit konzentriert sich auf die RNA Helikase DDX3, welche als zellulärer Co-Faktor für die HIV-1 Replikation identifiziert wurde.
Im Rahmen der Dissertation wurde die RNA-Helikase DDX3 durch biochemische Untersuchungen von DDX3Wt und DDX3-Mutanten näher charakterisiert. Die Versuche zeigten, dass die konservierten Motive V und VI bei DDX3Wt für die Bindung und Hydrolyse von ATP essentiell sind. Die spezifische DDX3 Insertion wies ebenfalls eine mutmaßliche Rolle bei der ATP-Bindung und bei Ausbildung der ATP-Bindestelle auf. Ferner konnte für die spezifische Insertion von DDX3 eine Funktion bei der Bindung von viraler RNA Bindungsnachweise nachgewiesen werden. Daher bietet diese Insertion von DDX3 ein mögliches Ziel für die spezifische Modulation bzw. Manipulation der Interaktion von DDX3Wt und viralen Interaktionspartnern sein, ohne weitere RNA Helikasen zu beeinflussen.
Zusätzlich wurden weitere Eigenschaften von DDX3Wt entdeckt. Die ATPase-Aktivität von DDX3Wt konnte durch die Zugabe von ssDNA deutlicher stimuliert werden, als durch die Zugabe ssRNA. Das DDX3Wt eine höhere katalytische Effizienz durch DNA aufweist ist neu, da die meisten DEAD-box Helikasen eine Präferenz für RNA als Co-Faktor für die ATPase-Aktivität besitzen. Des Weiteren konnte erstmalig nachgewiesen werden, dass DDX3 neben der ATPase-Aktivität auch eine Exonuklease-Aktivität besitzt. Die Versuche zeigten, dass DDX3Wt in der Lage war, ssDNA und dsDNA effizient zu spalten. In der DDX3Wt AS-Sequenz wurden fünf Aminosäuresequenz-Motive, sogenannte Exonuklease-Boxen identifiziert, die mit der Exonukleaseaktivität in Verbindung gebracht werden. Die Untersuchung der Bindungseigenschaften von DDX3Wt zeigte auf, dass DDX3Wt auch ohne den zellulären Co-Faktor XPO1 in der Lage ist, virale HIV-1 RNA und DNA direkt zu binden. Diese Erkenntnisse tragen dazu bei, die Funktionen von DDX3Wt im zellulären System besser zu verstehen. Eine genaue Analyse ist Voraussetzung für die Entwicklung von spezifischen Inhibitoren, die die Interaktion von HIV-1 und DDX3Wt hemmen sollen ohne dabei zelluläre Prozesse negativ zu beeinflussen.
Durch Lokalisationsstudien konnte ein neuer relevanter Angriffspunkt für die Inhibition der HIV-1 Replikation identifiziert werden. Denn entgegen den Literaturangaben spielt das putative Leucin-reiche Exportsignal im N-Terminus von DDX3Wt eine wichtige Rolle beim Export aus dem Zellkern und somit auch für die Interaktion mit XPO1.
Mithilfe der Phagen-Display-Technologie konnte im Rahmen dieser Arbeit ein Sequenz-spezifischer Peptid-Ligand für die Insertion von DDX3 identifiziert werden, der eine Aminosäurehomologie zu dem zellulären Co-Faktor XPO1 zeigt. Das identifizierte Peptid DDX3-INS1 wurde für weitere Untersuchungen in Verbindung mit einer Proteintransduktionsdomäne synthetisiert. Das Peptid DDX3-INS1 ist in HIV-1 infizierten Zellen funktionell aktiv und inhibiert die Produktion von HI-Viren ab einer Konzentration von 20 µM ohne dabei toxische oder virolytische Effekte auszuüben. Weitere funktionelle Untersuchungen werden zeigen, ob das selektionierte Peptid DDX3-INS1 als therapeutisches Medikament für die Inhibition von HIV-1 geeignet ist.
Within the present work, photodissociation reactions on 100Mo, 93Mo and 92Mo isotopes were studied by means of the Coulomb dissociation method at the LAND setup at GSI. Experimental data on these isotopes are important to explain the problem of the underproduction of the lighter p-nuclei - 92; 94Mo - within the models of the p-process nucleosynthesis. The reaction rates used in the nucleosynthesis calculations are usually obtained within the framework of the statistical model. In order to verify the model predictions and reduce the uncertainties, experimental measurements of the reaction cross sections are required. In particular, the data on (γ,n) reactions are of interest, since these reactions were shown to dominate the p-process flow in the molybdenum mass region.
As a result of the analysis of the present experiment, integrated Coulomb excitation cross sections of the 100Mo(γ,n), 100Mo(γ,2n), 93Mo(γ,n) and 92Mo(γ,n) reactions were determined. The measurement of the 93Mo isotope is particularly important, since this nucleus is unstable, and the corresponding cross section has not been measured before.
It should be emphasized that Coulomb dissociation is a unique tool to study photoninduced reactions on unstable nuclei, which is especially relevant in the context of nucleosynthesis network calculations. However, because of to the complexity of the data analysis procedure and a number of model assumptions that are required in order to extract the Coulomb excitation cross section from the data, one of the main aspects of this thesis was to verify the method by comparing the results with the previously published data obtained with real photon beams. Integrated cross sections of the 100Mo(γ,n) and 100Mo(γ,2n) reactions were directly compared to the data by Beil et al., obtained at Saclay with photons from positron annihilation, while an indirect comparison could be performed with a recent photoactivation measurement by Erhard and co-workers. A reasonable agreement was observed for the 1n channel: a scaling factor of 0.8 ± 0.1 between our result and Beil et al. data is consistent with the scaling factor of 0.89±0.09 reported by Erhard et al. between their data and Beil et al. data. Both results are in agreement with the scaling factor of 0.85 ± 0.03 recommended by Berman et al. for the data measured at Saclay on nuclei in the respective mass region. A somewhat lower factor of 0.61 ± 0.09 between the present data and Beil et al. data was obtained for the 2n channel. The discrepancy might be explained by both the substantial efficiency correction that has to be applied to the LAND data in the two-neutron case, as well as by an insufficiently accurate assumption that the Saclay neutron detector efficiency is energy- and multiplicity- independent.
A second important topic of the present thesis is the investigation of the efficiency of the CsI gamma detector. The calorimetric information that it delivers is essential to reconstruct the energy-differential cross section from the present measurement. The data taken with the gamma calibration sources shortly after the experiment were used for the investigation. In addition, a test experiment in refined conditions was conducted within the framework of this thesis. Numerous GEANT3 simulations of the detector were performed in order to understand various aspects of its performance. As a result, the efficiency of the detector was determined to be approximately a factor of 2 lower than the efficiency expected from the simulation. This result is consistent with several independent investigations, which were performed using different methods. At the same time, a remarkable agreement between the simulated and experimental data was achieved under assumption that the inefficiency of the detector is explained by the loss of data from a number of crystals, which are randomly chosen in each event according to their averaged performance ratio (the ”on-off” effect). The reasons for the observed malfunction are yet not fully clear. Regardless of the exact reason, in the present conditions a deconvolution of the measured data from the CsI response is not possible. Consequently, within the framework of this thesis, the results are presented in terms of integrated cross sections. A search for alternative methods of data interpretation, allowing to extract energy-differential information out of the available data, in currently ongoing.
In the more recent experiments at the LAND setup, where the Crystal Ball gamma detector was used as a calorimeter, the reconstruction of the energy-differential cross section with a reasonable resolution was already shown to be feasible. It means that, even considering the uncertainties of the present experiment of the order of 10%, the uncertainties of the statistical model predictions, which are on average estimated to be within a factor of 1.5-2, can already be constrained.
The analysis of the present experiment is still in progress. As a next step, Coulomb excitation cross section for 94Mo will be obtained. The 94Mo(γ,n) reaction cannot be studied by photoactivation, since the life time of the daughter nucleus is too long (4000 y). At the same time, this reaction plays a key role in the p-process nucleosynthesis.
The future of the LAND setup - the R3B setup1 at FAIR2 - will take advantage of a three orders of magnitude higher intensity of the radioactive beams [85], as well as of a completely new detector system. High-resolution measurements of the energy-differential cross sections will be possible for exotic nuclei, which were never accessible in the laboratory before. Such measurements will open great opportunities for nuclear astrophysics, allowing to obtain high-quality experimental data even for regions of the nuclear chart where the statistical model calculations are not applicable.
Während des Zellzykluses werden spezifische regulatorische Proteine, die Cycline exprimiert, die mit ihren spezifischen CDK (Cyclin Dependent Kinases) interagieren und sie hierdurch aktivieren. So interagiert in der frühen G1 Phase Cyclin D1 mit CDK4 und CDK6. Die D-Cyclin kontrollieren gemeinsam mit Cyclin E den G1 Restriktionspunkt. Rb wird durch diese D-Cycline und die assoziierten Kinasen CDK4/6 mehrfach phosphoryliert und kann nun Transkriptionsfaktoren wie E2F nicht mehr inhibieren und die nun freie E2F/ DP-Untereinheit ( = DNS-Bindungsprotein) kann Promotoraktivierung vermitteln und Gene aktivieren, die die S-Phase einleiten. Hiermit wird der Zelle der Fortschritt durch den Zellzyklus ermöglicht bis Rb gegen Ende des Zellzyklus durch Phosphatasen dephoshoryliert wird und die aus der Mitose hervorgegangenen Tochterzellen nach Ende der M-Phase erneut in der G1-Phase sind. CDK-Inhibitoren (CDKI) können diese Cyclin/CDK Komplexe in jeder Zellzyklusphase hemmen und Zellzyklusarrest auslösen. In der vorliegenden Arbeit sollte die Expression von Cyclin D1 und Retinoblastomgens immunhistochemisch untersucht werden. Es wurde versucht, mit der Avidin-Biotin-Enzymkomplexmethode die Proteinexpression des Retinoblastomgens mit einem monoklonalem Antikörper in Probeexzisionen von Mammakarzinomen der Jahre 1983 bis 1987 dazustellen, die in Paraffinum eingebettet waren. Trotz vielfacher Versuchswiederholungen gelang es nicht, eine Kernfärbung hervorzubringen, die wissenschaftlichem Standard genügte. Zum damaligen Zeitpunkt stand noch nicht viel know-how bezüglich der Kernfärbung mittels Antikörpern zur Verfügung. Vor allem nicht bei Präparaten, die bis zu 15 Jahre in Paraffinum eingebetet waren. Somit konnte eine verwertbare Kernfärbung der Gewebeschnitte, das Retinoblastomgen betreffend, nicht nachgewiesen werden und damit war es bedauerlicherweise auch nicht möglich, eine Korrelation zwischen Cyclin D1 und Retinoblastomgen im Mammakarzinom nachzuweisen. Bei der nun verbliebenen Analyse des Cyclin D1 wiesen von 198 Tumoren 10,6% (21 Präparate) eine positive Kernfärbung auf. Hierbei wurden die Präparate, die bei der lichtmikroskopischen Beurteilung der immunhistochemisch gefärbten Zellen einen Prozentsatz von 10% oder größer aufwiesen, wurden als positiv gewertet.13 von den 198 Tumoren zeigten eine Färbbarkeit zwischen 1%-10% auf und wurden per definitionem als negativ gewertet. Hieraus folgt, dass bei 164 Tumoren überhaupt keine Zellkernfärbung stattfand. Es zeigte sich, dass aufgrund der niedrigen positiven Fallzahlen nur schwer eine statische Signifikanz erreichbar sein würde. Das spiegelte unter anderem die Korrelation mit dem Menopausenstatus wieder, die einen p-Wert von 0,273 aufwies und sich hiermit einer statistischen Signifikanz entzog. Auch beim Vergleich von Cyclin D1 mit dem Ostrogen/Progesteron- Rezeptorstatus ist ein verwertbares Ergebnis nicht erreichbar (p=0,08) Eine prognostische Signifikanz des TNM-Stagings konnte bei T:p= 0,496; N:p=0,052 und M:p=0,720 nicht bestätigt werden. Zwar zeigte sich bei der Cyclin D1-Expression der Lymphknoten primär ein grenzwertig positiver Wert von p=0,047. Dieser wurde jedoch durch den kontrollierenden Fisher Exact-Test nicht bestätigt (p=0,052). Ebenfalls konnte keine signifikante Beziehung zum histologischen Tumortyp (p=0,553) und zum Differenzierungsgrad (p=0,575) nachgewiesen werden. Bei den Kaplan-Meier-Analysen in Bezug auf das rezidivfreie Intervall
(p=0,934), das metastasenfreie Intervall (p=0,386) sowie das krankheitsfreie Intervall (p=0,709), konnte kein signifikanter Parameter erhoben werden. Der Einfluss von Cyclin D1 auf das Gesamtüberleben spiegelt letztendlich auch keinen signifikanten Zusammenhang wider (p=0,830). Insgesamt zeigte sich bei keinem Parameter ein signifikanter Bezug. Dies ist wohl, wie auch bei der Versuchsreihe mit dem Retinoblastom, bei dem es ja zu überhaupt keiner verwertbaren Kernfärbung kam, auf das Alter der Probeexcisionen und der damals noch in Entwicklung befindlichen Verfahren zu erklären. Wobei hier nur gemutmaßt werden kann. Eine etablierte Methode jedoch, stand noch nicht zur Verfügung. In den letzten Jahren ist zunehmend wenig Augenmerk dem Gebiet der Cycline und des Retinoblastomgens, besonders im Hinblick auf das Mammakarzinom, gelegt worden. Vielleicht lässt sich mit den jetzigen etablierten Methoden eine Renaissance dieser interessanten Forschungsrichtung erwecken.
Das humane endogene Retrovirus-K: Grundlagenforschung und Nutzen als Tumor-assoziiertes Antigen
(2011)
Fast die Hälfte des humanen Genoms besteht aus Retroelementen, die während der evolutiven Entwicklung des Menschen im Genom fixiert wurden. Im Wesentlichen kann man diese Retroelemente in DNA-Transposons, LINEs, SINEs und humane endogene Retroviren unterteilen, dabei nehmen die humanen endogenen Retroviren (HERV) 8% des humanen Genoms ein. Bei einer Unterfamilie, der HERV-K Familie, sind bis heute alle offenen Leserahmen erhalten geblieben. Nach heutigem Erkenntnisstand wird eine Expression dieser Elemente in somatischen Zellen jedoch strikt unterdrückt, denn eine Expression von Retroelementen könnte zu Insertionsmutagenesen führen und letztlich dem Organismus erheblichen Schaden zufügen.
Im Gegensatz dazu wird eine reaktivierte Expression von HERV-K häufig in einigen Tumorarten beobachtet: allen voran Keimzelltumore, Melanome und Brustkrebs. Außerdem können in Patienten, die an solchen Tumoren erkranken, häufig HERV-K spezifische Antikörper und mitunter auch gegen HERV-K-gerichtete T-Zellen nachgewiesen werden. Die strikte Unterdrückung der HERV-K Expression in gesunden, somatischen und eine reaktivierte Expression in entarteten Zellen machen HERV-K Proteine daher zu idealen Tumor-assoziierten Antigenen.
Auf Grundlage dieser Untersuchungen wurden, in dieser Arbeit, zwei potentielle Tumorvakzine, basierend auf dem hoch attenuierten Modifizierten Vacciniavirus Ankara (MVA) hergestellt. Durch homologe Rekombination wurde ein HERV-K gag-pro-pol transgenes MVAHKcon und ein HERV-K env transgenes MVAHKEnv hergestellt und charakterisiert. Darüber hinaus wurden die rekombinanten Viren in einem neu etablierten, syngenen Maus-Tumor-Modell untersucht. MVAHKcon immunisierte Mäuse zeigten eine starke humorale Immunantwort und waren in der Lage subkutane, HERV-K Gag positive Tumore fast vollständig zu eliminieren. MVAHKEnv immunisierte Mäuse zeigten dagegen eine moderate humorale Immunantwort und eine starke T-Zellantwort. Nach therapeutischer Immunisierung mit MVAHKEnv konnte im Mausmodell eine signifikante Reduktion an HERV-K Env positiven Lungenmetasten beobachtet werden. Außerdem konnte durch eine prophylaktische Immunisierung mit MVAHKEnv ein vollständiger Schutz der Mäuse vor der Ansiedlung HERV-K Env-exprimierender Tumore erreicht werden. Die hier vorgestellten HERV-K rekombinanten MVA könnten daher der erste Schritt zu einer Immuntherapie gegen reaktivierte Retroelemente in malignen Tumoren darstellen.
MVAHKcon infizierte Zellen produzieren und sekretieren große Mengen HERV-K Virus-ähnlicher Partikel (VLP) somit konnten auch grundlegende Fragestellungen der HERV-K Biologie geklärt
Zusammenfassung
123
werden. Durch die Kombination massenspektrometrischer Analysen und N-terminaler Sequenzierungen konnten, die noch nicht bekannten Schnittstellen der retroviralen Protease im HERV-K Gag Protein identifiziert werden. Zudem wurde eine späte Domäne von HERV-K identifiziert und darüber hinaus Wechselwirkungen von HERV-K VLPs mit zellulären Restriktionsfaktoren wie APOBEC3G und CD317 studiert.
Das Dengue-Fieber, eine durch Flaviviren der Gattung Dengue-Virus hervorgerufene
fieberhafte Infektion, galt lange Zeit als harmlose, auf tropische oder subtropische
Gegenden Afrikas, Asiens und Amerikas beschränkte Krankheitsentität. Vor allem
durch unkontrollierte Urbanisation mit unzureichender Abwasser- und
Abfallentsorgung entstanden in zahlreichen Regionen geeignete Brutbedingungen für
die Hauptvektoren dieser Krankheitserreger, Stechmücken der Gattung Aedes, die
sich nach Ende des Zweiten Weltkriegs vor allem in Südostasien, Nordaustralien,
Süd- und Mittelamerika und den karibischen und pazifischen Inselwelten dramatisch
ausbreiteten und seit den achtziger Jahren des 20. Jahrhunderts immer wieder zu
Explosivepidemien führen. Das Auftreten besonders pathogener Virusvarianten und
die Kozirkulation der vier Serotypen DENV-1 bis DENV-4 hatte nicht nur zu einer
Zuspitzung der Bedrohungslage in quantitativer Hinsicht geführt, sondern auch in
qualitativer, denn in zunehmendem Maß treten die lebensbedrohlichen
Krankheitsbilder, Hämorrhagisches Dengue-Fieber (DHF) und Dengue Schock-
Syndrom (DSS), nun ebenfalls epidemisch auf. In Folge des internationalen
Fernreiseverkehrs häufen sich auch importierte Dengue-Virus-Infektionen in Ländern,
die nicht zu den Endemiegebieten gehören. Infektionen durch Dengue-Viren gehören
damit zu den „emerging infectious diseases“ und zu den wichtigsten
gesundheitspolitischen Herausforderungen unserer Zeit.
Gegenstand dieser Analyse war unter anderem die Frage, ob sich die besondere
Bedeutung dieser Krankheitsentität auch in der Publikationsaktivität der
Wissenschaftswelt widerspiegelt, wo sich die maßgeblichen Forschungszentren
befinden, die sich mit dieser Problematik beschäftigen, und ob die pandemische
Dimension dieser Virusinfektion auch globale oder zumindest international
kooperierende Forschungsanstrengungen nach sich zieht.
Aus den verfügbaren Daten der führenden Online-Literaturdatenbanken ist
ersichtlich, dass das Forschungsinteresse an allen Aspekten der Dengue-Forschung
in den vergangenen Jahrzehnten kontinuierlich zugenommen hat. Sowohl die Zahl
der publizierten Fachartikel wie auch die in Fachbeiträgen genannten Literaturstellen
sind seit den sechziger und siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts deutlich
angestiegen und erreichten in der sich bis zum Jahr 2007 erstreckenden Analyse
einen Höhepunkt 2006. Unstrittig ist die Dominanz des Englischen als
Wissenschaftssprache. Veröffentlichungen erfolgen bevorzugt in den weltweit
124
führenden virologischen, tropen- oder präventivmedizinischen sowie infektiologischen
und entomologischen Fachzeitschriften, gelegentlich auch in renommierten
medizinischen Periodika ohne Spezialisierung, z.B. Lancet. In mehr als Dreiviertel
der Fälle ist als Publikationsform der wissenschaftliche Fachbeitrag (article) gewählt
worden; andere Publikationsformen spielen eine deutlich untergeordnete Rolle. Als
führende Wissenschaftsnation erweisen sich die USA, die auch über die meisten
Forschungsinstitutionen verfügen. US-amerikanische Wissenschaftler sind
maßgeblich an der Erarbeitung von wissenschaftlichen Erkenntnissen auf dem
Gebiet der Dengue-Virus-Infektionen beteiligt, und zwar sowohl in quantitativer wie
auch in qualitativer Hinsicht. In quantitativer Hinsicht, weil die USA im Zeitraum 1900
bis 2007 mit 1.816 Veröffentlichungen mehr als ein Drittel aller Publikationen zum
Thema Dengue-Virus-Infektionen erarbeitet haben; unter qualitativen Aspekten, weil
die Vereinigten Staaten sich mit einem H-Index von 83 und Spitzenplätzen bei der
Zitationshäufigkeit einzelner Publikationen und besonders renommierter
Wissenschaftler erkennbar einer herausragenden Resonanz in der Fachwelt
erfreuen. Angehörige und Institutionen der Streitkräfte spielen hier eine nicht
unwesentliche Rolle, beispielsweise in dem sie als Nuklei internationaler
Forschungskooperationen fungieren. Zwar verfügen die USA als wirtschaftliche,
wissenschaftliche und politische Großmacht über die notwendigen Ressourcen, um
sich auch einem Arbeitsgebiet wie der Dengue-Virus-Forschung zuwenden zu
können. Unmittelbar betroffen sind sie von dieser Infektionskrankheit allerdings nur in
vergleichsweise geringem Maß, da es sich bei den in den USA beobachteten
Dengue-Fällen überwiegend um importierte Fälle handelt. Zu beachten ist jedoch,
dass US-amerikanische Staatsbürger in verschiedenen Hyperendemiegebieten
beruflich präsent sind, was auch das Engagement der militärischen
Forschungsinstitutionen erklären könnte. Die USA unterhalten intensive
wissenschaftliche Kontakte zu Staaten, die zu den Hyperendemiegebieten des
Dengue-Fiebers gehören, vor allem zu Thailand, Brasilien, Mexiko und Australien.
Zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten wurden als Kooperationsartikel von Autoren
dieser Staaten veröffentlicht. Die genannten Nationen zählen mittlerweile – nicht
zuletzt wegen der offensichtlich durch die Ausbrüche zu Beginn des 21. Jahrhunderts
induzierten Publikationswellen – zu den Ländern mit der größten Expertise auf dem
Gebiet der Dengue-Virus-Forschung. Die Einbindung in ein Autorennetzwerk hat für
die beteiligten Wissenschaftler erkennbar Vorteile, weil sie auf diese Art und Weise
125
bei zahlreichen Artikeln als Autoren registriert werden, ohne die Beiträge selbst
verfasst zu haben, und zudem die Tendenz wechselseitigen Zitation der beteiligten
Verfasser besteht. Derartige Kooperationen wirken sich positiv auf die quantitative
und qualitative Bilanz der partizipierenden Wissenschaftler aus, da die Anzahl der
Publikationen Einfluss auf die Vergabe von Fördermitteln haben kann und höhere
Zitationsraten zum besseren Renommee eines Forschers in der Fachwelt beitragen.
Zitationsraten können auch durch Selbstzitationen positiv beeinflusst werden.
Prokaryotische Organismen werden in ihrer natürlichen Umgebung mit schwankenden Umwelteinflüssen konfrontiert oder müssen gegebenenfalls extremen Bedingungen standhalten. Um sich an derartige Veränderungen anpassen zu können und damit ein weiteres Überleben zu sichern, ist es wichtig neue genetische Informationen zu akquirieren. Die molekulare Basis dieser Anpassung sind Genmutationen, Genverlust, intramolekulare Rekombination und/oder horizontaler Gentransfer. Der vorliegende Selektionsdruck der Umwelt begünstigt schlussendlich die Spezialisierung und damit die Erschließung neuer Standorte aufgrund des Erwerbs neuer metabolischer Eigenschaften, Resistenzgene oder Pathogenitätsfaktoren. Vergleichende Analysen bakterieller Genome, welche auf Analysen der GC-Gehalte, der Codon- und Aminosäurenutzung und der Genlokalisation beruhen, zeigten, dass bei diesem evolutiven Prozess bzw. der Weiterentwicklung der bakteriellen Genome der horizontale Gentransfer als treibende Kraft eine entscheidende Rolle spielt. So indizieren Genomstudien, dass 0-22% der gesamten bakteriellen und 5-15% der archaeellen Gene horizontal erworben wurden, wobei der DNA-Transfer nicht ausschließlich zwischen Vertretern einer Domäne, sondern ebenfalls zwischen Organismen unterschiedlicher Domänen stattgefunden hat. So sind z.B. 24 bzw. 16% der Gene von Genomen hyperthermophiler Organismen wie Thermotoga maritima oder Aquifex aeolicus archaeellen Ursprungs. Ebenso finden sich Gene für Chaperone und DNA-Reparaturenzyme im Genom des thermophilen Bakteriums Thermus thermophilus wieder, welche wahrscheinlich ebenfalls durch horizontalen Gentransfer aus hyperthermophilen und archaeellen Genomen erworben wurden um eine Anpassung an extreme Standorte zu ermöglichen. Durch vergleichende Genomstudien wurde ebenfalls festgestellt, dass die durch horizontalen Gentransfer erworbenen Gene oftmals zu einer Neuorganisation von Transkriptionseinheiten und zu einer veränderten Genomorganisation führten. Dennoch finden sich immer wieder Beispiele von horizontal erworbenen Operonen in den verschiedenen Organismen. Gut charakterisierte Vertreter horizontal übertragener Operone sind dabei z.B. das archaeelle H+-ATPase-Operon, das Operon der Na+-translozierenden NADH:Ubichitonoxidoreduktase oder das Nitratreduktase-Operon.
Man unterscheidet bei dem horizontalen Gentransfer zwischen drei Mechanismen der DNAAufnahme: Konjugation, Transduktion und Transformation. Die DNA-Übertragung durch Konjugation ist durch einen spezifischen Zell-Zell-Kontakt definiert, der durch einen von der Donorzelle ausgehenden, sogenannten F-Pilus hergestellt wird. Die Donorzelle überträgt schließlich Plasmid-kodierte genetische Informationen und oftmals Eigenschaften für die eigenständige Konjugation auf eine Rezipientenzelle. Die Transduktion hingegen beschreibt die DNA-Übertragung von Bakteriophagen auf eine Wirtszelle, wobei hier eine hohe Wirtsspezifität Voraussetzung ist. Die Übertragung der DNA von einer Bakterienzelle in eine andere erfolgt dabei ohne Kontakt der Zellen. Die natürliche Transformation ist definiert als Transfer von freier DNA und ermöglicht damit im Gegensatz zu den beiden ersten spezifischen Mechanismen der DNA-Übertragung ein größeres Spektrum der Verbreitung genetischer Informationen. Freie DNA, welche entweder durch Zelllyse oder Typ-IVSekretion ausgeschieden wird und aufgrund von Adsorption an mineralische Oberflächen über längere Zeiträume stabil in der Umgebung vorliegen kann, kann unter der Voraussetzung der Existenz eines speziellen Aufnahmesystems von Bakterien aufgenommen werden. Mittlerweile sind über 44 Bakterien aus unterschiedlichen taxonomischen Gruppen beschrieben, die eine natürliche Kompetenz ausbilden können. Die bekanntesten Beispiele für natürlich transformierbare Gram-negative Bakterien sind Heliobacter pylori, Neisseria gonorrhoeae, Pseudomonas stutzeri, Haemophilus influenzae, T. thermophilus und Acinetobacter baylyi. Auch unter den Gram-positiven Bakterien finden sich einige Vertreter, die natürlich kompetent sind, wie Deinococcus radiodurans, Bacillus subtilis und Streptococcus pneumoniae. Ungeachtet der relevanten Rolle der Transformation im horizontalen Gentransfer, ist über die Struktur und Funktion der komplexen DNA-Aufnahmesysteme wenig bekannt.
Die vorliegende Arbeit untersucht den Zusammenhang zwischen dem schweren Heben oder Tragen von Lasten am Arbeitsplatz und dem Auftreten einer kernspintomografisch gesicherten Supraspinatussehnenruptur bei Männern. An der Studie nahmen 483 Fälle und 300 Kontrollen teil. Anhand eines standardisierten Interviews wurden die Probanden bezüglich der Belastungen durch das Heben oder Tragen von schweren Lasten befragt. Die Expositionsdauer wurde anhand der jeweiligen Angaben der Probanden hinsichtlich der Dauer der Lastenhandhabung für das gesamte Arbeitsleben erfasst. Zur Risikoabschätzung wurden mittels logistischer Regression Odds Ratios berechnet. Adjustiert wurde hierbei für Alter, Region, Arbeiten auf oder über Schulterniveau, Arbeiten mit handgeführten vibrierenden Werkzeugen, Geräteturnen, Ringen, Tennis, Kugelstoßen, Speer- und Hammerwerfen, da auch diese Faktoren das Auftreten einer Supraspinatussehnenruptur begünstigen. Es fand sich lediglich in der höchsten Belastungskategorie (mindestens 77 Stunden) mit einer Odds Ratio von 1,8 (95 % CI 1,0-3,2) ein nahezu signifikanter Zusammenhang zwischen dem Heben oder Tragen von Lasten über 20 kg und dem Auftreten einer Supraspinatussehnenruptur. Die Werte in der niedrigen und mittleren Belastungskategorie waren hingegen statistisch nicht signifikant. Aufgrund dessen und aufgrund der geringen Belastungsdauer von mindestens 77 Stunden sind die Ergebnisse hinsichtlich des Hebens oder Tragens von Lasten mit Vorsicht zu betrachten. Hinweise auf einen kausalen Zusammenhang zwischen dem Heben oder Tragen von Lasten und dem Auftreten einerSupraspinatussehnenruptur gehen jedoch neben der erhöhten Odds Ratio in der höchsten Belastungskategorie auch aus der positiven Dosis-Wirkungs-Beziehung hervor, beruhend auf dem Anstieg der Odds Ratios mit zunehmender Expositionsdauer. Bereits schon in früher durchgeführten Studien ergaben sich vergleichbare Ergebnisse. Letztendlich konnten in der vorliegenden Arbeit lediglich diskrete rechnerische Hinweise auf einen kausalen Zusammenhang zwischen dem Heben oder Tragen von Lasten über 20 kg beobachtet werden. Für die Anerkennung einer Supraspinatussehnenruptur bedingt durch das schwere Heben oder Tragen von Lasten als Berufskrankheit sind somit noch weiter epidemiologische Studien erforderlich.
In der Neurobiologie nimmt die Untersuchung der Großhirnrinde (Neokortex) eine gewisse Sonderstellung ein, weil das Verständnis dieser hierarchisch übergeordneten Region für die Analyse bzw. Rekonstruktion der Hirnfunktionen insgesamt von entscheidender Bedeutung ist.
Dabei macht Folgendes die bedeutungsvolle Stellung des Neokortex aus: seine späte stammesgeschichtliche und ontogenetische Entwicklung, welche bei mehreren Säugetiergruppen mit einer ungewöhnlichen Massenzunahme und Plastizität verbunden ist und letzten Endes auch Raum für Individualität und Intelligenz schafft. Dabei kommt es speziell bei Primaten inklusive des Menschen zu einer zunehmenden Diversifizierung in Areale, welche primär den Sinnessystemen (Sehen, Hören, Tastsinn) sowie der Motorik zugeordnet sind. Mit steigender "Evolutionshöhe" der Säugetiere treten aber auch hierarchisch übergeordnete sekundäre, tertiäre und weitere Areale auf, welche zunehmend der Assoziation bzw. Integration von Sinnessystemen gewidmet sind. All diese Areale steuern die Interaktion des Individuums mit seiner Umwelt, d.h. sie formulieren anhand des aus der Peripherie eingehenden afferenten Inputs eine biologisch sinnvolle (motorische) Reiz-Antwort und ermöglichen in ihrer Gesamtheit (vor allem beim Menschen) auch kognitive Prozesse, so z.B. multisensorisches und assoziatives Denken, aber auch Antrieb, Planung, Erinnerung und ein hochkompliziertes Sozialverhalten.
Die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit besteht darin, bei verschiedenen, teilweise extrem unterschiedlichen Säugetiergruppen über die vergleichende Morphologie der primären Neokortex-Areale zu einem besseren Verständnis grundsätzlicher neokortikaler Funktionsprinzipien (Input, intrinsische Verschaltung, Output) beizutragen. Die Einbeziehung phylogenetischer Aspekte kann dabei helfen, die kortikalen Spezifika der jeweiligen Säugetiere auf ihren Anpassungswert hin kritisch zu überprüfen.
Im Detail werden die vier primären Rindenfelder des auditorischen [A1], motorischen [M1], somatosensiblen [S1] und visuellen Systems [V1]) bei Spezies aus unterschiedlichen Ordnungen wie den Primaten (Mensch, Gorilla), Raubtieren (Hund), Paarhufer (Artiodactyla: Schwein, Schaf) sowie der Wale und Delphine (Zahnwale oder Odontoceti; u.a. Großer Tümmler, Schweinswal) anhand einer ganzen Palette von qualitativen und quantitativen Methoden konsequent miteinander
verglichen. Als eine solide Basis dient hier die allgemeine Zytoarchitektonik (Nissl- und teilweise Golgi-Färbung), welche durch immunhistochemische Marker (Calbindin, Calretinin, Parvalbumin und Neurofilament) um eine funktionell-neurobiologische Ebene erweitert wird. Die neben den Primaten im Fokus stehenden Delphine, welche sich durch eine erstaunliche Uniformität ihrer Großhirnrinde auszeichnen, werden mittels der “design-basierten“ Stereologie zusätzlich auf die Neuronendichte der kortikalen Areale bzw. ihrer Rindenschichten hin untersucht. Dabei wurden anhand phylogenetischer und evolutionsbiologischer Überlegungen jeweils die Rindenschichten III-V als "Schlüsselregion" ausgewählt, um über die Berechnung von Neuronendichten innerhalb dieser Schichten III und V mehr über die funktionellen Implikationen dieses eigentümlichen Neokortex herauszufinden.
Insgesamt zeigt sich, dass der Neokortex im Laufe der Evolution wohl gerade bei den landlebenden Primaten besonders stark diversifiziert worden ist: ihre vier primären Rindenfelder unterscheiden sich im Vergleich mit anderen Säugetieren besonders deutlich: hinsichtlich der Rindengliederung, der Ausstattung mit Neuronentypen sowie der intrinsischen Verschaltung erreicht dieser Kortex ein Höchstmaß an Komplexität. Besonders deutlich wird dies in den granulären Arealen, welche besonders viele Körnerzellen aufweisen (vor allem in der inneren Körnerzellschicht, Lamina IV).
Demgegenüber finden sich bei den holaquatischen Delphinen stark abweichende Verhältnisse. Ihre Großhirnrinde erscheint nicht nur allgemein recht einheitlich bzw. monoton, sondern auch in ihrer intrinsischen Funktionsweise stark abgeleitet: hier zeigt sich ein genereller Trend zur Entwicklung einer uniformen Rinde auf gänzlich pyramidal-agranulärer Basis, welche durch das Fehlen einer deutlich erkennbaren Schicht IV gekennzeichnet ist.
Bei einem Vergleich der bearbeiteten Säugetiergruppen ergibt sich ein neokortikales Kontinuum zwischen der granulären und der pyramidalen Bauweise zweier herausgehobener “Modellsäuger“, welche einander gewissermaßen als morphologische und funktionelle Extreme gegenüberstehen: mit den Primaten als dem einen (granulären) Endpunkt und den Delphinen als dem anderen (pyramidalen) Endpunkt sowie dazwischen vermittelnden Übergangsformen.
Die Hirnrinde des terrestrischen Karnivoren (Hund) zeigt dabei zuweilen Charakteristika, welche ihn eher in die Nähe der Primaten rücken. Bei den
terrestrischen Paarhufern (Schaf, Schwein) finden sich dagegen manche Kortex-Merkmale, welche an die Situation bei Delphinen erinnern.
Von besonderer Bedeutung ist hier nun die Feststellung, dass wohl gerade die sekundäre Anpassung der Zahnwale (Delphine) an eine ausschließlich aquatische Lebensweise für die Ausbildung ihres ureigenen Typus von Kortex entscheidend gewesen sein dürfte. In diesem Zusammenhang werden die physikalischen Eigenschaften von Wasser die Rahmenbedingungen für evolutionäre Abwandlungen innerhalb des Gehirns als Ganzem vorgegeben haben. Interessanterweise werden neben den höchst- enzephalisierten Vertretern unter den Primaten (Hominidae; Mensch und Menschenaffen) auch den Zahnwalen (Delphinen) von manchen Neurobiologen herausragende kognitive und intellektuelle Fähigkeiten zugeschrieben - trotz der diametral unterschiedlichen Organisation ihres Kortex. Ob und inwieweit dies zutrifft, bleibt weiteren Untersuchungen vorbehalten.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit verlangen für die Zukunft nach weiteren gleichartigen Untersuchungen der nicht-primären, also hierarchisch übergeordneten neokortikalen Assoziationsareale im Hinblick auf funktionelle und evolutions-biologische Implikationen.
Die überwältigende Expansion des Neokortex und die daran gekoppelte starke Zunahme der neurobiologischen Kapazität des Gehirns insgesamt dürfte nicht nur bei den Primaten, sondern (in bescheidenerem Umfang) auch bei Delphinen zur Entstehung von kortikalen "Freiräumen" geführt haben. Beim Menschen handelt es sich bei diesem Zuwachs an Hirnmasse und Hirnkapazität vermutlich um das Substrat für die Entstehung der phylogenetisch jüngsten und kognitiv höchstabgeleiteten Merkmale, nämlich Sprache, Persönlichkeit und Vernunft.
Für das Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (GSI), in Darmstadt, wurde ein neuer RFQ zur Beschleunigung schwerer Ionen für den Hochladungsinjektor (HLI) entwickelt. Dieser RFQ hat den bereits vorhandenen ersetzt und soll, für die Anpassung des HLI an die neue 28 GHz-ECR-Ionenquelle, den Duty-cycle von 25 % auf 100 % erhöhen, um superschwere Ionen zu erzeugen und die Experimente mit schweren Ionen zu versorgen. Der RFQ hat die Aufgabe schwere, hochgeladene Ionen von 4 keV/u auf 300 keV/u zu beschleunigen. Wichtige Eigenschaften sind ein hoher Strahlstrom, eine hohe Strahl-Transmission, eine kleine Strahlemittanz und eine geringe transversale Emittanzzunahme. Die Erhöhung der Injektionsenergie von 2,5 keV/u auf 4 keV/u ermöglicht eine Verkleinerung des Konvergenzwinkels. Der Aufbau des 4-Rod-RFQs für den HLI ist Thema der vorliegenden Arbeit. Die Auslegung des HLI-RFQs bezieht sich auf ein festgelegtes max. Masse zu Ladungsverhältnis von A/q = 6, bei einer Betriebsfrequenz von 108,408 MHz. Die Ionen sollen bei einem Strahlstrom von 5 mA von 4 keV/u auf 300 keV/u beschleunigt werden. Durch die spezielle teilchendynamische Auslegung konnte die Länge des Tanks von vorher 3 m auf jetzt 2 m verkürzt werden. Dies begünstigt den CW-Betrieb der Struktur. Durch den CW-Betrieb hat man eine hohe Leistungsaufnahme, dies erfordert eine besondere teilchendynamische und hochfrequenztechnische Auslegung der RFQ-Struktur und eine effiziente Kühlung. Zur Simulation der Hochfrequenzeigenschaften wurde ein Modell des RFQ mit dem Programm Microwave Studio (MWS) erstellt. Die Simulationen ergaben einen nur 2 m langen RFQ mit sehr hoher Transmission > 95%. Nach den entsprechenden Simulationsrechnungen bezüglich der Teilchendynamik und der Hochfrequenzeigenschaften wurde der RFQ aufgebaut. Der zeitaufwändige Aufbau lässt sich in drei Abschnitte einteilen. Die Elektroden wurden präzise ausgemessen. Danach wurden Stützen, Elektroden und Tuningplatten an der Bodenplatte montiert und in den Tank eingesetzt. Im Tank wurden die Elektroden justiert, die zuerst außerhalb vermessen wurden. Die korrekte Position der Elektroden zur Referenzfläche wurde berechnet und mit Hilfe eines Faro-Gage im Tank eingemessen. Die maximale Abweichung der Elektrodenposition konnte auf 0,03 mm reduziert werden. Nach der mechanischen Einrichtung folgte die HF-Anpassung des Resonators. Durch das Erhöhen der Tuningplattenpositionen zwischen den Stützen konnte die Resonanzfrequenz von 90,8 MHz auf 108,4 MHz erhöht werden. Als nächstes wurde die Spannungsverteilung im Tank gemessen und mit Hilfe der Tuningplatten konnte sie so eingestellt werden, dass die maximale Abweichung zur mittleren Elektrodenspannung bei nur ± 2% liegt. Zur weiteren Hochfrequenzabstimmung wurde die Wirkung zweier Tauchkolben mit einem Durchmesser von 75 mm untersucht. Die Tauchkolben ermöglichen eine Anpassung der Frequenz im Bereich von 1,4 MHz. Sie sollen die möglichen Frequenzverschiebungen durch beispielsweise thermische Effekte, auf Grund des HF-Betriebs, regulieren. Für die Hochfrequenzabstimmung wurde eine Ankoppelschleife gefertigt und angepasst. Die Güte des Resonators betrug Q0 = 3100, bei einem RP-Wert RP = 100 kΩm, d.h. die zur Versorgung stehende HF-Leistung (50 kW im CW-Betrieb) reicht aus. An der GSI wurde nach dem Transport eine Kontrolle der Elektroden vorgenommen, danach wurde der RFQ erst einzeln, danach als komplette HLI Einheit getestet. Dazu wurden verschiedene Pulsmessungen und Emittanzmessungen mit Argon 7+ und Argon 8+ durchgeführt. Bei der ersten Strahlinbetriebnahme wurden die Transmission, die Ionenenergie und die Emittanz mit verschiedenen Ionen gemessen. Die ersten Tests des HLI-RFQ waren sehr vielversprechend. In den Tests war zu sehen, dass die vorgenommenen Arbeiten, wie Justage und HF-Abstimmung der Resonanzstruktur, erfolgreich waren. Danach wurde der Strahlbetrieb mit Calcium, bei einer Leistung von 50 kW, durchgeführt. Die gemessene Transmission bei einer Spannung von 43 kV lag bei 70 %. Im Mai 2010 gab es eine 14Stickstoff2+ -Strahlzeit mit einer gepulsten Leistung von N = 90 kW. Danach wurde Anpassungstests mit verschiedenen Schwerionen durchgeführt. Im November 2010 wurden neue Tuningplatten mit einer besseren Stützenkontaktierung sowie einer besseren Kühlung eingebaut. Die Elektroden wurden nach diesen Maßnahmen auf ± 0,04 mm einjustiert. Die Flatness liegt bei ± 2,1 %, die Güte beträgt Q0 = 3300. Der RFQ wurde in die Beamline eingebaut und geht im Januar 2011 in Betrieb.
Design and optimization of the lattice of the superconducting synchrotron SIS300 for slow extraction
(2011)
The superconducting synchrotron SIS300 is planned to be built at the new Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR), at GSI-Darmstadt [1]. SIS300 will be a versatile machine, which by means of a low-energy stretcher-mode or a high-energy ramped-mode will provide slowly extracted heavy ion beams towards the experimental areas. To reach the required maximum field of 4.5 T, cos(θ) magnets are necessary. Thus, SIS300 will become the first superconducting synchrotron worldwide with cos(θ) magnets providing resonant slow extraction.
Since SIS300 will be installed in the same tunnel as the SIS100 synchrotron, the dipole layout of SIS300 cannot be freely chosen. Thus, a standard lattice cannot be applied. A redesign of the SIS300 lattice accepting compromises concerning the positions and phase advances between the optical elements has been proposed. Using the analytical model of the slow extraction, firstly proposed by Kobayashi, and the analytical description of the resonance driving modes, a multiobjective optimization algorithm has been developed for the optimization of the lattice under the given boundary conditions. The final goal of the lattice optimization is a higher efficiency of the slow extraction. The results are evaluated by means of tracking simulations performed with the code Elegant.
The field quality in superconducting cos(θ) magnets is determined by the positions of the superconducting cable and the static and time-dependent effects of the current in the cable. Furthermore, the fast ramp rates of 1 T/s in the dipoles, which are fifty times faster than in any other superconducting cos(θ) magnet, together with the fact that the aperture is smaller than in conventional accelerator magnets, makes it extremely difficult to obtain a high-quality magnetic field. The unavoidable field errors affect the beam dynamics and worsen the slow extraction efficiency. Therefore, the field errors in the SIS300 dipoles have been estimated, and their effects have been taken into account in the optimization algorithm. As a result a compensation scheme has been proposed, in which time-dependent gradients in the sextupoles counteract the decay of the sextupole field errors in the dipole magnets during the slow extraction. For the limits where the compensation was no longer possible, tolerances to the magnet field errors have been determined.
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.
In Nervensystemen werden zahlreiche Informationen wahrgenommen und verarbeitet um ein adäquates Verhalten hervorzurufen. Für die Untersuchung der funktionellen Zusammenhänge hierbei wurden verschiedene Methoden entwickelt, die eine gezielte Manipulation neuronaler Prozesse ermöglichen. Durch Analyse der resultierenden Effekte können dabei synaptische Proteine, einzelne Neuronen oder neuronale Netzwerke funktionell charakterisiert werden. Bisherige Ansätze verfügen jedoch nur über eine geringe zeitliche und räumliche Auflösung oder erlauben lediglich eine eingeschränkte Anwendung im frei beweglichen Tier.
Diese Nachteile können durch die heterologe Expression von lichtgesteuerten, mikrobiellen Rhodopsinen zur gezielten Manipulation des Membranpotentials umgangen werden. So induziert die Photoaktivierung des Kationenkanals Channelrhodopsin 2 (ChR2; (Nagel et al., Curr Biol 2005)) eine Depolarisation, während die Chloridpumpe Halorhodopsin (NpHR; (Zhang et al., Nature 2007)) für die Hyperpolarisation verwendet werden kann. Dabei ermöglichen die schnellen Kinetiken der Rhodopsine eine zeitlich präzise Steuerung des Membranpotentials. Durch Auswahl geeigneter Promotoren ist zudem oftmals eine zell spezifische Expression möglich. Dieser Ansatz wird daher allgemein als Optogenetik bezeichnet.
In der vorliegenden Arbeit wurden zunächst konventionelle Techniken genutzt, um die Funktion von zwei assoziierten Proteinen eines Acetylcholin Rezeptors in C. elegans zu untersuchen. Des Weiteren wurden verschiedene Methoden für den Fadenwurm entwickelt und angewendet, die die Vorteile optogenetischer Techniken für die funktionelle Charakterisierung synaptischer Proteine und neuronaler Netzwerke nutzbar machen. Hierbei erlaubt die Transparenz von C. elegans die optogenetische Stimulation im lebenden Organismus unter nicht invasiven Bedingungen. Weitere Vorteile von C. elegans als neurobiologischem Modellorganismus liegen in seiner einfachen Handhabung (Hope, 1999) und der stereotypen Entwicklung seines Nervensystems mit bekannten anatomischen Ausprägungen (Sulston and Horvitz, Dev Biol 1977; Varshney et al., PLoS Comput Biol 2011; White et al., Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 1986). Durch ihre Häufigkeit und die experimentelle Zugänglichkeit wird hierbei die neuromuskuläre Synapse oftmals zur Erforschung der synaptischen Reizweiterleitung genutzt (Von Stetina et al., Int Rev Neurobiol 2006). Durch pharmakologische (Lewis et al., Neuroscience 1980; McIntire et al., Nature 1993; Miller et al., Proc Natl Acad Sci U S A 1996; Richmond and Jorgensen, Nat Neurosci 1999) und elektrische Stimulation (Richmond and Jorgensen, Nat Neurosci 1999) können dabei Defekte der Transmission hervorgehoben werden, während Verhaltensexperimente oder elektrophysiologische Messungen der post synaptischen Ströme in Muskelzellen eine quantitative Analyse ermöglichen (Richmond and Jorgensen, Nat Neurosci 1999).
Diese Methoden wurden für die funktionelle Charakterisierung von NRA 2 und NRA 4 verwendet, die beide als akzessorische Proteine zusammen mit dem Levamisol sensitiven Acetylcholin Rezeptor der Körperwandmuskelzellen aufgereinigt wurden (Gottschalk et al., EMBO J 2005). Dabei konnte gezeigt werden, dass NRA 2 und NRA 4 im Endoplasmatischen Retikulum (ER) der Muskelzellen einen Komplex bilden, der die Sensitivität von beiden nikotinischen Acetylcholin Rezeptoren gegenüber verschiedenen cholinergen Agonisten verändert. In diesem Zusammenhang wurde auch nachgewiesen, dass die Oberflächenexpression einzelner Untereinheiten der beiden Rezeptoren durch NRA 2/4 beeinflusst wird. Diese Resultate legen die Vermutung nahe, dass beide Proteine die Zusammensetzung der Rezeptoren und somit ihre pharmakologischen Eigenschaften modulieren. Denkbar ist dabei eine regulatorische Funktion bei der Assemblierung verschiedener Untereinheiten zu einem funktionellen Rezeptor oder bei der Kontrolle des ER Austritts von Rezeptoren mit bestimmter Zusammensetzung. In dieser Hinsicht konnte jedoch keine Interaktion von NRA 2/4 mit der Notch Signalkaskade nachgewiesen werden, wie sie für die homologen Proteine nicalin und NOMO in Vertebraten gezeigt wurde (Haffner et al., J Biol Chem 2007; Haffner et al., EMBO J 2004).
Für die Untersuchung synaptischer Proteine durch optogenetische Techniken wurde ChR2(H134R) selektiv in cholinergen oder GABAergen Motorneuronen exprimiert, um die akute und lichtgesteuerte Freisetzung des jeweiligen Neurotransmitters zu ermöglichen. Die resultierende Stimulation bzw. Inhibition von Muskelzellen wurde hierbei durch elektrophysiologische Messungen der post synaptischen Ströme und durch Analyse von Kontraktionen respektive Relaxationen untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass Störungen der synaptischen Reizweiterleitung die Ausprägung und Dynamik dieser lichtinduzierten Effekte beeinflussen und dadurch charakterisiert werden können. So zeigten beispielsweise Mutanten von Synaptojanin und Endophilin nachlassende Effekte bei anhaltender oder wiederholter Stimulation, was durch die gestörte Regeneration synaptischer Vesikel erklärt werden kann (Harris et al., J Cell Biol 2000; Schuske et al., Neuron 2003; Verstreken et al., Neuron 2003).
Die hohe Sensitivität dieser Methode wurde im Nachfolgenden dazu verwendet, die Inhibition cholinerger Motorneuronen durch den metabotropen GABAB Rezeptor zu untersuchen, der in C. elegans aus den beiden Untereinheiten GBB 1 und GBB 2 gebildet wird (Dittman and Kaplan, J Neurosci 2008; Vashlishan et al., Neuron 2008). Dabei konnte zunächst gezeigt werden, dass diese heterosynaptische Inhibition verschiedene lokomotorische Verhaltensweisen der Tiere beeinflusst. Für die mechanistische Untersuchung wurden anschließend cholinerge Motorneuronen durch ChR2(H134R) photoaktiviert, während resultierende Kontraktionseffekte in Abhängigkeit von GBB 1/2 analysiert wurden. Um hierbei die Funktion von GBB 1/2 durch erhöhte GABA Konzentrationen hervorzuheben, wurden zusätzlich GABAerge Motorneuronen optogenetisch stimuliert oder die Wiederaufnahme von GABA aus dem synaptischen Spalt durch Mutation des Membran ständigen GABA Transporters blockiert. So konnte gezeigt werden, dass GBB 1/2 eine akute Inhibition der cholinergen Motorneuronen bewirken, was vermutlich für die Regulation von Bewegungsabläufen eine wichtige Rolle spielt. Die geringe Dynamik der GBB 1/2 induzierten Effekte deutet allerdings darauf hin, dass die synaptische Aktivität durch den metabotropen Rezeptor kaum nachhaltig moduliert wird.
In nachfolgenden Versuchen wurde die optogenetische Stimulation von Motorneuronen außerdem mit der elektronenmikroskopischen Analyse der präsynaptischen Feinstruktur kombiniert. Dadurch konnte die Dynamik der Exozytose und Endozytose synaptischer Vesikel (SV) in Abhängigkeit von neuronaler Aktivität untersucht werden. So wurde gezeigt, dass synaptische Vesikel nahe der aktiven Zone während einer 30 sekündigen Hyperstimulation nahezu komplett aufgebraucht waren. Die vollständige Regeneration der SV Pools benötigte anschließend etwa 12 Sekunden und erfolgte zunächst in der Peripherie der aktiven Zone, was auf eine laterale Heranführung der Vesikel schließen lässt. Nach etwa 20 Sekunden erholte sich ebenfalls die Wirksamkeit der Stimulation von Muskelzellen durch die Motorneuronen, was durch elektrophysiologische Messungen der photo induzierten post synaptischen Ströme gezeigt wurde. Während der Hyperstimulation bildeten sich außerdem große vesikuläre Strukturen, die sich anschließend nach etwa acht Sekunden wieder aufgelöst hatten. In Analogie zu vergleichbaren Experimenten in anderen Organismen liegt die Vermutung nahe, dass es sich dabei um Zwischenprodukte der so genannten Bulk Phase Endozytose handelt, die das Clathrin abhängige Recycling von synaptischen Vesikeln bei starker neuronaler Aktivität ergänzt (Heuser and Reese, J Cell Biol 1973; Miller and Heuser, J Cell Biol 1984; Richards et al., Neuron 2000). Bemerkenswerterweise war der Abbau der vesikulären Strukturen in Synaptojanin und Endophilin defizienten Tieren stark verzögert. Denkbar ist, dass beide Proteine für die Synthese von synaptischen Vesikeln aus den vesikulären Zwischenprodukten der Bulk Phase Endozytose wichtig sind, analog zur ihrer Funktion bei der Clathrin abhängigen Endozytose an der Plasmamembran.
Durch die zielgerichtete Manipulation der Zellaktivität ermöglichen optogenetische Techniken außerdem die funktionelle Charakterisierung von Neuronen und neuronalen Netzwerken. Um die zelluläre Spezifität dieses Ansatzes zu erhöhen, wurde ein Tracking System entwickelt das die Position frei beweglicher Tiere in Echtzeit bestimmt und nachverfolgt. Dadurch konnte die Photoaktivierung optogenetischer Proteine auf definierte Bereiche der Fadenwürmer und somit auf ausgewählte Neuronen innerhalb der Expressionsmuster von verwendeten Promotoren eingeschränkt werden. Des Weiteren ermöglichte hierbei die Auswertung translatorischer Parameter die Analyse verschiedener lokomotorischer Merkmale wie Geschwindigkeit, Bewegungsbahn oder Ausprägung der Körperbiegungen. Dieses System wurde beispielhaft für die konzertierte Photoaktivierung durch ChR2(H134R) bzw. Photoinhibition durch MAC von zwei verschiedenen Gruppen von Neuronen angewendet, um die Integration mechanosensorischer Informationen durch Command Interneuronen zu untersuchen. In diesem Zusammenhang wurde zudem eine Rekombinase basierte Methode für optogenetische Proteine adaptiert, die die Transkription auf die zelluläre Schnittmenge von zwei verschiedenen Promotoren einschränkt und somit die Spezifität der Expression erhöht. Idealerweise kann dieser Ansatz außerdem mit der gezielten Photoaktivierung kombiniert werden, um die zelluläre Selektivität optogenetischer Anwendungen weiter zu verbessern.
Weiterhin ist die Anwendung optogenetischer Techniken bisher durch intrinsische Eigenschaften der verwendeten Rhodopsine auf die relativ kurzzeitige Manipulation des Membranpotentials von Zellen beschränkt. So benötigt ChR2 durch die schnelle Schließung seines offenen Kanals eine kontinuierliche Photoaktivierung, um eine andauernde Depolarisation hervorzurufen. Dies ist jedoch potentiell mit phototoxischen und – besonders bei C. elegans – phototaktischen Nebeneffekten verbunden. Deswegen wurden diverse Mutanten von ChR2 mit stark verlangsamter Inaktivierung (Berndt et al., Nat Neurosci 2009) für ihren Nutzen zur Langzeit Stimulation von erregbaren Zellen im Nematode getestet. Dabei wurde gezeigt, dass ChR2(C128S) durch einen kurzen Photostimulus mit vergleichsweise niedriger Intensität eine anhaltende Depolarisation über mehrere Minuten auslösen kann. Die wiederholte Stimulation in ASJ Neuronen ermöglichte zudem eine langzeitige Depolarisation über mehrere Tage, wodurch die genetisch veranlagte Entwicklung von Tieren manipuliert werden konnte. Durch gezielte Punktmutation konnten außerdem relevante Eigenschaften von ChR2(C128S) für die Langzeit Stimulation weiter verbessert werden.
Als weiteres optogenetisches Werkzeug wurde zudem die Photoaktivierbare Adenylatzyklase alpha (PACa) aus Euglena gracilis (Iseki et al., Nature 2002; Ntefidou et al., Plant Physiol 2003; Schroder-Lang et al., Nat Methods 2007) für die akute und lichtgetriebene Synthese des sekundären Botenstoffs cAMP in C. elegans etabliert. Die Photoaktivierung von PACa in cholinergen Motorneuronen verstärkte dabei die Neurotransmitterfreisetzung und induzierte hyperlokomotorische Phänotypen, vergleichbar zu Mutanten mit erhöhten cAMP Konzentrationen.
Zusammengefasst wurden diverse optogenetische Techniken für C. elegans entwickelt und optimiert, die die zellspezifische und nicht invasive Manipulation des Membranpotentials beziehungsweise die Synthese des sekundären Botenstoffs cAMP durch Licht im frei beweglichen Tier ermöglichen. Diese Methoden können zur gezielten Störung neuronaler Aktivität angewendet werden, um dadurch neurobiologische Fragestellungen im Fadenwurm zu untersuchen. Dies wurde beispielhaft für die Erforschung der synaptischen Reizweiterleitung und die funktionelle Analyse neuronaler Netzwerke demonstriert. Denkbar ist außerdem, diese für C. elegans etablierten Methoden vergleichbar in anderen Modellorganismen anzuwenden. So sind die Fruchtfliege ebenso wie der Zebrafisch Embryo bereits für optogenetische Techniken erprobt (Arrenberg et al., Proc Natl Acad Sci U S A 2009; Schroll et al., Curr Biol 2006). Für Säugetiere wie die Maus, die Ratte und den Makaken wurden zudem bereits Ansätze entwickelt, die die gezielte Photostimulation in lebenden und frei beweglichen Tieren ermöglichen (Han et al., Neuron 2009; Wentz et al., J Neural Eng 2011; Yizhar et al., Nature 2011; Zhang et al., Nat Rev Neurosci 2007).
Hypoxie und Stickstoffmonoxid (NO) sind wichtige Mediatoren von akuten und chronischen Erkrankungen sowie auch von Tumoren. Makrophagen spielen eine zentrale Rolle bei der Eliminierung von Pathogenen aber auch bei der Induktion, Entwicklung und Metastasierung von Tumoren. Wenn Makrophagen in verletztes Gewebe, einen Entzündungsherd oder in einen Tumor einwandern, sind sie einem Umfeld ausgesetzt, das durch Hypoxie und die Produktion von NO und ROS erheblichen Stress auf die Zellen ausübt. Dieser Zellstress wirkt sich auf das Redoxgleichgewicht und damit auf die Signaltransduktion der Zellen aus. Im ersten Teil meiner Arbeit wurde mittels einer Micoarray-Analyse die Interaktion von hypoxischen und NO-vermittelten Signalen in Makrophagen und deren Bedeutung für die Zellen im entzündlichen Umfeld ermittelt. In RAW 264.7 Makrophagen wurden 196 Gene als Hypoxie-reguliert 85 Gene als DETA-NO-reguliert identifiziert. Die Mehrzahl der Gene (292) wurde jedoch von einer Kombination aus Hypoxie und DETA-NO reguliert und lediglich 14 Gene wurden in allen drei Ansätzen identifiziert. Aus der Gruppe der durch Hypoxie-und DETA-NO-regulierten Transkripte zeigte Sesn2 als Peroxiredoxin (Prdx) Reparatur-Protein eine signifikant höhere Induktion durch DETA-NO im Vergleich zur Hypoxie. Mit Hilfe von HIF-1α-/- Maus-Peritonealmakrophagen wurde Sesn2 als sowohl Hypoxie- und NO-reguliertes HIF-1α Zielgen identifiziert. Eine Vorinkubation der RAW 264.7 Zellen mit DETA-NO reduzierte die Bildung von überoxidiertem, inaktivem Prdx durch H2O2. Die Reduktion an überoxidiertem Prdx durch eine Vorinkubation mit DETA-NO konnte mittels eines siRNA knockdowns auf Sesn2 zurückgeführt und Sesn2 als Prdx-Reduktase etabliert werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass eine Vorinkubation von Makrophagen mit NO die Akkumulation von Sesn2 HIF-1α-abhängig induziert und somit Prdxs vor einer Überoxidierung durch ROS schützt. Die Aktivierung von HIF-1α durch Hypoxie oder NO kann somit die Vitalität von Zellen in einem entzündlichen Mikroumfeld verbessern. Im zweiten Teil meiner Arbeit wurde mittels konditioneller knockouts von HIF-2α und HIF-2α in myeloiden Zellen deren Auswirkung auf die Tumorentwicklung im PyMT Tumormodell untersucht. Die Tumorbelastung der Tiere zeigte in Folge der myeloiden knockouts von 1α und HIF-2α nur eine leichte Tendenz zu geringerer Tumorbelastung. Im Gegensatz zum myeloiden HIF-2α knockout beschleunigte der knockout von HIF-1α die Tumorinzidenz in PyMT Mäusen verlangsamte jedoch die Tumorentwicklung. Zusätzlich führte der myeloide knockout von HIF-1α und HIF-2α zu verstärkter Tumorhypoxie. Dies konnte auf eine Beeinträchtigung der Tumorangiogenese in den Tumorkernzonen zurückgeführt werden, wobei die Angiogenese durch das Fehlen von myeloidem HIF-1α am stärksten beeinträchtigt wurde. Während der Entstehung eines Tumors und dessen Progression werden die Tumorumgebung, das sogenannte Stroma, und der Tumor selbst von unterschiedlichen Immunzellen infiltriert. Der myeloide knockout von HIF-1α hatte erheblichen Einfluss auf die Immunzellverteilung im Tumorgewebe. Es wanderten weniger Makrophagen und B Zellen in den Tumor ein, wohingegen die Zahl von CD4+ T Helfer Zellen signifikant erhöht war. Zusätzlich wurde die Reifung der Dendritischen Zellen (DCs) durch den myeloiden knockout von HIF-1α erheblich beeinträchtigt. Der myeloide knockout von HIF-2α resultierte lediglich in einer verminderten Zahl an B Zellen und T Zellen im Tumorgewebe. Wildtyp und HIF-2α-/- Makrophagen, die hypoxische Tumorareale infiltrierten wiesen eine erhöhte Akkumulation von HIF-1α Protein auf. Makrophagen mit einem knockout von HIF-1α zeigten daraus folgend keine Akkumulation des HIF-1α Proteins in hypoxischen Tumorarealen. Darüber hinaus wurde Ym1 in allen Makrophagen-Genotypen im Tumorgewebe gleichstark exprimiert, wohingegen die Expression von iNOS im Tumorgewebe durch den myeloiden knockout von HIF-1α und HIF-2α verringert war. Die kolokalisierte Expression von iNOS und Ym1 in den Tumor-assoziierten Makrophagen deutet auf eine sowohl pro- als auch anti-inflammatorische Aktivierung der Makrophagen im Tumor hin. Die Ergebnisse der Immunzellverteilung von Makrophagen, unreifen DCs, CD4+ T Helfer Zellen sowie auch die verminderte iNOS-Expression weisen jedoch auf ein eher anti-inflammatorisches Tumormileu der PyMT+/-/HIF-1α -/- Tiere hin. Dies zeigt, dass HIF-1α in Makrophagen an der Entstehung eines inflammatorischen Tumormileus beteiligt ist.
Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen führten zu folgenden Ergebnissen:
1. In-silico Analysen von putativen Apoptose-Faktoren im Genom von P. anserina
Es konnten mehrere Gene, die in einer Apoptose-Maschinerie involviert sein könnten, im Genom von P. anserina identifiziert werden. Diese Homologen wurden in zwei Ka-tegorien unterteilt: (i) die nicht-mitochondrialen Proteine PaMCA1, PaMCA2 und PaPARP und (ii) die Homologen des Apoptose-induzierenden Faktors AIF.
2. Einfluss der Metacaspase-Aktivität auf programmierte Zelltodprozesse
Mithilfe von Aktivitätsmessungen konnte eine Arginin-spezifische Aktivität der Meta-caspasen nachgewiesen werden. Diese Metacaspase-Aktivität nimmt in seneszenten Kulturen und nach H2O2-Behandlung signifikant zu. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese eines programmierten, ROS-induzierten Zelltods im letzten Entwicklungs-stadium des Alternsmodell P. anserina.
3. Die Rolle von AIF-Homologen in der Entwicklung von P. anserina
GFP-Fusionsproteine identifizierten eine mitochondriale Lokalisation der AIF-Homologen PaAIF2, PaAMID2 und PaPRG3. Desweiteren konnte eine altersabhängige PaAIF2-Translokation von den Mitochondrien zum Zellkern gezeigt werden, ähnlich der Apoptose-induzierenden Translokation von humanem AIF. Die Deletion von PaAif2 und PaAmid2 führte zu einer signifikanten Resistenz gegenüber oxidativem Stress und zu einer Verlängerung der Lebensspanne. Diese Befunde weisen auf einen ROS-induzierten, AIF-vermittelten Zelltod hin, der an der Lebensspannen-Kontrolle von P. anserina beteiligt ist.
4. Die Funktion des Proteins PaCYPD bei Seneszenz und programmiertem Zelltod
Membranpotential-Messungen konnten einen Rückgang des mitochondrialen Memb-ranpotentials von 21 % bei den PaCYPD-Überexpressionsstämmen nachweisen. Durch die Behandlung mit dem spezifischen PaCYPD-Inhibitor CSA konnte das Membranpo-tential wieder normalisiert werden. Zusammen mit dem detektierten Verlust von
7 Zusammenfassung
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Cytochrom c in den Mitochondrien der Überexpressionsstämme wird durch diese Studi-en die Vermutung einer PaCYPD-abhängigen Öffnung der mPTP untermauert. Die Pa-PaCypD-Deletion führte zu einer signifikanten Resistenz gegenüber mitochondrial-abhängigem, oxidativem Stress und gegenüber verschiedenen Apoptose-Induktoren. Die Überexpression von PaCypD hingegen führte zu einem beschleunigten Alterungspro-zess (Präseneszenz), einem verschlechterten Resistenzverhalten gegenüber Stress- und Apoptose-Induktoren und zu einer massiven Verkürzung der Lebensspanne. Die Le-bensspanne konnte aber durch die Behandlung mit CSA wieder auf Wildtyp-Niveau verbessert werden. Dies weist auf einen PaCYPD-vermittelte Zelltod hin. Interessan-terweise konnte durch das Wachstum auf CSA-haltigem Medium auch die Lebensspanne des Wildtyps verlängert werden. Um die hier nachgewiesene, lebensver-längernde Wirkung von CSA zu verifizieren, könnte diese Studie leicht auf andere Modellorganismen übertragen werden.
1. Das Genom von A. woodii konnte sequenziert und annotiert werden. Der Organismus besitzt ein Chromosom von 4050521 Bp und keine Plasmide. Es sind 3495 ORFs kodiert. 2. Die Gene, die die Enzyme des Wood-Ljungdahl-Weges kodieren, konnten identifiziert werden. Sie sind hauptsächlich in drei Clustern organisiert, wobei für Cluster II gezeigt werden konnte, dass es ein Operon bildet und dort ungewöhnlicherweise ein RnfC-ähnliches Protein kodiert ist. 3. Gene für Proteine der Hexose-Verwertung konnten ebenfalls identifiziert werden. A. woodii besitzt sowohl PTS-Systeme als auch einen Na+/Zucker-Symporter zur Aufnahme von Hexosen. Die Enzyme der Glykolyse sind vollständig im Genom vorhanden und liegen im gesamten Genom verstreut vor. 4. Neben den Genen für die bereits charakterisierte Hydrogenase existieren im Genom weitere Gene, die potentielle Hydrogenasen oder Untereinheiten dieser kodieren. 5. Lange wurde für Methyltransferasen in A. woodii vermutet, dass es sich um energiekonservierende Enzyme handelt. Die Genomsequenz zeigte, dass das Genom Gene für 20 Methyltransferasen 1, 10 Methyltransferasen 2 und 22 Corrinoid-Proteine enthält. Die Methyltransferase und das Corrinoid-Protein des Wood-Ljungdahl-Weges konnten identifiziert werden. Allerdings konnte für keines der korrespondierenden Proteine eine Membranständigkeit vorhergesagt werden, was eine Beteiligung der Methyltransferasen an der Energiekonservierung ausschließt. Die Vielzahl der Methyltransferasen passt aber zu der Vielzahl von methylierten Verbindungen, die der Organismus verstoffwechseln kann. 6. Neben den gut charakterisierten etf-Genen aus dem car-Operon, das bei der Caffeat-Reduktion eine wichtige Rolle spielt, gibt es ein weiteres etf-Paar, welches mit den Genen für eine Laktat-Dehydrogenase und eine Laktat-Permease kolokalisiert ist. Welche Rolle die Proteine spielen bleibt noch aufzuklären. 7. Außer den Genen für die gut charakterisierte F1F0-ATP-Synthase finden sich Gene für eine V-Typ ATPase. Diese Gene bilden ein Operon. Desweiteren konnte gezeigt werden, dass die Untereinheit VatA auch produziert wird. Die physiologische Rolle konnte allerdings noch nicht geklärt werden. 8. Basierend auf den genomischen Daten konnte ein Modell des Flagellums erstellt werden. Desweiteren wurde eine Vielzahl von Genen für chemotaktische Proteine identifiziert. Zur Verarbeitung von Umweltsignalen besitzt A. woodii Komponenten des Che-Systems, die zum einen aus E. coli und zum anderen aus B. subtilis bekannt sind. 9. In Proteomanalysen konnte festgestellt werden, dass die Enzyme des Wood- Ljungdahl-Weges beim Wachstum auf H2 + CO2 im Vergleich zum Wachstum auf Fruktose induziert werden, die Enzyme der Glykolyse werden dagegen reprimiert. Desweiteren ist die Hydrogenase (HydAB) auf H2 + CO2 induziert. Das am stärksten induzierte Protein ist eine Alanin-Dehydrogenase, deren Rolle im Stoffwechsel unbekannt ist. 10. Die Untersuchung des genomischen Kontextes der für die Na+-translozierende Ferredoxin:NAD+-Oxidoreduktase (Fno/Rnf) kodierenden Gene rnfCDGEAB ergab keine weiteren Gene, die mit Rnf in Verbindung stehen. Experimentelle Befunde zeigen, dass die Gene rnfCDGEAB ein Operon bilden. 11. Nach der Generierung von Antikörpern gegen die Untereinheiten des Rnf-Komplexes, die große lösliche Anteile besitzen, konnte nachgewiesen werden, dass RnfB, C und G in der Membran lokalisiert sind. Desweiteren wurde nachgewiesen, dass deren Produktion unabhängig von der An- oder Abwesenheit von Caffeat und den getesteten C-Quellen ist. 12. RnfG konnte in E. coli überproduziert und anschließend gereinigt werden, allerdings fehlte der vorhergesagte, kovalent gebundene Flavin-Cofaktor. 13. RnfC konnte ebenfalls in E. coli überproduziert und anschließend gereinigt werden. Nach Rekonstitution mit Eisen und Schwefel konnte ein Fe-Gehalt von 8 nmol/ nmol Protein und ein Schwefel-Gehalt von 5 nmol/nmol Protein bestimmt werden. Die im UV/Vis-Spektrum sichtbaren Maxima wiesen auf die Anwesenheit von FeS-Zentren hin. EPR-Analysen deuten darauf hin, dass die FeS-Zentren nur unvollständig assembliert sind. 14. Im Genom von A. woodii ist ein Cluster von Genen, das Proteine zur Umsetzung von 1,2-Propandiol kodiert, zu finden. Elektronenmikroskopisch konnte nachgewiesen werden, dass der Organismus in Gegenwart von 1,2-Propandiol Mikrokompartimente bildet. 15. In Zellsuspensionsversuchen konnte nachgewiesen werden, dass 1,2-Propandiol nicht zu Propionat und Acetat, sondern zu 1-Propanol und Propionat über das Intermediat Propionaldehyd umgesetzt wird. 16. Rohextrakte 1,2-Propandiol-gezogener Zellen katalysierten die Reduktion von NAD+ mit Propionaldehyd als Reduktant. Die Reaktion benötigte CoA, NAD+ (Km 0,35 mM) und Propionaldehyd (Km 1,3 mM). Das Temperaturoptimum betrug 30°C und das pH-Optimum lag zwischen pH 8 und 10. 17. Ein Antikörper gegen die Propionaldehyd-Dehydrogenase (PduP) aus S. enterica reagierte mit einem ca. 50 kDa-Protein 1,2-Propandiol-gezogener Zellen. Dies zeigt, dass PduP aus A. woodii und PduP aus S. enterica immunologisch verwandt sind. Western-Blot-Analysen zeigten, dass PduP nur in 1,2-Propandiol-, 2,3-Butandioloder Ethylenglykol-gezogenen Zellen nachweisbar war, aber nicht in Zellen die auf Fruktose, Ethanol oder H2 + CO2 gezogen waren. 18. Die Aktivität der Propionaldehyd-Dehydrogenase war in Zellen gezogen auf 1,2-Propandiol am höchsten. Nach Wachstum auf Fruktose oder H2 + CO2 war die Aktivität sehr niedrig. Genau gegensätzlich verhielten sich die Aktivitäten der Formiat-Dehydrogenase, einem Enzym des Wood-Ljungdahl-Weges, der ATPHydrolyse und des Rnf-Komplexes. 19. In Gegenwart von Caffeat und 1,2-Propandiol konnte A. woodii nicht wachsen. Das Wachstum auf 2,3-Butandiol oder Ethylenglykol in Gegenwart von Caffeat war möglich.
Im Mittelpunkt der Arbeit steht das Schreiben als Lerninstrument im Rahmen von Lernjournalen. Ausgehend von der Annahme, dass durch Schreiben höherrangige kognitive Prozesse angeregt werden können, ist das Ziel der vorliegenden Arbeit die Untersuchung der Effekte von Schreibinstruktionen (Prompts) auf die Qualität kognitiver Prozesse bei der Textproduktion. Im Rahmen zweier Untersuchungen werden dazu Studierende angeleitet, mit den Aufgaben Texte zu verschiedenen Themengebieten zu verfassen. Die Texte werden mithilfe einer Taxonomie, mit der die Komplexität von Lernergebnissen abgebildet wird, analysiert und ausgewertet. Im Zentrum der ersten Untersuchung steht die Frage, inwiefern sich verschiedene Anforderungsspezifika der Prompts auf die Komplexität der produzierten Texte auswirken. Die zweite Untersuchung geht der Frage nach, wie Schreibprozesse durch verschiedene Formen von Feedback beeinflusst werden und befasst sich mit den Wechselwirkungen des Feedbacks,der Motivation der Lerner und der aus den Texten erkennbaren Verarbeitungstiefe. Die Ergebnisse zeigen zum einen, dass Lerner mit Prompts bereits zu Beginn eines Lernzyklus dazu angeregt werden können, Elaborationsstrategien einzusetzen und komplexe Wissensstrukturen beim Schreiben aufzubauen. Zum anderen deuten sich Effekte des Feedbacks auf die Motivation der Lerner an, da sich in Abhängigkeit der Feedbackform unterschiedliche Motivationsverläufe nachweisen ließen. Die Befunde weisen also darauf hin, dass Feedback den Lernprozess auf der motivationalen Ebene beeinflusst. Insgesamt werden in der Arbeit Faktoren untersucht, die bei der Gestaltung einer Lernumgebung mit Lernjournalen zu beachten sind. Die Befunde geben Hinweise darauf, wie Lernjournale in eine Seminarstruktur eingebettet werden können, um die Komplexität der Schreibprozesse erwachsener Lerner zu erhöhen.
Afyonkarahisar ist eine der größeren Städte im westlichen Kleinasien, die auf eine sehr alte wie auch reiche Geschichte zurückblicken kann. Schon im Altertum ist Akroinon (Ακροϊνόν), wie Afyon damals von den Griechen genannt wurde, ein reges kulturelles Zentrum. Diese Stellung hat der Ort sich bis heute bewahrt als Hauptstadt der gleichnamigen türkischen Provinz Afyonkarahisar (Afyonkarahisar İli). Gemeinhin rechnet man deren Territorium dem ägäischen Raum zu. Genau genommen erstreckt es sich jedoch über drei geographische Zonen: Der größte Teil gehört in der Tat der Ägäischen Zone (Ege Bölgesi) an. Der die Distrikte (İlçe) von Başmakçı, Dinar, Dazkırı und Evciler umfassende Südzipfel macht Teil der Mediterranen Zone (Akdeniz Bölgesi) aus während einige Landstriche im Nordosten und Osten bereits zu Inneranatolien (İçanadolu Bölgesi) gehören. ...
Ziel der Studie: ist es die Wirkung von drei Doppel-Proteaseinhibitor Regimen, bestehend aus Lopinavir (LOPSAQ), Atazanavir (ATSAQ) oder Fosamprenavir (FOSAQ) jeweils mit Saquinavir und einer Ritonavir Boosterung ohne NRTI Backbone, an HIV positiven Patienten, auf den Fettstoffwechsel zu untersuchen. Methode: Es handelt sich um eine vergleichende Kohorten-Analyse an 173 Patienten, welche jeweils eines der drei Regime als einzige antiretrovirale Therapie erhielten. Für alle Patienten wurde das Gesamt-Cholesterin und Triglyceride zur Baseline (dem Therapiebeginn) und dann über einen Beobachtungszeitraum von 48 Wochen in den Abständen von 4, 8, 12, 16, 20, 24, 36, 48 Wochen und einen follow up Wert analysiert. High-density-lipoprotein (HDL) und low-density-lipoprotein (LDL) wurden nur bei nüchtern Abnahmen gemessen. Zusammenfassung der Ergebnisse: Das Alter der Patienten zur Baseline betrug im Median 42 Jahre, davon waren 139 (80,4%) männlich und der Zeitpunkt es Therapiebeginns lag 10,1 Jahre nach dem 1. HIV-positiven Test. 158 der Patienten war ART-erfahren und erhielten ein geboostertes Doppel-PI Regime aufgrund von Resistenzen und/oder Toxizität des vorhergegangenen Regimes. Unter diesen Patienten hatten 68 Patienten eine Therapiepause, 90 Patienten erhielten ein PI-sparendes Regime und 15 Patienten waren ART-naiv vor Therapiebeginn. Es bestanden keine signifikanten Unterschiede des Fettstoffwechsel zwischen den drei Gruppen. 26 der 173 Patienten hatten einen Lipidsenker erhalten (LOPSAQ n=20, ATSAQ n=4, FOSAQ n=2) und 7 ( 4%) der Patienten mussten während des Therapieregimes auf einen Fettsenker eingestellt werden. Das Gesamt-Cholesterin stieg über den Beobachtungszeitraum von 48 Wochen in allen drei Gruppen vom Baseline Wert zur Woche 48 signifikant an. Die Werte betrugen für LOPSAQ einen Anstieg von 166 mg/dl auf 213 mg/dl, für ATSAQ von 168 mg/dl auf 216 mg/dl und für FOSAQ von 161 mg/dl auf 235 mg/dl (LOPSAQ und ATSAQ p<0.01; FOSAQ p< 0,05, ITT-Analyse), Die Triglyceridwerte stiegen nur in der LOPSAQGruppe signifikant an (von 195 mg/dl auf 283 mg/dl; p<0.01), jedoch nicht für die anderen beiden Gruppen (ATSAQ: von 161 mg/dl auf 202 mg/dl, p=0.2; FOSAQ: von 130 mg/dl auf 220 mg/dl, p=0.6). HDL und LDL stiegen ebenfalls nur in der LOPSAQ-Gruppe signifikant von 34 mg/dl auf 45 mg/dl für HDL (p< 0,001) und von 93 mg/dl auf 127 mg/dl für LDL (p<0,001) an. In der ATSAQGruppe stiegen die Werte von 36 mg/dl auf 49 mg/dl (p= 0,23) für HDL und von 98 mg/dl auf 135 mg/dl (p=0,46) für LDL an. Zwischen den Therapiegruppen konnten keine signifikanten Unterscheide in der Qualität dargestellt werden. Diskussion und Schlussfolgerung: Für alle drei Therapieregime konnte ein Anstieg der Fettwerte zur Woche 48 dargestellt werden. In der LOPSAQ- und ATSAQ-Gruppe zeigte sich bezüglich der Cholesterin-Werte kein deutlich größerer Anstieg, als bei einer Therapie mit nur einem PI. Für die FOSAQ-Gruppe war dagegen ein deutlich stärkerer Anstieg der Cholesterin-Werte bemerkbar. Für die Triglycerid-Werte konnte in allen drei Therapieregimen ein deutlich höherer Anstieg im Vergleich zu Einzel-PI-Regimen beobachtet werden. Die HDL-Werte unterschieden sich in den beiden Gruppen (LOPSAQ und ATSAQ) kaum von denen eines Therapieregimes mit nur einem PI. Die LDL-Werte dagegen stiegen in beiden Gruppen im Vergleich zu einem Therapieregime mit nur einem PI verstärkt an. 4% der Patienten mussten wären des Beobachtungszeitraum auf einen Lipidsenker eigestellt werden. Aufgrund der erhöhten Fettwerte stieg das kardiovaskuläre Risiko der Patienten leicht an, das absolute kardiovaskuläre Risiko scheint aufgrund der Doppel-PI Therapie jedoch für die meisten HIV-infizierten Patienten nur gering erhöht zu sein. Davon sind jedoch Patienten ausgenommen, die noch weitere kardiovaskuläre Risikofaktoren vereinen.
Die Dissertation gliedert sich in zwei Teile – einen methodisch-wissenschaftstheoretischen bzw. biografisch-dogmenhistorischen und einen wirtschaftsethischen Bereich. Beide Abschnitte sind wechselseitig miteinander verzahnt. Im ersten Teil geht es vorwiegend um biografische und theoriegeschichtliche Fragestellungen. Der erste Aufsatz – On the Affiliation of Phenomenology and Ordoliberalism – beschäftigt sich mit dem wechselseitigen Einfluss von Husserl, Rudolf und Walter Eucken. Der erste Aufsatz – On the Affiliation of Phenomenology and Ordoliberalism – beschäftigt sich mit dem wechselseitigen Einfluss von Husserl, Rudolf und Walter Eucken. Dabei wird eine Drei-Ebenen-Unterscheidung vorgenommen: Einflüsse lassen sich demnach nicht nur auf der biografischen, sondern gleichfalls auf der wissenschaftstheoretischen und sozialphilosophischen Ebene ausmachen. Dennoch ist Vorsicht geboten, denn der Einfluss der Phänomenologie auf das Werk Walter Euckens sollte nicht überbetont werden, in dem Sinne, dass man Eucken als angewandten Phänomenologen und die Husserlsche Phänomenologie als Metatheorie des Ordoliberalismus darstellt. Vielmehr ist von einem eklektischen Denkmuster in den Schriften Euckens auszugehen, das maßgeblich vom Werk seines Vaters beeinflusst wurde (d.i., Walter Eucken als Rudolf Euckenianer) – und dies sowohl im Bereich der Wissenschaftstheorie und Methodik als auch im Kontext des sozialphilosophischen Topos der Gesellschaftskrisis. Der zweite Aufsatz – An Ordoliberal Interpretation of Adam Smith – geht den Parallelen im Denken Adam Smiths und Euckens nach. Auffallend ist, dass Eucken Smith meist im Zusammenhang mit seiner Kritik am laissez faire- respektive Paläoliberalismus zitiert. Dabei ist seine Bezugnahme auf Smith von verzerrten Stereotypen geprägt – und dies obwohl es einige bemerkenswerte Parallelen nicht nur zwischen Eucken und Smith, sondern auch zwischen Smith und Kant gibt. Der Übergang vom sogenannten Paläo- bzw. klassischen Liberalismus hin zum Ordoliberalismus ist somit gradueller, nicht jedoch revolutionärer Art. Im Mittelpunkt des zweiten Hauptteils stehen wirtschaftsethische Themenstellungen, die eine große Affinität zum Forschungsprogramm des Exzellenzclusters 'Die Herausbildung normativer Ordnungen' aufweisen. Dabei geht es wesentlich um die Herausarbeitung des ethischen Gehalts und der stark normativen Komponenten des Ordoliberalismus. Die ersten Essays im zweiten Teilbereich der Dissertation beziehen sich primär auf Eucken und die Freiburger Schule. Die letzten beiden Aufsätze jedoch sind bestrebt, über Eucken hinauszugehen und den Ordoliberalismus i.e.S. um den Soziologischen Neoliberalismus bzw. den Wirtschafts- und Sozialhumanismus Rüstows und Röpkes zu erweitern. Die Aufsätze 'Über die normativen Implikationen des Ordoliberalismus für die moderne Wirtschaftsethik' und 'On the Economic Ethics of Walter Eucken' geben dem Leser einen Überblick über die Wirtschaftsethik der Freiburger Schule im Allgemeinen und Walter Euckens im Besonderen. Dabei wird insbesondere das ordoliberale Staats- sowie das (in der kantischen Tradition stehende) Freiheitsverständnis herausgearbeitet und der Versuch unternommen, Eucken für die moderne Wirtschaftsethik anschlussfähig zu machen. Als Ergebnis wird Euckens Ordoliberalismus, dem es um ein ausgewogenes Verhältnis von Eigeninteresse und Gemeinwohl und die Realisierung des Ideals einer funktionsfähigen und menschenwürdigen Gesellschaftsordnung geht, im Spannungsfeld von Homannscher Moralökonomik und Ulrichs Integrativer Wirtschaftsethik porträtiert. Ergänzt wird dieser Einblick in die ordoliberale Wirtschaftsethik durch das Kapitel 'Von Hayek and Ordoliberalism on Justice', das die Gerechtigkeitskonzeptionen Euckens, Rüstows und Röpkes mit derjenigen von von Hayek kontrastiert. Derart werden u.a. die Unterschiede zwischen Ordoliberalismus und Evolutorischem Liberalismus deutlich. Das Kapitel 'Individual versus Regulatory Ethics: An Economic-Ethical and Theoretical-Historical Analysis of German Neoliberalism' untersucht im Anschluss an Foucaults ‚Ambiguitätsthese‘ das Verhältnis von Individual- und Ordnungsethik und kommt zu dem Ergebnis, dass es die Besonderheit des Ordoliberalismus ist, eine weitreichende, integrative Einheit beider Ebenen vorzunehmen. Aufbauend auf der Unterscheidung von Individual- und Ordnungsethik werden im vorletzten Kapitel – 'Ordoliberalism and the Evolution of Norms' – schließlich die divergierenden Normengenese-Prozesse im Ordoliberalismus einer Analyse unterzogen. Das verblüffende Resultat lautet, dass im Ordoliberalismus zwei unterschiedliche Arten der Entstehung von Normen nebeneinander existieren – eine kulturell-evolutionäre und eine elitär-expertokratische. Mithilfe dieser Unterscheidung ist eine weitere Differenzierung zwischen von Hayek und dem Ordoliberalismus möglich. Das letzte Kapitel – Beyond Ordoliberalism? – fasst zentrale Kritikpunkte am Ordoliberalismus noch einmal zusammen und geht der Frage nach, inwiefern es realistisch erscheint, auf eine Renaissance eines aktualisierten Ordoliberalismus zu hoffen?
Die kutane Wundheilung hat die funktionelle Wiederherstellung der Gewebeintegrität nach Schädigung zum Ziel. Sie erfolgt im Sinne einer gesteuerten Kaskade von sequentiellen Ereignissen. Diese umfassen die Hämostase, die Inflammation, die Granulation, die Reepithelialisierung und das Remodeling. Die zugrundeliegenden Prozesse werden von einer Vielzahl proinflammatorischer Zytokine und Wachstumsfaktoren reguliert. Neben diesen Proteinmediatoren ist eine Beteiligung löslicher Kleinmoleküle, wie dem Stickstoffmonoxid (NO), für die Regulation der Wundheilung bekannt.
NO ist ein flüchtiges Radikal, welches enzymatisch durch die Isoformen der Stickstoffmonoxidsynthasen (NOS) aus der Aminosäure L-Arginin synthetisiert wird. NO entfaltet ein breites Spektrum physiologischer und pathophysiologischer Effekte. Dabei ist für die induzierbare NOS (iNOS) eine relevante Beteiligung an epithelialen Prozessen hinreichend dokumentiert. FRANK et al. [1998] konnten eine starke Induktion der iNOS während der kutanen Wundheilung sowie einen funktionellen Zusammenhang zu den NO-Wirkungen auf Keratinozyten zeigen, die in Verbindung mit der enzymatischen Funktion der iNOS stehen.
Eine gestörte kutane Wundheilung wurde auch für Mäuse mit Defizienz der endothelialen NOS (eNOS) beschrieben. Die Beteiligung der eNOS an der Wundheilung war bislang jedoch weitgehend unklar. Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, die Expressionsmuster der eNOS im Wundheilungsverlauf in gesunden und diabetischen Mäusen aufzuzeigen.
In einem kutanen Wundheilungsmodell in Mäusen konnte die Expression von eNOS mRNA und Protein gezeigt werden. Die Expressionskinetik zeigte eine moderate Induktion der eNOS in den frühen Wundheilungsphasen. Diese ließ sich nicht mit einer endothelialen Expressionsänderung erklären, wie es Untersuchungen mit CD31 als pan-endothelialem Marker nahe legten.
Immunhistochemisch konnten Gefäßendothelien des Granulationsgewebes, Keratinozyten der Wundränder, das sich ausbildende Neo-Epithel und Haarfollikel als zusätzliche Quellen der eNOS Proteinexpression in Wunden identifiziert werden. Die eNOS Färbung zeigte sich dabei begrenzt auf die suprabasal gelegenen Keratinozyten der benannten Epithelien. Die Expression der eNOS in Keratinozyten konnte schließlich auch in kultivierten primären humanen Keratinozyten und HaCaT Keratinozyten auf mRNA-Ebene bestätigt werden.
Darüber hinaus zeigte sich ein funktioneller Zusammenhang zwischen eNOS Expression und epithelialer Proliferation: So bildeten eNOS-defiziente Mäuse deutlich reduzierte Wundrandepithelien aus, die durch eine verminderte Proliferation der Keratinozyten charakterisiert waren. Untersuchungen an diabetischen Mäusen (db/db) stützten diesen funktionellen Zusammenhang. In den Expressionskinetiken in diabetischen Tieren zeigte sich eine deutlich reduzierte Expression von eNOS mRNA und Protein vor allem in den späten Wundheilungsphasen.
In der vorliegenden Arbeit werden die zeitliche Expression der eNOS, die Detektion der eNOS in Wunden sowie deren Alteration in diabetischen Mäusen mit Bezug auf ihre funktionelle Bedeutung in der kutanen Wundheilung abschließend diskutiert.
Die Dissertation widmet sich der Religionspolitik des oströmischen Kaisers Marcianus, der während der Zeit des Konzils von Chalcedon regierte (450-457). In der Arbeit wird die These aufgestellt, dass der Kaiser einen geradlinigen und konsequenten Kurs in seiner Religionspolitik verfolgte.
Um die These zu untermauern, wurden als Quellen vorwiegend zeitgenössische Dokumente herangezogen: neben Gesetzen und Briefmaterial aus der Feder des Kaisers sowie des römischen Bischofs Leo bestehen diese aus den umfangreichen Konzilsakten.
Die Arbeit zeigt auf, dass sich Marcianus bereits bei seinem Herrschaftsantritt in den dogmatischen Streitigkeiten der Zeit positionierte, indem er sich eindeutig auf die Seite des Dogmas stellte, das der kurz zuvor verstorbene Bischof von Constantinopel Flavianus vertreten hatte, und gleichzeitig das radikal alexandrinische Glaubensbekenntnis ablehnte, das durch den Constantinopolitaner Mönch Eutyches verfochten wurde und dem die Mehrheit seines Reichs im Sommer 450 folgte. Damit setzte er sich von seinem Vorgänger Theodosius II. ab, unter dem es offensichtlich zu keiner Kursänderung in der Religionspolitik gekommen war. Weil das Wohl des Reichs und seine Herrschaft vom orthodoxen Glauben abhingen, war er während seiner gesamten Regierungszeit bemüht, alle für den ‚rechten Glauben‘ zu gewinnen und so die Glaubenseinheit zu wahren. Auch bei den in der Folgezeit des Konzils auftretenden Widerständen gegen die Beschlüsse der Synode setzte Marcianus nicht nur seinen religionspolitischen Kurs durch, sondern verteidigte ziemlich einsam die Glaubensformel des Konzils; selbst in den Widerstandszentren hielt er seinen religionspolitischen Kurs durch, indem er in Palaestina die Aufstände zum Erliegen brachte, in Aegypten mit Hilfe des Militärs den chalcedonischen Bischof zumindest bis zu seinem Tod stützen konnte. Somit kann sein religionspolitischer Kurs von Herrschaftsantritt an bis zu seinem Tod als konsequent und geradlinig bezeichnet werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Epoxyeicosatriensäuren (EETs) hinsichtlich ihrer Beteiligung an der Verarbeitung nozizeptiver Information untersucht. Im ersten Teil der Arbeit lag der Fokus auf der löslichen Epoxidhydrolase (sEH) und der drei von ihr metabolisierten EETs, 8,9-, 11,12-, und 14,15-EET. Dabei stellte sich heraus, dass sEH-defiziente Mäuse eine verlängerte mechanische Hyperalgesie bei zymosan-induziertem pathophysiologischen Nozizeptorschmerz aufwiesen. Anhand von Lipidmessungen mittels LC-MS/MS konnte gezeigt werden, dass zum Zeitpunkt des stärksten Schmerzempfindens (48 Stunden nach Zymosan-Injektion) vorwiegend 8,9-EET in den Dorsalwurzelganglien der sEH-defizienten Mäuse akkumuliert. Zudem wurde anhand von Calcium-Imaging-Versuchen gezeigt, dass 8,9-EET Calcium-Einströme in primär afferenten Neuronen von Wildtyp-Mäusen hervorruft, und eine Stimulation von Ischiasnerven mit 8,9-EET zu erhöhter Freisetzung des pronozizeptiven Peptids CGRP führt. Schließlich konnte gezeigt werden, dass Wildtyp-Mäuse nach intraplantarer 8,9-EET-Injektion eine geringere mechanische Schmerzschwelle aufweisen. Die Resultate dieses Teils der Arbeit weisen darauf hin, dass die lösliche Epoxidhydrolase (sEH) eine wichtige Rolle in der späten Phase des pathophy-siologischen Nozizeptorschmerzes spielt, indem sie 8,9-EET zu seinem bioinaktiven Metaboliten 8,9-DHET umsetzt. Im zweiten Teil der Arbeit wurde 5,6-EET gesondert untersucht, da es nicht durch sEH metabolisiert wird. Dabei wurde beobachtet, dass 5,6-EET bei akutem Schmerz in DRGs freigesetzt wird. In Calcium-Imaging-Versuchen mit DRG-Neuronen aus Wildtyp- TRPV4- und TRPA1-defizienten Mäusen sowie transfizierten Zelllinien zeigte sich, dass schon geringe Konzentrationen an 5,6-EET den TRPA1- (transient receptor potetntial ankyrin 1-) Kanal aktivieren (EC50 193 nM) und den TRPV1-Kanal sensibilisieren können. Auch die CGRP-Freisetzung am Ischiasnerv ist nach 5,6-EET-Stimulation signifikant erhöht. Zudem konnte beobachtet werden dass eine periphere Injektion von 5,6-EET zu akuter mechanischer Hyperalgesie in Wildtyp-, aber nicht in TRPA1-defizienten Mäusen führt. Die Resultate dieses Teils der Arbeit weisen 5,6-EET als bisher potentesten endogenen TRPA1-Aktivator aus, und implizieren eine wichtige Rolle dieses Lipids beim Übergang von physiologischem zu pathophysiologischem Nozizeptorschmerz und zu neruogener Inflammation. Darüber hinaus leisten die Resultate einen Beitrag zum grundlegenden Verständnis endogener TRP-Kanal-Aktivatoren bei der Schmerzwahrnehmung.
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.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle retinaler Perizyten nach einer Infektion mit dem Humanen Zytomegalievirus und deren mögliche Beteiligung an einer HCMV-Retinitis untersucht. Zunächst wurde die Isolation, Kultivierung und Vermehrung von humanen retinalen Perizyten (HRP) etabliert. Eine erfolgreiche Isolation der HRP ist abhängig vom Alter des Spenders, welches unter 50 Jahren liegen sollte, als auch vom Zeitpunkt der Entnahme des Auges. Dabei sollten die Retinae spätestens nach 48 h post mortem aus den Augen präpariert werden. Nach Aufschluss mit einem Dispase/Kollagenase-Gemisch und Separation über ein Zellnetz wurden die isolierten Perizyten auf mit Fibronektin oder ECM (extrazelluläre Matrix) beschichtete Kulturflaschen ausgebracht. Aufgrund der Optimierung des Mediums war es zum ersten Mal möglich, humane retinale Perizyten über 12-15 Passagen zu kultivieren. Somit standen genügend Zellen zur Analyse der Infizierbarkeit mit HCMV und für die Reportergenanalyse zu Verfügung.
In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass diese Zellen mit HCMV infizierbar sind, jedoch keine lytische Infektion stattfindet und nur wenige Zellen einen zytopathischen Effekt zeigen. Mithilfe von Titerbestimmungen und elektronenmikroskopischen Aufnahmen infizierter Perizyten konnte die Virusreplikation und die Bildung reifer bzw. funktioneller Viruspartikel nachgewiesen werden. Zusätzlich wurde die Expression der viralen IE- und late-Proteine in HCMV-infizierten Perizyten mittels Immunfluoreszenzmikroskopie und quantitativer RealTime-PCR nachgewiesen. Während einer HCMV-Infektion werden unterschiedliche inflammatorische Prozesse induziert. Dazu gehört z. B. die Aktivierung zellulärer Transkriptionsfaktoren, welche durch ihre Bindung an Promotorregionen die Transkription verschiedener Gene die für Zytokine und Adhäsionsmoleküle kodieren, und andere Transkriptionsfaktoren beeinflussen (Pahl, 1999). Der Transkriptionsfaktor NF-κB wird als Hauptregulator für die HCMV-Replikation beschrieben, in retinalen Perizyten wird NF-κB jedoch nicht aktiviert. Mittels Immunfluoreszenzfärbung und Genexpressionsstudien konnte ein weiterer proinflammatorischer Prozess, die Überexpression von ICAM-1, in infizierten Perizyten nachgewiesen werden. ICAM-1 bewirkt die Infiltration und Anhaftung von Leukozyten an infizierten Zellen. Durch Adhäsionsstudien wurde eine 4,6-fach gesteigerte Anhaftung an HCMV-infizierten Perizyten nachgewiesen, welche durch blockierende Antikörper wieder aufgehoben werden konnte. Durch Expressionanalysen von Chemokin- und Interleukingenen mittels qRT-PCR und ELISA-Analysen konnten erhöhte Sekretionen von CCL2, CCL5, CXCL10 und IL-8 in HCMV-infizierten HRP nachgewiesen werden. Die Resultate einer Infektion mit Vollvirus wurden durch die Transfektion mit Expressionsplasmiden für die viralen Proteine IE1/2 bestätigt. Eine gesteigerte Expression der Zytokine wurde vor allem durch die Überexpression von IE2 und synergistisch durch IE1/2 nachgewiesen. Eine durch IE1 induzierte Expression wurde nur für CCL2 detektiert. Die viralen IE-Proteine sind potentielle Transaktivatoren viraler und zellulärer Promotoren. Ziel war es, den Einfluss auf die Promotoren der Zytokingene (von -3000bp bis 100 bp) durch Koexpression der viralen IE1/IE2-Proteine mittels Luciferase-Reportergenassays in HRP zu untersuchen. Nur der CCL2-Promotor (-1355/+55) zeigte eine erhöhte basale Promotor-aktivität. Um den Einfluss der IE-Proteine auf die Promotoren zu untersuchen, wurden Kotransfektionen mit den Expressionsplasmiden für IE1/2 und den Reportergen-konstrukten der Zytokingene durchgeführt. Dabei zeigten die Analysen mit den Minimalpromotoren (TATA-Box/NF-κB Bindungsstellen) keine erhöhten Luciferaseaktivitäten. NF-κB wurde durch eine HCMV-Infektion nicht aktiviert, somit ist die Transaktivierung der Promotoren von CCL2, CCL5, CXCL10, IL-8 und ICAM-1 in infizierten Perizyten vermutlich NF-κB unabhängig. Die Transaktivierung dieser Promotoren könnte durch AP-1 vermittelt sein, da die höchsten Luciferaseaktivitäten durch die Kotransfektion mit strangabwärts gelegenen Promotorbereichen erhalten wurden, in diesen Bereichen befinden sich potentielle Bindungsstellen für AP-1, SP-1 und anderer Transkriptionsfaktoren. Mittels Western Blot-Analyse wurde eine Induktion der Expression von AP-1 durch HCMV nachgewiesen, somit wird die HCMV-Replikation in HRP vermutlich über AP-1 vermittelt.
In der vorliegenden Arbeit wurden primäre humane Perizyten isoliert und erstmals mit HCMV infiziert. Es konnte gezeigt werden, dass diese Zellen als Modellsystem zur Untersuchung einer HCMV-Retinitis von großer Bedeutung sind. Aufgrund ihres hohen Anteils in der Retina, ihrer schützenden Funktion für die Blut-Retina Schranke sowie ihrer Beteiligung an der HCMV-Retinitis spielen diese bisher nur wenig untersuchten Zellen, offensichtlich eine große Rolle im immunpriviligiertem Auge. Für die Etablierung neuer Therapieansätze für eine HCMV-Retinitis könnten detailliertere Untersuchungen retinaler Perizyten Aufschluss über den Replikationsmechanismus von HCMV und die damit verbundenen inflammatorischen Prozesse während einer HCMV-Retinits bieten.
Die Geburt eines Kindes gilt als eines der „major life events“ im Leben eines Menschen. Die Zeit um die Geburt und insbesondere das Wochenbett ist dadurch eine dramatische Umbruchzeit im Leben der Mutter. Etliche Arbeiten konnten belegen, dass diese Zeit, obgleich im soziokulturellen Kontext durchweg positiv besetzt, eine Phase erhöhter psychischer Vulnerabilität im Leben von Frauen ist. Diese Vulnerabilität führt zu einer erhöhten Inzidenz mehrerer psychischer Erkrankungen im Wochenbett. Eine herausragende Rolle nimmt unter diesen die postpartale Depression, umgangssprachlich auch „Wochenbettdepression“ genannt, ein. Mehrere Arbeiten haben ergeben, dass die Prävalenz einer postpartalen Depression um 10% aller Mütter im Wochenbett zu verorten ist. Bezüglich der Ursachen und der Pathogenese der postpartalen Depression gibt es mehrere Hypothesen. So wurden soziodemographische genauso wie neurobiologische Ursachen erforscht. Insgesamt besteht aber immer noch Bedarf an einem umfassenden, integrativen Konzept der Ätiopathogenese postpartaler Depression, dass verschiedene Faktoren zusammen fasst und gewichtet. Insbesondere fehlen bislang Untersuchungen zur Rolle der Persönlichkeit der Mutter bezüglich postpartaler psychischer Vulnerabilität und in der Entstehung postpartaler Depression. Um Erkenntnisse zur Persönlichkeitsstruktur von Müttern im Wochenbett zu gewinnen und den Einfluss von Persönlichkeitsmerkmalen auf die Entstehung einer postpartalen Depression zu erkennen, wurde dieser Arbeit das „fünf-Faktoren-Modell“ als allgemein etabliertes dimensionales Persönlichkeitsmodell zugrunde gelegt. Insgesamt wurden N = 130 Mütter im Wochenbett über einen Zeitraum von einem Tag post partum bis sechs Wochen post partum untersucht. Die Persönlichkeitsanalyse nach dem „fünf-Faktoren-Modell“ erfolgte dabei mittels des Persönlichkeitstest NEO-FFI. Depressivität wurde mittels den Depressivitätstest BDI (Beck Depression Inventory) und EPDS (Edinburgh Postnatal Depression Scale) gemessen und in klinischen Interviews bestätigt. Daneben wurden die gynäkologisch-geburtshilfliche und die psychosomatische Anamnese der Mütter erhoben und ausgewertet. Insgesamt fand sich bei N = 16 der insgesamt N = 130 untersuchten Müttern eine postpartale Depression. Dies entspricht einem Anteil von 12,3%. Überraschender Weise zeigte sich, dass die untersuchten Mütter in ihrer Gesamtheit bezüglich der Ausprägung der Faktoren des verwendeten Persönlichkeitstests signifikant von der allgemeinen Normierungsstichprobe abweichen. Die Abweichung findet sich in der getrennten Auswertung von postpartal depressiven und gesunden Müttern vor allem in letzterer Gruppe; postpartal depressive Mütter zeigten keine signifikante Abweichung zur Normstichprobe. Im Vergleich beider Gruppen untereinander zeigten sich Unterschiede in der Ausprägung der Persönlichkeitsfaktoren Neurotizismus und Extraversion. Mütter mit postpartaler Depression wiesen im Mittel mehr Neurotizismus und weniger Extraversion auf. Gesteigerter Neurotizismus und verminderte Extraversion sind mehrfach als Vulnerabilitätsfaktor für psychische Erkrankungen, auch affektive Erkrankungen, beschrieben worden. Darüber hinaus zeigten sich auch signifikante Korrelationen beider Faktoren mit der Ausprägung depressiver Symptomatik in den Depressivitätstests BDI und EPDS. Neurotizismus war mit den Punktescores dieser Tests positiv, Extraversion hingegen negativ korreliert. Eine wesentliche Beeinflussung durch die soziale oder gynäkologisch-geburtshilfliche Anamnese ließ sich nicht erkennen. In der Zusammenschau der Ergebnisse stellt sich zunächst die Frage nach der Stabilität der NEO- Faktoren bzw. deren Beeinflussbarkeit durch major life events. Für den praktischen Gebrauch im Wochenbett und die weitere Erforschung des Einflusses von Persönlichkeitsmerkmalen auf die Entstehung postpartaler Depression ist zunächst die Normierung des NEO-Fünf-Faktoren-Inventars für Mütter im Wochenbett zu fordern. Die gefundenen Abweichungen in der Ausprägung von Neurotizismus und Extraversion bei postpartaler Depression sowie deren Korrelation mit den Depressivitätstests (BDI und EPDS) zeigen eine –wenn auch unspezifische- Vulnerabilität für postpartale Depression an. Folgende Untersuchungen sollten, auch unter Einbeziehung anderer dimensionaler Persönlichkeitsmodelle, darstellen, in wie weit bestimmte, spezifische Persönlichkeitsmerkmale als prädisponierend für postpartale Depression angesehen werden können.
Das maligne Gliom, auch Glioblastom multiforme (GBM) genannt, ist der häufigste und gleichzeitig auch bösartigste hirneigene Tumor und macht rund 2% aller Krebsneuerkrankungen aus. Die Weltgesundheitsorganisation (world health organisation, WHO) stuft das GBM als Grad IV Tumor ein, was es als hochmalignen Tumor auszeichnet der infiltrativ in das umliegende Hirnparenchym einwandert und mit den gegenwärtigen Behandlungsmethoden, bestehend aus Resektion des Tumors, Chemotherapie und Strahlentherapie nicht kuriert werden kann. Das aggressive Wachstum und die ausgeprägte Resistenz dieses astrozytären Tumors gegenüber den verfügbaren Therapien der Bestrahlung und Chemotherapie sind Hauptgründe für die schlechte Prognose für Patienten mit Glioblastomen, deren medianes Überleben immer noch unter der Zwei-Jahres-Grenze liegt. Daher ist es von Nöten neue therapeutische Strategien auf Grundlage der Chemotherapie zu entwickeln, die selektiv wichtige, deregulierte Signalwege der Krebszelle angreifen. Einer dieser Signalwege in Gliomen ist der Stat3-Signalweg (signal transducer and activator of transcription). Stat3, ein latenter zytoplasmatischer Transkriptionsfaktor liegt in Gliomen oftmals konstitutiv aktiv vor. Diese Deregulation des Signalweges führt zur dauerhaften Transkription proonkogener Zielgene die in transformierten Zellen zu Proliferation, Apoptoseresistenz, Neoangiogenese und Immunsupprimierung führen können. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, inwiefern eine pharmakologische oder gentechnische Inhibierung von Stat3 molekulare und zelluläre Charakteristika von Gliomen beeinflusst. Dazu wurde für die in-vivo Versuche ein syngenes, murines Gliom-Transplantationsmodell verwendet dessen Pathologie der eines humanen Glioms gleicht und den Vorteil besitzt keine immunsupprimierten Tiere verwenden zu müssen. Die murinen Gliomzelllinien, gewonnen aus spontanen Gliomen von GFAP-v-Src überexprimierenden Mäusen, wurden vorher in-vitro und auch exvivo bezüglich ihres Verhaltens auf die pharmakologische oder gentechnische Inhibierung von Stat3 charakterisiert. Für die pharmakologische Inhibierung wurde Kurkumin gewählt, der biologische aktive Wirkstoff der Pflanze Curcuma longa. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass eine Behandlung mit Kurkumin konzentrationsabhängig die Phosphorylierung von Stat3 in drei murinen Gliomzelllinien hemmt. Des Weiteren zeigte sich, dass auch die Proliferation der untersuchten transformierten Zellen sowie ihre Fähigkeit zur Invasion und Migration konzentrationsabhängig durch den Einsatz von Kurkumin inhibiert werden konnte, ohne dabei allerdings die Proliferation von primären Astrozyten im gleichen Maße zu hemmen. Kurkumin induziert zusätzlich in den überaus aopotoseresistenten Gliomzellen einen G2/M Zellzyklusarrest. Diese beobachteten Effekte stehen im Zusammenhang mit der konzentrationsabhängigen transkriptionellen Beeinflussung Kurkumins der tumorpromotenden Stat3- Zielgene. Durch Einsatz einer Stat3-Mutante, Stat3C, die ohne Phosphorylierung konstitutiv aktiv in der Zelle vorliegt, konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass Kurkumin seinen Einfluss auf die Invasion und Migration der murinen Gliomzelllinien auch über den Stat3-Signalweg vermittelt, zeigte sich, dass durch Einbringung dieser Mutante trotz Kurkuminbehandlung die Migrations- und Invasionsfähigkeit partiell retabliert werden konnte. Durch dietätische Gabe von Kurkumin konnte in tumortragenden Mäusen gezeigt werden, dass die invitro ermittelten Effekte an einem längeren Überleben jener Mäuse beteiligt waren, deren Futter das Kurkumin enthielt. Die Administration des Kurkumins wurde entsprechend einer für die Klinik bevorzugten Darreichugsform gewählt. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde Stat3 in den murinen Gliomzelllinien durch Transduktion mit shRNA gerichtet gegen die Stat3-mRNA stabil depletiert um im Folgenden untersuchen zu können, welche zellulären und molekularen Konsequenzen konstitutiv aktives Stat3 für die Gliomzellen hat. Es zeigte sich, dass der Wegfall von Stat3 das Migrations- und Invasionspotential signifikant verringerte und die Expression tumorfördernder Zielgene ebenfalls in den Stat3-defizienten Zellen auf Protein- und mRNA-Ebene signifikant reduziert war. Der Einfluss von Stat3 auf die Hif1α-Expression, ein Transkriptionsfaktor der die Anpassung der Gliomzellen an ein hypoxisches Milieu und damit verbunden auch Migration und Invasion induziert kann, macht deutlich, dass konstitutiv aktives Stat3 unter normoxischen sowie auch hypoxischen Bedingungen upstream entscheidender Transkriptionsfaktoren liegt und sich somit als Zielmolekül für eine therapeutische Intervention anbietet. Eine ex-vivo Applikation auf organotypischen Schnittkulturen zeigte, dass durch den Wegfall von Stat3 in den murinen Gliomzellen die Einzelzellinvasion unterbunden werden konnte was entscheidend für das klinisch hochrelevante Problem der Rezidive sein könnte. Transplantierte man nun Kontroll- und Stat3-defiziente Zellen orthotrop in die immunkompetenten Mäuse zeigte die Kaplan-Meier-Kurve, dass der Krankheitsbeginn so wie das mediane Überleben in den Mäusen mit Stat3-defizientem Tumor zeitlich deutlich nach hinten verschoben war. Neben den invitro und ex-vivo ermittelten Effekte des Stat3-Wegfalls ist anzunehmen, dass das verlängerte Überleben dieser Mäuse auch mit der fehlenden Immunsupprimierung der Stat3-defizienten Tumore zusammenhängt. Es zeigte sich, dass eine Intervention gegen Stat3, ob nun pharmakologisch oder gentechnisch, die malignen Charakteristika des Glioblastoms positiv beeinflussen kann. Stat3, bestätigt als onkogener Transkriptionsfaktor, stellt damit eine lohnenden Zielstruktur in Gliomen dar.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Validität und die Durchführbarkeit der ultraschallgeführten Vakuumbiopsie von Brustläsionen mit dem HHMT zu erforschen. Anhand von 1000 prospektiv erfassten VB bei 846 Frauen aus dem Zeitraum 2000 bis 2006 haben wir untersuchen wollen, ob die ultraschallgeführte VB eine Alternat ive zur offenen Exzisionsbiopsie darstellt. Das mediane Alter liegt bei 45 Jahren. Wir haben für die VB zwei Nadelgrößen (11 und 8G) verwendet. Der Vergleich der verwendeten Nadeln ergab in Hinblick auf die Zeitdauer, der produzierten Gewebezylinder und Hämatomgrößen keinen signif ikanten Unterschied. Bei einer medianen Größe von 11mm waren etwa 86% der Läsionen kleiner als 2cm. Zur Auswertung haben wir die Indikationen der VB in 6 Gruppen verteilt: V.a. Fibroadenome und Zysten (sympt.), Unklare Rundherde, V.a. Mastopathieareale, V.a. Karzinomrezidiv, V.a. DCIS und V.a. Mammakarzinom. In mehr als 90% der VB wurden keine Schmerzen und eine hervorragende Toleranz der Methode angegeben, was auf ein schmerzarmes und schonendes Verfahren hindeutet. In 95% konnten wir eine nur minimale Blutung während der VB beobachten. Die histologischen Ergebnisse verteilen sich auf 88% sicher gutartige Diagnosen und 12% weiter abklärungs- oder therapiebedürf tige Befunde, davon unter teilt in 7% Karzinome, 2% DCIS und Atypie und 3% B3 Läsionen. Nach Auswertung der endgült igen histologischen Resultate der nachoperierten B3 Läsionen haben wir in 2 Fällen eine Unterschätzung vorgefunden, so dass die endgültige Histologie von DCIS und ADH nach VB zusätzlich ein invasives Karzinom ergab. Dies entspr icht einer Unterschätzungsrate von 0,2% (2/1000). Die Sensit ivität liegt aufgrund dessen bei 99,8% und die Spezif ität bei 100%. In 89% der 903 messbaren Läsionen mit durchschnittlich 13mm Durchmesser haben wir eine sonographische Komplettresektion erreicht. Die histologische Komplettresektionsrate liegt dagegen in einem Subkollektiv von 40 Karzinomfällen bei 33% (R0). Hier erscheint es uns nicht sinnvoll bei sonographisch komplett entfernten Karzinomen auf eine def init ive Operation zu verzichten. Die Gesamtkomplikationsrate liegt bei 4% und entspr icht damit den Angaben in der Literatur. In 0,6% der Fälle wurde die Biopsie wegen einer Komplikation abgebrochen, in 0,5% kam es zu relevanten post-intervent ionellen Komplikationen, die weitere operative Interventionen nach sich zogen und in 2,9% fanden wir passagere Beeinträchtigungen ohne bleibende Veränderungen an der betroffenen Brust. Schwerwiegende Komplikationen waren nicht zu verzeichnen gewesen. In 86% (n=679) der 791 Nachuntersuchungen nach 4 Tagen war ein intramammäres Hämatom im Ultraschall nachweisbar. Nach vier Wochen haben wir eine normale Resorption beobachtet, so dass 95% der Hämatome kleiner als 2 cm waren, nach 4 Monate nahezu 100%. Eine Umf rage an 219 Patient innen, mit einer Teilnahme von 67,5%, beschreibt die VB mit dem HHMT als eine sichere und schmerzarme Methode. Hämatome, Sugillationen und Narben wurden als nicht störend eingestuft. Bei einer außergewöhnlich hohen Patient innenzufriedenheit würden 96% der Frauen die VB gegenüber der offenen Biopsie bei einem erneuten Eingrif f favorisieren. Diese Umf rageergebnisse unterstreichen die Ergebnisse der prospektiven Datenauswertung und sind im Einklang mit den Resultaten der Literatur. Die ultraschallgeführte VB ist schonend und komplikationsarm, wird von Pat ient innen sehr gut akzeptiert und bestätigt die Patientinnenfreundlichkeit des Verfahrens. Die kurze Zeitdauer des Eingriffes, die ambulante Durchführbarkeit sowie die hervorragenden kosmetischen Ergebnisse zeichnen diese Biopsiemethode aus. Die VB mit dem HHMT stellt somit eine sinnvolle, sichere und kostengünst igere Methode zur Entfernung ausgewählter Läsionen im Vergleich zur konvent ionellen offenen Biopsie dar. In Hinblick auf weiter abklärungsbedürf tige Befunde (BIRADS IV Läsionen) bietet die VB eine höhere diagnostische Sicherheit als die CC-Biopsie zum Ausschluss (oder zum Nachweis) eines Karzinoms.
Der vorliegenden Arbeit liegt ein Kollektiv von 30 Patienten mit einer Humerusschaftfraktur zugrunde, die in der Unfallchirurgischen Klinik des Markus-Krankenhauses in Frankfurt in der Zeit von Januar 1990 bis Oktober 2000 durch eine Bündelnagelung operativ versorgt wurden. Die Krankenakten wurden nachträglich ausgewertet und die Patienten wurden retrospektiv zur Nachuntersuchung einbestellt. Die Bewertung der Ergebnisse erfolgte anhand des Bewertungsschlüssels nach Kwasny.
Anhand der Nachuntersuchungsergebnisse wurde die Leistungsfähigkeit des eigenen Therapiekonzeptes zur Versorgung der genannten Verletzung überprüft und die Ergebnisse wurden mit den Literaturangaben für die konservativen und operativen Therapieverfahren verglichen.
Im Vergleich mit den nach operativen Verfahren publizierten Resultaten fielen unsere Ergebnisse hinsichtlich der schweren Komplikationen wie Pseudarthrosenrate, tiefe Infekte, postoperative Radialisläsionen mit jeweils 0% deutlich besser aus. Hinsichtlich dieser Komplikationen konnten unsere Ergebnisse mit denen einer konservativen Behandlung gleichgesetzt werden. Die Frühkomplikationsrate fiel allerdings mit 39,6% sehr hoch aus. Die meisten Komplikationen betrafen die Lokomotion der Bündelnägel und die Perforation der Nägel durch die Humeruskopfkortikalis mit jeweils 13.3%. In keinem der Fälle führte dieses jedoch zu einer Beeinträchtigung des Gesamtergebnisses.
Insgesamt erreichten 86,7% (26 Patienten) ein gutes und sehr gutes Nachuntersuchungsergebnis, 6,6% (2 Patienten) erreichten befriedigende Ergebnisse. Ebenfalls 6,6% (2 Patienten) hatten ein schlechtes Endergebnis: Eine Patientin entwickelte ein komplexes regionales Schmerzsyndrom (Morbus Sudeck) und ein Patient wies eine Störung des sensiblen Astes des N. radialis auf, möglicherweise durch vermehrte Kallusbildung, allerdings erst 3 ½ Jahre postoperativ.
Es konnten alle Frakturen zeitgerecht (6-10Wo) zur Ausheilung gebracht werden. Hinsichtlich der Operationsindikation ist in den letzten Jahren ein Trendwechsel hin zur operativen Versorgung erfolgt, wobei die konservative Therapie nach Sarmiento immer noch eine gute Alternative darstellt. Begünstigt wird dies sicher zusätzlich durch die Entwicklung neuer Operationsverfahren mit speziell für den Humerus entwickelten Implantaten. Die intramedulläre Frakturstabilisierung weist einige Vorteile gegenüber der Plattenosteosynthese auf: Minimierung des Zugangstraumas, Übungsstabilität auch bei osteoporotischen Knochen erzielbar, durch die Entwicklung neuer Implantate auch Rotationsstabilität, antegrade oder retrograde Implantation und somit eine Erweiterung der Indikation bei weiter nach proximal und distal reichenden Frakturen möglich. Gute Indikationen für die Plattenosteosynthese sind immer noch die Versorgung der primären Radialisläsion, Frakturen mit Verdacht auf Weichteilinterponat, die Behandlung einer Pseudarthrose oder zur Defektüberbrückung. Im Wandel der Zeit mögen die neueren intramedullären Operationsverfahren Alternativen zur Bündelnagelung bieten und werden diese wahrscheinlich in Zukunft ablösen.
Die guten Ergebnisse und die geringe Rate an schweren postoperativen Komplikationen in der Unfallchirurgischen Klinik des Markus-Krankenhauses haben aber unserer Meinung nach zum damaligen Zeitpunkt den Einsatz der Bündelnagelung zur Versorgung von Oberarmschaftfrakturen als Alternative zu konservativen Verfahren gerechtfertigt. Wegen der hohen Rate an Perforationen durch die Humeruskopfkortikalis ist eine strengere Indikationsstellung bei Frakturen mit Gelenkbeteiligung bzw. mit bis in den Oberarmkopf reichenden Frakturen zu fordern. Ebenso sollte eine vermehrte Verwendung von Verkeilungsnägeln zur Verringerung der Lokomotionsrate erwogen werden.
Vorteile der Bündelnagelung gegenüber anderen intramedullären Verfahren sind:
- geringe Materialkosten und kein aufwendiges Zusatzinstrumentarium notwendig
- eine Anpassung durch Variieren der Nagelanzahl an sehr schmale und sehr weite Markhöhlen möglich
- geringe postoperative Komplikationsrate.
Wir betrachten die Bündelnagelung auch heute noch als gute Alternative bei der Versorgung von
- kurzen Quer- oder Schrägfrakturen des mittleren Drittels des Oberarmschaftes, wobei möglichst alle vier von Hackethal gestellten Forderungen erfüllt sein sollten: Fensterschnürung, Taillenschnürung, Spongiosanagelung und Verkeilungsnagelung.
- kombinierten subkapitalen Oberarmfrakturen mit langen Spiralfrakturen des Oberarmschaftes, die nach wie vor Problemfälle in der operativen und konservativen Versorgung darstellen.
Der Bewertungsschlüssel nach Kwasny hat sich bewährt und kann zur breiten Anwendung empfohlen werden, v.a. zum Vergleich verschiedener Therapiekonzepte. Er bietet eine gute Vergleichsmöglichkeit verschiedener Therapieverfahren und eine schnelle und einfache Auswertung.
Larynxmasken gelten heute nicht nur als effektive Alternative im
Notfallmanagement des schwierigen Atemweges sondern werden mittlerweile
auch grundsätzlich als Option der Atemwegssicherung im Rahmen elektiver
Narkosen verwendet. In dieser Arbeit wurde das Nutzverhalten der
Anästhesisten hinsichtlich der unterschiedlichen Larynxmaskenmodelle Classic
und ProSeal untersucht. Diese unterscheiden sich insbesondere darin, dass
man bei Verwendung einer Larynxmaske ProSeal die Möglichkeit hat, über ein
vorgegebenes Lumen eine Magensonde zu platzieren. Ob dieser Unterschied
Auswirkung auf das Nutzverhalten des Anästhesisten bei Patienten mit
bekannter postoperativer Übelkeit und Erbrechen (PONV) hat und inwiefern
sich der Einsatz der Larynxmaske ProSeal wirklich auf die Inzidenz von PONV
auswirkt, war Gegenstand dieser Untersuchung.
Die Hypothese, dass durch die Möglichkeit der Platzierung einer Magensonde
bei Patienten mit bekannter PONV die Larynxmaske ProSeal häufiger genutzt
wird, um kontinuierlich Mageninhalt absaugen zu können, hat sich in dieser
Arbeit bestätigt. Dies konnte nicht nur auf die grundsätzlich häufigere Nutzung
besagter Maske in der Gruppe von Patienten mit bekannter PONV
zurückgeführt werden, sondern lässt sich gleichzeitig daraus schlussfolgern,
dass Patienten anderweitiger Risikogruppen sowohl mittels einer Larynxmaske
ProSeal versorgt wurden als auch eine Vielzahl weiterführender und
prophylaktisch antiemetisch wirksamer Maßnahmen erhielten. Allerdings konnte
abgesehen von der Tatsache, dass die PONV-Inzidenz in dieser Untersuchung
unter weiterführender PONV-Prophylaxe im Sinne der „Consensus Guidelines
for Managing Postoperative Nausea and Vomiting“ ohnehin ausgesprochen
niedrig war, kein signifikanter Nutzen zur Verhinderung von PONV durch die
Larynxmaske ProSeal dokumentiert werden.
Working memory (WM) contributes to countless activities during everyday live: reading, holding a conversation, making tea and so on. The core processes of WM comprise the phases of encoding, maintenance and retrieval. Successful recognition of stored objects requires several subprocesses such as stimulus encoding and evaluation, memory search and the organisation of a decision and a response. Much research has focused on encoding and maintenance of information but little interest has been directed to the retrieval of information. This is why the present dissertation investigated the neuronal correlates of retrieval of previously stored information and its modulation by load and probe-item similarity.
Here memory load and probe-item similarity were manipulated in order to investigate the neuronal correlates of the recognition process using electroencephalography (EEG). We tested the hypothesis recognition is influenced differently by probe-item similarity and by memory load and that these factors are re Effected by distinct neuronal correlates. Furthermore we tested whether distinct neuronal responses could be related to a summed similarity model.
The analysis of high-density ERP recordings showed both a load effect (load 1>load 3) and a similarity effect In addition, there was an interaction between load and similarity. The load effect was present during the whole epoch and did not change over time, whereas the similarity effect showed two distinct components between 300-600ms. In contrast to the load effect the similarity effect changed its sign over time. For the rest component, match probes elicited the strongest ERP responses, whereas for the second component dissimilar probes yielded the strongest ERP responses. The timing of the similarity effect corresponded well with the early and late P3b complex. The P3b complex is associated with stimulus categorisation and evaluation (early subcomponent) and memory search and criterion testing (late subcomponent).
The results suggest that the difficulty of a task is not only determined by load but also enhanced by probe-item similarity. Since increasing the number of samples (i.e. memory load) can also increase the probe-item similarity (i.e. the probability that one of the samples is perceptually similar to the probe), an independent manipulation of both factors is indispensable to disentangle their particular impact on short-term recognition. Furthermore, I propose that the two distinct neural correlates of the P3b complex reeffects different stages of task processing connected with probe-item similarity. As suggested by summed similarity VI models, these components might reflect the subprocesses of similarity summation (early P3b) and criterion testing (late P3b).
Taspase1 ist eine Threonin-Aspartase, die das MLL-Protein an zwei konservierten Erkennungssequenzen (CS1 und CS2) hydrolysiert. Die daraus entstehenden Spaltprodukte, p320N und p180C bilden ein stabiles Heterodimer und fügen sich mit zahlreichen Proteinen zu einem Multiproteinkomplex zusammen, der die epigenetischen Prozesse während der Embryogenese, Zellzyklus und Stammzell-Wachstum steuert. Der MLL-Komplex weist eine spezifische Histon-Methyltransferase-Aktivität für Lysin-4 des Histon 3 Proteins auf (H3K4me3). Diese spezifische Aktivität hält ein Muster der aktiven Gene während der Entwicklung und Zelldifferenzierung aufrecht. Das AF4-MLL Fusionsprotein, welches durch die chromosomale Translokation t(4;11) gebildet wird, ist ebenfalls ein Substrat von Taspase1. Die Hydrolyse dieses Fusionsproteins führt ebenfalls zu Spaltprodukten, die zunächst miteinander ein Heterodimer bilden, um anschliessend einen onkogenen Multiproteinkomplex auszubilden. Dieser Komplex scheint hämatopoietische Stammzellen zu "reprogrammieren" und den Ausbruch einer lymphoblastischen Leukämie auszulösen.
Die Aktivität der Taspase1 selbst wird durch Eigen-Proteolyse reguliert. Es wird zunächst als Proenzym (p50) hergestellt, das anschliessend durch Autoproteolyse in die enzymatisch aktive Form konvertiert wird. Taspase1 ist ein enzymatisch strikt kontrolliertes Enzym mit geringer Substratanzahl. Neben MLL gibt es nur wenige, bekannte Substrate; allerdings scheint Taspase1 in den Zellen solider Tumoren überexprimiert zu sein. Daraus kann postuliert werden, dass Taspase1/MLL-Aktivität für diese Tumorarten von bedeutung ist. Taspase1 ist die einzige bislang bekannte Protease in Säugerzellen, die dazu befähigt ist, das Leukämie-spezifische AF4-MLL proteolytisch zu spalten und damit seine onkogenen Eigenschaften zu aktivieren. Eine spezifische Inhibierung der Taspase1 könnte deshalb eine mögliche Methode zur Therapie von t(4;11)-Leukämie darstellen. Aus diesem Grund war Taspase1 als ein potentielles Wirkstoffziel interessant und wurde im Rahmen dieser Arbeit genauer untersucht.
Um die Funktionsweise von Taspase1 zu untersuchen, wurde die 2005 veröffentlichte Kristallstruktur der Taspase1 als Grundlage für alle weiteren Arbeiten verwendet. Da die Struktur allerdings nur unvollständig aufgelöst war, wurden die unaufgelösten Bereiche mittels bioinformatischer Tools in Kooperation mit Tim Geppert (Arbeitskreis von Prof. Dr. Gisbert Schneider) modelliert. Die Modellierung führte zu einem detaillierteren Modell des Taspase1-Proenzyms, also dem Zustand vor der autokatalytischen Aktivierung.
Taspase1 weist interessanterweise nur Homologien zu L-Asparaginasen-2 (Familie der Hydrolasen), darunter Glycosylasparaginase, auf. Glycosylasparaginase durchläuft ebenfalls einen Autokatalyse-Prozess, allerdings nach einem N-O-Acyl-shift-Mechanismus. Daher wurde Taspase1 zunächst anhand geeigneter Experimente daraufhin überprüft, ob hier ebenso ein solcher Mechanismus für die Autokatalyse in Betracht kommt. Allerdings widerlegten die durchgeführten Experimente diese Vermutung.
Um die molekulare Funktionsweise der Taspase1 zu eruieren, wurde nun das modellierte Taspase1-Proenzym verwendet. Dies erlaubte die Identifizierung von kritischen Aminosäuren. Durch Mutationsanalysen konnte so die Funktion von Taspase1 aufgeklärt werden. So wurde ein intrinsischer Serin-Protease-Mechanismus für den Prozess der Autokatalyse entdeckt. Dabei spielt Serin-291 - unmittelbar in der Nähe des katalytischen Zentrums - eine wesentliche Rolle.
Anhand weiterer Mutationsanalysen konnte dann schrittweise der Aktivierungsmechanismus von Taspase1 aufgeklärt werden. Dabei scheint die Homodimerisierung zweier Taspase1- Proenzyme der wesentliche Schlüssel für die vollständige Aktivierung der Taspase1 zu sein. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Aminosäuren Tryptophan-173, Arginin-262, und Glutaminsäure-295 als kritische Aminosäuren identifiziert.
Weiterhin konnte anhand der funktionellen Analyse aller Mutanten zuletzt eine trans-dominant-negative Taspase1-Variante (C163E-S291A; tdn-TASP1) hergestellt werden. Das proenzymatische Monomer dieser Mutante ist dabei befähigt, mit einem Wildtyp-Taspase1-Monomer zu heterodimerisieren und seine Aktivität vollständig zu inhibieren. Die Funktion dieser trans-dominant-negativen Mutante validierte den in dieser Arbeit postulierten Aktivierungsmechanismus der Taspase1, der nun zukünftig für ein rationales Wirkstoff-Design verwendet werden kann.
Dynamics of chaotic strings
(2011)
The main topic of this thesis is the investigation of dynamical properties of coupled Tchebycheff map networks. At every node of the network the dynamics is given by the iteration of a Tchebycheff map, which shows strongest possible chaotic behaviour. By applying a coupling between the various individual dynamics along the links of the network, a rich structure of complex dynamical patterns emerges. Accordingly, coupled chaotic map networks provide prototypical models for studying the interplay between local dynamics, network structure, and the emergent global dynamics. An exciting application of coupled Tchebycheff map lattices in quantum field theory has been proposed Beck in Spatio-temporal chaos and vacuum fluctuations of quantized fields' (2002). In this so-called chaotic string model, the coupled map lattice dynamics generates the noise needed for the Parisi-Wu approach of stochastic quantization. The remarkable obversation is that the respective dynamics seems to reproduce distinguished numerical values of coupling constants that coincide with those observed in the standard model of particle physic. The results of this thesis give insights into the chaotic string model and its network generalization from a dynamical point of view. This leads to a deeper understanding of the dynamics, which is essential for a critical discussion of possible physical embeddings. Apart from this specific application to particle physics, the investigated concepts like synchronization or a most random behaviour of the dynamics are of general interest for dynamical system theory and the science of complex networks. As a first approach, discrete symmetry transformations of the model are studied. These transformations are formulated in a general way in order to be also applicable to similar dynamics on bipartite network structures. An observable of main interest in the chaotic string model is the interaction energy. In Spatio-temporal chaos and vacuum fluctuations of quantized fields' (2002) it has been observed that certain chaotic string couplings, corresponding to a vanishing interaction energy, coincide with coupling constants of the standard model of elementary particle physics. Since the interaction energy is basically a spatial correlation measure, an interpretation of the respective dynamical states in terms of a most random behaviour is tempting. In order to distinguish certain states as most random', or evoke another dynamical principle, a deeper understanding of the dynamics essential. In the present thesis the dynamics is studied numerically via Lyapunov measures, spatial correlations, and ergodic properties. It is shown that the zeros of the interaction energy are distinguished only with respect to this specific observable, but not by a more general dynamical principle. The original chaotic string model is defined on a one-dimensional lattice (ring-network) as the underlying network topology. This thesis studies a modification of the model based on the introduction of tunable disorder. The effects of inhomogeneous coupling weights as well as small-world perturbations of the ring-network structure on the interaction energy are discussed. Synchronization properties of the chaotic string model and its network generalization are studied in later chapters of this thesis. The analysis is based on the master stability formalism, which relates the stability of the synchronized state to the spectral properties of the network. Apart from complete synchronization, where the dynamics at all nodes of the network coincide, also two-cluster synchronization on bipartite networks is studied. For both types of synchronization it is shown that depending on the type of coupling the synchronized dynamics can display chaotic as well as periodic or quasi-periodic behaviour. The semi-analytical calculations reveal that the respective synchronized states are often stable for a wide range of coupling values even for the ring-network, although the respective basins of attraction may inhabit only a small fraction of the phase space. To provide analytical results in closed form, for complete synchronization the stability of all fixed points and period-2 orbits of all chaotic string networks are determined analytically. The master stability formalism allows to treat the ring-network of the chaotic string model as a special case, but the results are valid for coupled Tchebycheff maps on arbitrary networks. For two-cluster synchronization on bipartite networks, selected fixed points and period-2 orbits are analyzed.
Hintergrund: Seit 1972 wurde am Fachbereich Medizin der Goethe Universität Frankfurt ein Anamnese- und Untersuchungskurs (UkliF=Untersuchungskurs klinischer Fächer) für Studierende des 1. klinischen Semesters durchgeführt. Dieser Kurs war in den letzten Jahren durch die mangelnde Kursstruktur als wenig zufriedenstellend für alle Beteiligten aufgefallen. Die Fragestellung war demnach, ob es möglich ist durch Reorganisation des klinischen Unterrichts bessere klinische Kompetenz bei den Studierenden und damit bessere Ergebnisse in der „objective structured clinical examination” (OSCE) zu erreichen.
Methoden: Zunächst wurde ein Lernzielkatalog erstellt und ein neues Unterrichtskonzept für den UkliF implementiert. Der neue Untersuchungskurs bestand aus drei Teilen: Zu Beginn ging es um Klärung der Anamneseerhebung und praktische Übungen mit Simulationspatienten. Danach wurden an mehreren Kurstagen klar definierte Teile der körperlichen Untersuchung besprochen und geübt, um schließlich Anamnese und körperliche Untersuchung mit echten Patienten zu praktizieren. Das neue Unterrichtskonzept sah darüber hinaus eine didaktische Schulung für alle beteiligten Lehrenden vor. Die randomisiert ausgewählten Dozenten absolvierten eine sechsstündige Schulung (n=14). In dieser wurden das neue Kurskonzept, die Lehrmethoden und Informationen über Simulationspatienten vorgestellt. Nachfolgend wurden didaktische Grundlagen, Tipps und Tricks für aktiven Unterricht und Regeln des Feedbacks besprochen. In dieser Schulung wurde eine mangelnde Standardisierbarkeit der Untersuchungstechniken erkannt, woraufhin strukturierte Untersuchungsvideos erstellt wurden, um im Anschluss einen Aufbau-Workshop mit diesen Videos stattfinden zu lassen. Für diese Dissertation wurde der Unterricht zunächst teilweise nach dem alten und zum Teil nach dem neuen Verfahren durchgeführt. Zur Überprüfung der Effizienz der Maßnahmen wurde die OSCE als veränderungssensitive Methode gewählt. Alle Studierenden wurden nach Ende ihres Untersuchungskurses in einer 6-Stationen-OSCE evaluiert. 60 Studierende wurden randomisiert in Gruppe A (neuer Kurs mit trainierten Dozenten; n= 24) und Gruppe B (alter Kurs; n=36). Um einen zusätzlichen Nutzen durch einen vorbereitenden OSCE-Workshop vor der Prüfung nachzuweisen, wurde Gruppe A nochmals unterteilt in Gruppe A1 ohne OSCE-Workshop (n=10) und Gruppe A2 mit zusätzlichem OSCE-Workshop (n=14).
Ergebnisse: Gruppe A erreichte signifikant bessere Ergebnisse in der OSCE mit einem Median von 65% und Gruppe B mit 54% der maximal erreichbaren Punkte (p<0,001). In der Subgruppenanalyse konnte kein signifikanter Unterschied zwischen Gruppe A1 und A2 gezeigt werden. Die Kursevaluation durch die Studierenden zeigte eine positive Bewertung des neuen Kurskonzept. Die Evaluation der Dozentenschulung ergab eine Bewertung (in Schulnoten) mit einer Gesamtnote von 1,3 (SD 0,5).
Schlussfolgerung: Diese Studie zeigt, dass ein gut strukturierter Kurs mit klar definierten Lernzielen und speziell trainierten Lehrenden die Studierendenleistungen in der OSCE signifikant erhöhen kann. Es konnte kein zusätzlicher Effekt durch einen vorbereitenden OSCE-Workshop gezeigt werden, was bedeuten kann, dass Kompetenz im Umgang mit der Prüfungsform keinen Störfaktor darstellt für das Ergebnis der Verbesserung der Prüfungsleistung in der OSCE.
Letztendlich kann durch einfache Mittel, wie die Umstrukturierung und Reorganisation des klinischen Unterrichts, ein großer Effekt erzielt werden und die Lehre eine deutliche Verbesserung erfahren. Nach der Pilotstudie lässt sich nun das neue Kurskonzept für alle Studierenden einsetzen und so die Professionalität in der medizinischen Lehre an der Goethe-Universität Frankfurt sichern.
Die gerüstlose aortale Bioprothese 3F nach 5 Jahren
Hintergrund: Die aortale Bioprothese 3F ist eine neue gerüstlose biologische Herzklappe, die aus drei gleichgroßen Segeln aus Pferdepericard besteht, welche in einer tubulären Form zusammengesetzt sind. Diese wird in die native Aortenwurzel implantiert, um somit die erkrankten Segel des Patienten zu ersetzen. Ziel dieser Studie ist es, die Leistungsfähigkeit dieser Erfindung zu beurteilen.
Methoden: In dem Zeitraum zwischen Januar 2002 und September 2004 wurden in der Klinik für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie der Johann Wolfgang Goethe Universität Frankfurt 47 3F aortale Bioprothesen implantiert. Klinische Ergebnisse wie effektive Öffnungsfläche, Hauptgradienten und Auswurffraktion wurden bei der Entlassung der Patienten, nach 6 Monaten und danach jährlich beurteilt. Die Hauptnachuntersuchung war nach 5,2 ± 1,2 Jahren.
Ergebnisse: Die Nachuntersuchung wurde bei allen Patienten abgeschlossen. Die 30 Tages Sterblichkeit lag bei 2% (n=1). Die späte Sterblichkeit lag bei 22% (Herzbezogen n=4, nicht herzbezogen n= 8). 3 Patienten (6%) entwickelten eine Endokarditis, bei weiteren 2 war eine Reoperation nötig. 4 Patienten (8%) entwickelten ein paravalvuläres Leck, 6 Patienten (12%) hatten einen postoperativen Schlaganfall (4 mit Neueintritt von Vorhofflimmern), 5 Patienten (10%) benötigten eine Rethorakotomie aufgrund von Blutungen. In der Mitte der Laufzeit zeigte die 3F Bioprothese eine gute Hämodynamik mit einem signifikanten Fallen der Durchschnittsgradienten zu 14,5 ± 8,3 mmHg, eine durchschnittliche Öffnungsfläche von 1.4 ± 0,5 cm² und eine durchschnittliche Auswurffraktion von 65 ± 1,4 %. 4 Patienten waren in der NYHA Klasse II, alle anderen in NYHA I in der Mitte der Laufzeit.
Fazit: Die klinische Darbietung der neuen aortalen Bioprothese 3F ist vergleichbar mit regulären gerüstlosen Aortenklappen. Die einzigartigen Konstruktionsmerkmale machen die Implantation leichter und schneller im Vergleich zu konventionellen gerüstlosen Klappen.
Blood vessel formation is a well orchestrated process where multiple components including different cells types, growth factors as well as extracellular matrix proteins act in synergistic and highly regulated manner to support the growth of new blood vessels. During embryonic development this process is marked as vasculogenesis and entails the differentiation of mesodermal cells into angioblasts and their subsequent fusion into a primitive vascular plexus. Angiogenesis, in contrast, describes the formation of new vessels from the pre-existing vasculature and it occurs in the embryo during remodeling of the primitive plexus into a mature vascular network. Furthermore, in the adult, angiogenic processes play a role in various physiological and pathological conditions. Angiogenesis is governed by a set of factors and molecular mechanisms whose identification has been a major focus of cardiovascular research for the past several decades. Most recently, Epidermal growth factor-like domain 7 (EGFL7) has been described as a novel molecular player in this context. This secreted protein is produced by endothelial cells and has been implicated in vessel development. Studies performed in zebrafish revealed an important role for EGFL7 in lumen formation during vasculogenesis although the underlying molecular mechanism has not been elucidated yet. In contrast, the investigation of EGFL7’s functions during angiogenic sprouting has faced several challenges and the role of EGFL7 in angiogenesis remained elusive. The purpose of this thesis was to identify the functions of EGFL7 during angiogenic mode of vessel formation in a systematic fashion using numerous in vitro as well as in vivo approaches.
Previously it has been suggested that EGFL7 might associate with the extracellular matrix from where it could exert its effects. Indeed, we could show that EGFL7 accumulates on the outer surface of endothelial cells in vivo by demonstrating its co-localization with collagen IV, a major constituent of the basal lamina. Furthermore, after its secretion to the extracellular matrix (ECM), EGFL7 seemed to interact with some components of the extracellular matrix including fibronectin and vitronectin, but not collagens and laminin.
A major group of receptors that mediate the interaction between the cells and the ECM are integrin receptors. Our co-immunoprecipitation studies revealed that EGFL7 associated with integrin αvβ3 which is highly expressed in endothelial cells and known to be important for vessel growth. Importantly, this EGFL7-αvβ3 integrin interaction was dependent on Arg-Gly-Asp (RGD) motif present within the second EGF-like domain of EGFL7 protein. Adhesion assays performed with human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) revealed that EGFL7 promoted endothelial cell adhesion compared to BSA used as a negative control, however, adhesion seemed to be less efficient as compared to bona fide ECM proteins such as fibronectin and vitronectin. In addition, cultivation of endothelial cells on EGFL7 was characterized by the absence of mature focal adhesions and stress fibers, but was paralleled by increased phosphorylation of kinases typical for integrin activation signaling cascade such as FAK, Src and Akt. This led us to the hypothesis that EGFL7 creates an environment that supports a motile phenotype of endothelial cells by serving as a modulator of existing interactions between the cells and the surrounding matrix. Indeed, EGFL7 increased random migration of HUVEC on fibronectin in an αvβ3 integrin dependent manner as shown using a live cell imaging platform. Most importantly, this was paralleled by a decrease in endothelial cell adhesion to fibronectin which is consistent with previous reports on secreted proteins that support a medium strength of adhesion and such promote cellular migration. To assess the overall effect of EGFL7 on the process of blood formation several in vitro and in vivo approaches were employed. First, the addition of EGFL7 to Matrigel injected subcutaneously into mice significantly increased the invasion of endothelial cells into the plugs. Second, a spheroid-based sprouting assay in three-dimensional collagen matrix clearly demonstrated the ability of EGFL7 to support angiogenic sprouting in an integrin dependent manner. This is consistent with the observed effects of EGFL7 on endothelial cell migration. Third, using in vivo assays such as the chick chorioallantoic membrane (CAM) assay as well as a zebrafish model system we were able to validate the importance of the EGFL7-integrin interaction for the process of angiogenesis in vivo. Taken together, I identified some of the major cellular functions EGFL7 modulates during angiogenesis. In addition, with integrin αvβ3 I unraveled a novel interaction partner of EGFL7 that delivers a mechanistical explanation for EGFL7’s effects on blood vessel formation. Most importantly, data presented in this PhD thesis contribute substantially to the existing literature on EGFL7 unambiguously assigning a role for this protein in the process of angiogenesis.
Das Ziel dieser Studie aus der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik war, den Einfluss der prothetischen Versorgung nach langjähriger Funktion auf den periimplantären Knochenabbau zu untersuchen. Der Zeitraum der Implantatintegrität wurde daher auf mindestens 7 Jahre festgelegt. Eine Patientenanzahl von insgesamt 400 Patienten wurde mit 58 verschraubten und 342 mit zementierten Suprakonstruktionen auf 870 Implantaten versorgt. Die beiden vorgenannten Hauptgruppen wurden zusätzlich in Untergruppen bezüglich der prothetischen Versorgungsart unterteilt: Einzelkronen im Frontund Seitenzahnbereich, verblockte Kronen, zahn-implantatgetragene Brücken und implantatgetragene Brücken (Einteilung in einspannig und mehrspannig nur bei verblockten Suprakonstruktionen). Das Ausmaß des Knochendefekts wurde an digitalisierten Panoramaschichtaufnahmen ausgewertet. Der Vergleich der Gruppen erfolgte mit nicht-parametrischen Testverfahren (Mann-Whitney-U-Test bzw. Kruskal-Wallis-Test). Die statistische Auswertung ergab, dass sich die Gruppe der verschraubten Einzelkronen im Seitenzahnbereich signifikant von mehrspannigen Brücken und Frontzahn-Einzelkronen unterscheidet. Bei Patienten mit verschraubten Einzelkronen im Seitenzahnbereich wurde ein durchschnittlicher geringerer periimplantärer Knochenabbau festgestellt. Die Patientengruppe mit Frontzahn-Einzelkronen zeigte einen signifikanten Unterschied zu einspannigen implantatgetragenen Brücken und verblockten Kronen. Der Knochendefekt bei verschraubten Frontzahn-Einzelkronen war durchschnittlich größer als bei implantatgetragenen Brücken und verblockten Kronen. Die anderen Untergruppen der verschraubten Suprakonstruktionen unterschieden sich nicht signifikant. Bei der Patientengruppe mit zementierten Suprakonstruktionen lag beim Vergleich der Untergruppen ebenfalls ein signifikanter Unterschied vor. Einzelkronen im Seitenzahnbereich und verblockte Kronen wiesen einen durchschnittlich kleineren periimplantären Knochenabbau als implantat- bzw. zahn-implantatgetragenen Brücken auf. Einzelkronen im Frontzahnbereich zeigten kleinere Werte für die Tiefe des Knochendefekts im Gegensatz zu implantatgetragenen Brücken. Bei (mehrspannigen) implantatgetragenen Brücken sowie bei zahn-implantatgetragenen Brücken konnte unabhängig von der Befestigungsart höhere Werte des periimplantären Knochenabbaus festgestellt werden. Bei der Betrachtung der Implantatsysteme in Abhängigkeit zur Befestigungsart (verschraubt bzw. zementiert) wurde deutlich, dass bei zementierten Suprakonstruktionen auf Ankylos® Implantaten ein durchschnittlich geringerer Knochenabbau manifestiert als bei anderen Implantatsystemen dieser Studie. Bei den verschraubten prothetischen Versorgungen konnte kein signifikanter Unterschied hinsichtlich des Implantatsystems festgestellt werden. Bei dem Vergleich von zementierten und verschraubten Suprakonstruktionen auf Ankylos® Implantaten wurde ersichtlich, dass zementierte prothetische Versorgungen einen geringeren Knochenabbau zur Folge haben als verschraubte. Andere Implantatsysteme zeigten keinen signifikanten Unterschied bei der Befestigungsart hinsichtlich des periimplantären Knochenabbaus. Bei der Betrachtung der Befestigungsart (verschraubt oder zementiert) unabhängig von der prothetischen Versorgung und unabhängig vom Implantatsystem wurde deutlich, dass zementierte Suprakonstruktionen einen kleineren periimplantären Knochenabbau zeigten als verschraubte Suprakonstruktionen. Auch ergaben die Ergebnisse, dass das Implantatsystem Ankylos® in Abhängigkeit zu anderen Implantatsystemen einen geringeren periimplantären Knochenabbau aufwies.
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 Effekte von Vitamin D (VD) auf den Stoffwechsel wurden bisher meist bei
Nichtdiabetikern untersucht und erbrachten sehr kontroverse Ergebnisse. Das
Ziel unserer Studie war es, den Einfluss einer sechsmonatigen VD-Gabe von
1904 IU/d auf den Metabolismus bei Patienten mit nichtinsulinpflichtigem
Diabetes mellitus Typ 2 (DM Typ2) zu untersuchen. Dazu schlossen wir 86
Patienten mit DM Typ 2 in eine randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte
Studie ein. Während der ersten sechs Monate nahmen die
Patienten 20 Tropfen (1904 IE/d) Vigantol-Öl bzw. Placebo-Öl (mittelkettige
Triglyceride) einmal pro Woche zu sich. Dem folgten 6 Monate der
Nachbeobachtung. Zu Beginn und in dreimonatigen Abständen wurden 25-
OHD, 1α, 25(OH)2-OHD, PTH, Calcium, Phosphat, Körpergewicht, Body mass
index (BMI), Blutdruck, Nüchternglucose, HbA1c, Insulin, Homeostasis Model
Assessment-Index (Homa-Index) und C-Peptid bestimmt. Zu Studienbeginn
wiesen alle Patienten (n=86) im Median ein 25-OHD von 13,60 ng/ml (34
nmol/l) und somit einen VD-Mangel auf. Nach 6 Monaten der Therapie stieg der
25-OHD-Spiegel der Verumgruppe (n=40) um den Faktor 2,14 auf einen
Median von 28,4 ng/ml (71 nmol/l) an. Der mittlere Anstieg von 11,85 ng/ml in
der Verumgruppe (p<0,001) war signifikant stärker als in der Placebogruppe.
Während der Interventionszeit befand sich das 25-OHD der Verumgruppe im
Normbereich, wohingegen die Placebogruppe stets einen VD-Mangel aufwies.
In beiden Gruppen korrelierte der 25-OHD-Verlauf mit der jahreszeitlichen
Zuordnung der Studienvisiten. Innerhalb der sechsmonatigen Interventionszeit
nahm das PTH in beiden Gruppen ab, tendenziell jedoch stärker in der
Verumgruppe (p=0,08). Es zeigte sich keinerlei Zusammenhang zwischen PTH
und den anderen erfassten Parametern. Körpergewicht, systolischer Blutdruck
und Nüchternblutzucker zeigten keine signifikanten Veränderungen. Zu
Studienbeginn und in der Nachbeobachtungszeit war eine signifikante negative
Korrelation zwischen 25-OHD und BMI bei allen Probanden festzustellen.
Während der Interventionszeit zeigte sich dieser Zusammenhang allerdings nur
bei Patienten der Placebogruppe. Der HbA1c aller Patienten mit 25-OHDSpiegeln
>20 ng/ml (52,5nmol/l) war bei Studienbeginn (n=14) um 0,35%
(p=0,06), nach VD-Therapie (n=39) um 0,43% (p=0,05) niedriger im Vergleich
80
zu Patienten mit 25-OHD >20 ng/ml. Eine signifikante negative Korrelation
zwischen 25-OHD und HbA1c war bei Studienbeginn (r= -0,33, p=0,002), sowie
nach sechsmonatiger VD-Therapie (r= -0,26, p=0,02) zu sehen. Des Weiteren
zeigten nach VD-Therapie alle Patienten mit 25-OHD-Serumspiegeln >20 ng/ml
(52,5 nmol/l) ein signifikant höheres C-Peptid (p=0,02), Insulin (p=0,03) und
einen höheren Homa-Index (p=0,09). Nach sechs Monaten der VD-Therapie
war eine signifikante positive Korrelation zwischen 25-OHD und C-Peptid
(r=0.27; p=0.02), Insulin (r=0.34; p=0.01) sowie Homa-Index (r=0.25; p=0.06) zu
sehen. Unsere Studie zeigt somit eine negative Korrelation zwischen 25-OHD
und BMI bei Patienten mit VD-Mangel, sowie einen negativen Zusammenhang
zwischen HbA1c und 25-OHD-Status. Ferner war bei Patienten mit einem 25-
OHD >20 ng/ml nach sechs Monaten der VD-Therapie ein signifikanter Anstieg
des C-Peptid, Insulin und Homa-Index festzustellen. Die VD-Therapie führte zu
einer signifikanten Verbesserung der Insulinsekretion, während die
Insulinresistenz weiterhin bestand. Interventionelle Studien mit größeren
Studienpopulationen und höheren VD-Dosen sind nötig, um unsere Ergebnisse
zu bestätigen.
Die Laufleistung im Mittel- und Langstreckenlauf wird nach bisherigem Modell im Wesentlichen von kardiopulmonalen und metabolen Faktoren bestimmt (Basset & Howley, 2000; di Prampero, 2003). Die Kraftfähigkeit sowie andere neuromuskuläre Größen werden als eine der vielen Einflussgrößen der Lauf-ökonomie erfasst und besitzen eine untergeordnete Rolle. Aus biomechani-scher Sicht scheint diese Einordnung nicht gerechtfertigt zu sein, wird doch stets derjenige Athlet eine höhere Laufleistung erbringen, der über den defi-nierten Weg bzw. die Renndistanz eine höhere Kraftimpulssumme generiert (Heim et al., 2007). Obwohl bekannt ist, dass ein zum Krafttraining simultan ausgeführtes Ausdauertraining die Entwicklung der Schnellkraftfähigkeit nega-tiv beeinflusst (Dudley et al., 1985; Hakkinen et al., 2003; Santtila et al., 2009), zeigt eine Fülle an Studien, dass in umgekehrter Weise ein zum Ausdauertrai-ning begleitend durchgeführtes Krafttraining positive Auswirkungen auf die Laufleistung und deren Einflussfaktoren hat (Hickson et al., 1988; Paavolainen et al., 1999a; Millet et al., 2002; Støren et al., 2008). Die in der Praxis des Mit-tel- und Langstreckenlaufs auftretende Muskelaktion ist der kurze Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus (DVZ). Aufgrund der relativ eigenständigen Stellung des kurzen DVZ innerhalb der Kraftdimensionen (Gollhofer, 1987) und der interna-tional nicht vorhandenen Differenzierung des kurzen vom langen DVZ bleibt der Einfluss eines begleitenden reaktiven Krafttrainings auf die Laufleistung und die Laufökonomie bei hochtrainierten Mittel- und Langstreckenläufern of-fen. Das Ziel dieser Arbeit war es herauszufinden, ob ein begleitendes reakti-ves Krafttraining im kurzen DVZ die reaktive Leistungsfähigkeit und darüber die Laufleistung und Laufökonomie bei hochtrainierten Mittel- und Langstre-ckenläufern positiv beeinflussen kann.
Dazu wurde eine Gruppe hochtrainierter Mittel- und Langstreckenläufer (n=21) randomisiert in eine Experimental (EXP; n=11) –und Kontrollgruppe (KON; n=10) unterteilt. EXP führte begleitend zum Lauftraining ein achtwöchiges re-aktives Training durch. Vor und nach acht Wochen fanden Messungen zur Erfassung der Schnellkraftfähigkeit in Form des modifizierten Standardsprung-krafttests statt. Die Laufkinematik, Laufökonomie und Laufleistung wurden in Form eines Feldtests in einer Leichtathletikhalle mit einer 200m-Bahn durch-geführt. Aus EXP und KON wurde randomisiert jeweils eine kleinere Stichpro-be (n=4) ausgesucht, bei der das reaktive Kraftverhalten zusätzlich einer elektromyographischen Analyse unterzogen wurde.
Die Mittelwertunterschiede innerhalb der Gruppen vor und nach acht Wochen wurden mit dem t-Test für abhängige Stichproben bestimmt. Um Unterschiede zwischen den Gruppen zu den zwei Messzeitpunkten festzustellen, wurde eine ANOVA mit Messwiederholung angewandt. Das Signifikanzniveau wurde auf p<0,05 gesetzt.
Nach der Trainingsintervention ist bei EXP im modifizierten Standardsprung-krafttest eine höhere Squat-Jump-Höhe und eine anhand des R-Index festge-stellte Zunahme der reaktiven Kraftfähigkeit bei den Drop-Jumps (DJ) zu er-kennen (p<0,05). Die Stützzeit nimmt ex-post bei EXP bei allen Fallhöhen ab (p<0,01 – p<0,05), während die Sprunghöhe vergleichsweise geringere Ver-änderungen zeigt. Die vertikale Stiffness, sowie weitere mechanische Parame-ter wie der Kraftanstieg der Kraft-Zeit-Kurve beim Drop-Jump (ERFD), die mitt-lere Kraft und die exzentrische Leistung nehmen bei EXP bei allen Fallhöhen signifikant zu (p<0,05). KON zeigt nach acht Wochen eine Stagnation und par-tiell sogar eine signifikante Abnahme der reaktiven Leistungsfähigkeit (p<0,05). Das Innervationsmuster bei EXP zeigt für den m. gastrocnemius la-teralis und m. soleus beim DJ30 und DJ40 eine Zunahme der EMG-Aktivität in den funktionellen Phasen der Vorinnervation, der Latenzphase und der frühen Reflexantworten (SLR & MLR). Die willkürliche Aktivität in der späten LER-Phase nimmt dagegen signifikant ab (p<0,05). KON zeigt nach acht Wochen keine signifikanten Unterschiede im EMG-Muster. Zwischen den Gruppen kann ex-post keine signifikante Veränderung der Laufökonomie festgestellt werden (p>0,05). Innerhalb beider Gruppen ist bei 3,89m/s und 4,4m/ eine Tendenz (p<0,1) bis signifikante Abnahme der Sauerstoffaufnahme und der Herzfrequenz erkennbar (p<0,05). Bei der höchsten submaximalen Laufgeschwindigkeit von 5m/s kann dagegen nur bei EXP eine signifikant höhere Laufökonomie festgestellt werden. Die Schrittparameter der Laufkinematik zeigen ex-post keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen (p>0,05). Innerhalb der Gruppen nimmt nur bei der Laufgeschwindigkeit von 5m/s bei EXP die Stützzeit ab, während die Schrittfrequenz zunimmt (p<0,05). KON zeigt nur bei 3,89m/s signifikante Veränderungen der Laufkinematik. Der Interaktionseffekt für die Laufleistung über 1000m zeigt ex-post eine Tendenz zu einer höheren durchschnittlichen Laufgeschwindigkeit von EXP (p<0,1).
Zusammenfassend kann behauptet werden, dass die Laufökonomie und die Laufleistung durch ein begleitendes reaktives Training positiv beeinflusst wer-den. Aufgrund der Spezifität der Muskelaktion im kurzen DVZ ist ein Transfer der adaptiven Mechanismen des reaktiven Krafttrainings in den Laufvorgang erst bei Laufgeschwindigkeiten ≥5m/s zu erkennen. Die Adaptation kann am besten mit einer ex-post höheren neurotendomuskulären Stiffness erklärt wer-den. Aus neuronaler Sicht wird dies durch die Zunahme der EMG-Aktivität in den funktionellen Phasen der Vorinnervation, der Latenzphase und den frühen und mittleren Reflexantworten bestätigt. Aus qualitativer Sicht kann diese Adaptation mit einer „Linksverschiebung“ im Innervationsmuster beschrieben werden. Beim maximalen 1000m-Lauf kann anhand der Regressionsgleichung erkannt werden, dass EXP nach der Trainingsintervention für eine gegebene Stützzeit eine größere Schrittlänge generiert, was den Transfer der erhöhten reaktiven Leistungsfähigkeit in den Laufvorgang bestätigt. Das reine Ausdau-ertraining der Kontrollgruppe führt dagegen nach acht Wochen zu einer Stag-nation bzw. partiellen Abnahme des reaktiven Kraftverhaltens.
Sowohl Menschen und Tiere als auch Pflanzen haben im Laufe der Evolution innere Uhren
entwickelt, die dem Körper auch in Abwesenheit äußerer Einflüsse Zeitinformationen liefern.
Unter diesen ist die endogene Tageszeitenuhr durch die Steuerung eines Rhythmus von Ruhe
und Aktivität, von Schlaf- und Wachzustand charakterisiert. Da diese Uhr unter konstanten
Bedingungen nicht einem exakten 24h-Rhythmus unterliegt, werden Zyklen, die unter der
Kontrolle dieser Uhr stehen, als circadiane Rhythmen bezeichnet; sie stellen eine
fundamentale Adaptation des Organismus an den physikalischenTag-Nacht-Wechsel dar, die
auch bei geringen diurnal-nocturalen Unterschieden persistiert.
Gesteuert werden diese Zyklen über eine übergeordnete circadiane „Master-Clock“, die sich
bei Säugern im Nucleus suprachiasmaticus (SCN) des Hypothalamus befindet. Da die
Periodendauer des circadianen, endogen generierten Rhythmus von einem 24h-Rhythmus
abweicht, muss die endogene Uhr durch das Tageslicht nachgestellt werden, d.h. mit der
tatsächlichen Tageszeit synchronisiert werden. Neben dem Beleuchtungszyklus hat auch der
Schlaf einen stabilisierenden Einfluss auf den im SCN generierten circadianen Rhythmus. Für
die Funktion der inneren Uhr ist die rhythmische Expression sogenannter Uhrengene
verantwortlich. Die Uhrengenprodukte bilden interagierende transkriptionell-translationale
Rückkoppelungsschleifen, die eine Periodenlänge des Syntheseablaufs von 24 Stunden
besitzen. Ein heterodimerer Komplex, der aus den beiden Transkriptionsfaktoren CLOCK
und BMAL1 aus der bHLH-PAS-Familie besteht, aktiviert über ein hochspezifisches E-Box-
Promotorelement die Transkription der Uhrengene per1-3, cry1-2 und rev-erbα. Unter dieser
Aktivierung häufen sich die Uhrengenprodukte PER und CRY im SCN an, bis am Ende des
circadianen Tages der Gipfel erreicht wird. Eine negative Rückkoppelung kommt zum Zuge,
indem die Proteine CRY und PER zusammen mit der Caseinkinase Iε (CKIε) einen
heterotrimeren Komplex bilden, der im Zellkern die CLOCK-BMAL1-abhängige
Transkription blockiert.
Schlaf als prominenter rhythmischer Prozess, der vom SCN gesteuert wird, dient gleichzeitig
zur Erholung des gesamten Organismus (genaue Funktionen immer noch unbekannt). Insofern
ist es interessant zu erforschen, wie der SCN auf Schlafentzug reagiert. Bei Goldhamstern
wurde die Beeinflussung von Schlafentzug auf die Uhrengenprodukte im SCN untersucht.
Dabei wurden die Veränderungen der Proteine CLOCK, BMAL1, PER1-3 und CRY1-2
direkt nach dem Schlafentzug und während des Tagesganges analysiert.
Mit immuncytochemischer Technik wurde in einem ersten Schritt nachgewiesen, dass ein 2-
stündiger Schlafentzug direkte Auswirkungen auf CLOCK, BMAL1, PER1 und CRY1 im
SCN des Goldhamsters besitzt. Um diese Auswirkungen besser zu deuten, wurde der
Schlafentzug auf 3 Stunden erhöht, und die Proteinkonzentrationen im SCN in regelmäßigen
Abständen über den ganzen Tag beobachtet. Von allen untersuchten Uhrengenprodukten
wiesen BMAL1, PER1-2 und CRY1 die stärksten Unterschiede zu den Kontrolltieren auf. Die
BMAL1 Immunreaktitivtät war nach Schlafentzug gesenkt. PER1, PER2 und CRY1
reagierten über eine Hochregulierung ihrer Proteine im SCN direkt nach dem Schlafentzug,
die zu einer Phasenvorverschiebung führte. Dabei war der Gehalt von PER2 schneller erhöht
als der von PER1. Die Uhrengene per1 und per2 spielen eine prominente Rolle bei der
Anpassung des endogenen Rhythmus an die exogenen Beleuchtungsverhältnisse und
antworten auf synchronisierende Lichtimpulse durch eine Hochregulation ihrer Transkription,
weshalb sie zu den immediate early genes gehören. Daraus kann die Hypothese hergeleitet
werden, dass auch Schlafentzug, da die Hamster im Licht wach gehalten wurden, zu
demselben Synchronisationsverhalten des SCN führt, wie ein kurzer Lichtstimulus. Der
BMAL1-Gehalt verringerte sich direkt nach Schlafentzug, der den antiphasischen Verlauf des
Expressionsmusters von BMAL1 und PER2 widerspiegelt. Eine Hochregulation des BMAL1-
Gehaltes während des Tages spricht dafür, dass ein initial hoher Gehalt von PER2 über eine
Supprimierung von REV-ERBα zu einer Enthemmung der Inhibition von BMAL1 führte. Da
REV-ERBα die Expression von CRY1 hemmt, dieses wiederum durch PER2 in seiner
Expression gehemmt wird, hat ein erhöhter PER2-Gehalt auch einen erhöhten CRY1-Gehalt
zur Folge. Der CLOCK-Gehalt im SCN, der auch unter normalen Bedingungen stabil bleibt,
schwankte unwesentlich im Laufe des Tages nach Schlafentzug. Dies spiegelt seine nur
geringfügige Bedeutung in der Synchronisation des Hauptoszillators wider.
Zum letzten Messungszeitpunkt, d.h. in der Mitte der Dunkelphase, ähnelten sich die
Proteingehalte von Versuchstieren und Kontrolltieren, woraus man schließen kann, dass die
Auswirkungen des Schlafentzugs durch den SCN im Laufe einer Tagesperiode von 24 h
wieder kompensiert werden können.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es die Einflussmöglichkeiten von Umweltverbänden im energiepolitischen Entscheidungsprozess in Deutschland und in Südkorea zu vergleichen. Diese Studie untersuchte exemplarisch den BUND und die KFEM hinsichtlich ihrer Einflusschancen auf die Atompolitik in beiden Staaten innerhalb eines bestimmten Zeitraumes (vom Tschernobyl-Reaktorunfall 1986 bis 2007). Ein besonderer Fokus galt dabei den Faktoren, die auf unterschiedlichen Ebenen diese Einflusschancen herstellen bzw. minimieren...
Einleitung: Um die empfindlichen Nervenzellen des Gehirns vor den Einflüssen schädigender Substanzen im systemisch zirkulierenden Blut zu schützen, besitzen höhere Lebewesen einen Barrieremechanismus, der das zentrale Nervensystem (ZNS) nach außen hin abriegelt. Diese Blut-Hirn-Schranke (BHS) wird durch die Gefäßendothelzellen im Gehirn gebildet, die über eine Kombination mehrerer Mechanismen Substanzen vom Eindringen in das Gehirngewebe abhalten. Zum einen stellt die Existenz dieser Barriere einen lebensnotwendigen Schutz dar, zum anderen jedoch bedeutet sie eine große Hürde in der Pharmakotherapie von Erkrankungen des zentralen Nervensystems, da nur wenige Arzneimittel in der Lage sind sie zu überwinden. Eine gute Gehirngängigkeit besitzen in der Regel kleine Moleküle mit einer hohen Lipophilie oder solche, die aktiv über Transporter oder Rezeptoren in das ZNS aufgenommen werden. Alle anderen Substanzen, wie effektiv sie auch im restlichen Körper sein mögen, stehen für die Therapie zerebraler Krankheiten wie z.B. Epilepsie, Alzheimer, Gehirntumore oder ZNS-HIV unter normalen Umständen nicht zur Verfügung. Das Gebiet der kolloidalen Trägersysteme bietet eine Lösung für dieses Problem. Durch den Einsatz von Liposomen oder Nanopartikeln als „Carrier“ können verschiedene Arzneistoffe aktiv in das Gehirn transportiert warden, um dort ihre Wirkung zu entfalten. Des Weiteren führt ein solches „Drug targeting“ nicht nur zu einer Überwindung der BHS sondern gleichzeitig zu einer vermehrten Anreicherung des Arzneistoffs im ZNS und dadurch zu geringeren Nebenwirkungen im restlichen Organismus. Durch die erhöhte Selektivität für das ZNS können kleinere und somit für den Körper verträglichere Dosen des Arzneistoffs eingesetzt werden. In der Vergangenheit konnte gezeigt werden, dass unter anderem Nanopartikel aus humanem Serumalbumin, welche mit Polysorbat 80 überzogen waren oder deren Oberfläche mit Apolipoproteinen modifiziert wurde, Arzneistoffe, die üblicherweise nicht in der Lage sind die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden, zentral zur Wirkung brachten. Der genaue Mechanismus, durch den diese Arzneistoffe mithilfe der Trägersysteme ins Gehirn gelangen,war bisher weitgehend ungeklärt. Ein Eindringen des arzneistoffbeladenen Nanopartikels als Ganzes in das Gehirn sowie die Einleitung 2 Vermittlung des Arzneistoff-Transportes durch das Partikel am Endothel oder gar eine unselektive Zerstörung der Barrierefunktion wurden diskutiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mit Apolipoproteinen modifizierte Partikel aus humanem Serumalbumin hergestellt und hinsichtlich ihrer Größe, der Größenverteilung, des Partikelgehaltes, der Oberflächenladung und ihres morphologischen Erscheinungsbildes charakterisiert. Anschließend wurde die Interaktion dieser kolloidalen Trägersysteme mit isolierten Endothelzellen des Nagergehirns mittels verschiedener Analytiken untersucht. Gleichzeitig wurden in umfangreichen Untersuchungen an Mäusen und Ratten die Geschehnisse in vivo beleuchtet und mit Hilfe eines bildgebenden Verfahrens, der Elektronenmikroskopie, dargestellt. Des Weiteren wurde der Effekt einer nanopartikulären Applikation auf die Integrität der Barrierefunktion der BHS untersucht, wodurch eine schädliche Wirkung der Partikel ausgeschlossen und die der Aufnahme in das ZNS zugrunde liegenden Transportmechanismen aufgeklärt werden konnten.
This thesis is based on the following publications (in chronological order): 1. Biegel, E., S. Schmidt & V. Müller (2009) Genetic, immunological and biochemical evidence for a Rnf complex in the acetogen Acetobacterium woodii. Environ. Microbiol. 11: 1438-1443. My contribution: Amplification, sequence determination and analysis of Rnf homologues, enrichment of the Rnf complex 2. Biegel, E. & V. Müller (2010) Bacterial Na+-translocating ferredoxin:NAD+ oxidoreductase. Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. A. 107: 18138-18142. My contribution: I designed and performed all experiments shown and interpreted the data. 3. Biegel, E., S. Schmidt, J. Gonzáles & V. Müller (2010) Biochemistry, evolution and physiological function of the Rnf complex, a novel ion-motive electron transport complex in prokaryotes. Cell. Mol. Life Sci., in press. DOI: 10.1007/s00018-010-0555-8. My contribution: I was involved in writing all chapters except chapters: „phylogenetic analyses of rnf genes“ and „distribution of rnf genes“. 4. Biegel, E. & V. Müller (2010) A Na+-translocating pyrophosphatase in the acetogenic bacterium Acetobacterium woodii. J. Biol. Chem., in press. DOI: 10.1074/jbc.M110.192823. My contribution: I designed and performed all experiments shown and interpreted the data.
The construct diversity describes the collective amount of differences among members within a social unit. The present dissertation is based on the assumption that, through engagement with diversity, people acquire an understanding of what role diversity plays in the societies, organizations, work groups, or other social units they are part of. This understanding of the role diversity plays in a given social unit provides a vantage point from which people will engage with diversity in the future. These vantage points from which people engage with diversity are the general subject matter of the present dissertation. Two main research questions are addressed in this regard: First, whether the role diversity is given in a particular context does have effects on groups and the individual members therein. Second, if such effects exist, it seeks to explore the processes and mechanisms they are based on. Both questions are addressed from different perspectives in the three main chapters of this dissertation. Chapter 5 contains two meta-analyses on the effects of diversity beliefs and diversity climates. Diversity beliefs are individual attitudes that describe the degree to which diversity is ascribed an instrumental value for achieving beneficial outcomes or avoiding detrimental ones. Diversity climates depict such a value of diversity on the group-level. Building on the social identity approach, I explain how diversity beliefs and climates can obviate diversity’s detrimental effects and foster beneficial ones. As both diversity beliefs and climates can cause such effects, they are considered together in the main analyses in the chapter. In the first part of the chapter, a meta-analysis on these moderator effects of diversity beliefs/climates is presented (k = 23). The majority of studies that addressed such effects reported significant results. The patterns of these results showed that, in general, diversity will be more positively related to beneficial outcomes the more it is valued. However, the analysis also revealed that there are at least two types of patterns of this moderation. So far, it cannot be explained which pattern will occur under what circumstances. In the second part of the chapter, a meta-analysis on the main effects of diversity beliefs/climates on beneficial outcomes is presented (k = 71). These effects did not receive much attention in the primary studies. Based on the social identity approach and the fact that diversity is a ubiquitous feature of modern organizations, I argue that they are important nonetheless. The meta-analysis revealed a significant positive main effect of diversity beliefs on beneficial outcomes (r = .25; p < .0001). However, the effect sizes varied considerably across studies. Both moderator and main effects were found across a broad array of outcomes, study designs, levels of analysis, and operationalizations of the constructs involved. They were found irrespective of whether diversity beliefs or diversity climates were considered. The heterogeneity of results in the meta-analyses suggests that there is still much to be learned about when differences in vantage points from which people engage with diversity will have an effect and about the processes that underlie these effects. Chapter 6 is, therefore, predominantly concerned with these underlying processes. Most of the previous research has treated pro-diversity beliefs and pro-similarity beliefs as opposite poles of one underlying continuum. There is, however, evidence that people can hold both types of beliefs simultaneously. Therefore, I propose that both diversity in certain aspects and similarity in other aspects can simultaneously constitute valid and valued parts of an organization’s identity, and that, hence, identifying with the organization can create two forms of solidarity among the employees: organic solidarity – based on meaningfully and synergistically interrelated differences, and mechanic solidarity – based on the common ground that all employees share. Furthermore, I propose that both forms of solidarity can coexist and that both are positively related to the quality of collaboration within the organization. Thus, organizational identification is proposed to influence quality of collaboration indirectly through both organic and mechanic solidarity. These propositions were tested with regard to the collaboration of different teams within two organizations: a German university (Study 1, N = 699) and a Taiwanese hospital (Study 2, N = 591). The results from both studies confirm the predictions. However, the relative importance of each form of solidarity varied across study contexts and across different facets of the quality of collaboration. Chapter 7 also builds on the findings from the meta-analyses and is again predominantly focussed on the processes underlying the effects of diversity beliefs and diversity climates, yet from a different angle. Previously, diversity beliefs and climates have often been discussed with regard to their potential to influence whether diversity will lead to more and deeper elaboration of information within the group. In chapter 7 a theoretical model is developed that complements these cognitive processes by addressing the emotional side of diverse groups. Central to the model is the assumption that group diversity can stimulate group members to engage with each other emotionally, resulting in higher levels of state affective empathy: an emotional state which arises from the comprehension and apprehension of fellow group members’ emotional state. State affective empathy, in turn, is known to lead to a variety of beneficial team processes that can ultimately enhance individual and group-level performance. Thus, the central proposition of the model is that the relationship between diversity and performance is mediated through state affective empathy. The other propositions in the model specify moderators that determine when diversity will indeed have this empathy-stimulating effect. Diversity beliefs and climates are considered second-order moderators that shape the relationship between diversity and empathy through their influence on the first-order moderators. In general, it is proposed that diversity is related to empathy more positively if it is valued by the group or its members. In summary, the results from the meta-analyses in chapter 5, the results from the field studies in chapter 6, and the theoretical arguments presented in chapter 7 can be interpreted such that differences in vantage points from which people engage with diversity can indeed affect groups and their members. Therefore, the first research question of the present dissertation can be answered affirmatively from three different perspectives. However, it also became clear that there is still much uncertainty about the mechanisms underlying these effects. In line with the second research question of the present dissertation, these mechanisms were examined more closely in chapter 6 and 7. The field studies in chapter 6 highlighted the role of identification as the driving force behind the effects of different vantage points on diversity. Furthermore, they also corroborate the proposition that valuing diversity and valuing similarity can be co-occurring phenomena that both influence the collaboration within the group positively. The theoretical model presented in chapter 7 opens up a new emotional way in which diversity beliefs and climates can influence whether diversity will lead to better or worse performance. In sum, therefore, also with regard to the second research question of the present dissertation, progress has been made.
Entwicklung einer Multiplex PCR zum Nachweis von bakteriell kontaminierten Thrombozytenkonzentraten
(2011)
Im Rahmen des Programms zur Intensitätserhöhung am Universal Linear Accelerator UNILAC für das Element Uran hat sich die Forderung nach einer Ionenquelle ergeben, die einen intensiven, hochbrillianten Ionenstrahl aus vierfach geladenen Uranionen bereitstellen kann. Ziel war es, im Zusammenspiel von Ionenquelle, Nachbeschleunigungssystem und Niederenergiestrahlführung einen Strahlstrom von mindestens 15 emA U4+ am Eingang des RFQ-Beschleunigers bereitzustellen. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit den Optimierungen und den experimentellen Untersuchungen an der Vakuumbogenionenquelle VARIS für den Uranbetrieb, welche schließlich ihre Leistungsfähigkeit an der Beschleunigeranlage der GSI erfolgreich unter Beweis gestellt hat. Der erste Teil dieser Arbeit widmet sich der Theorie der Vakuumbogenentladung unter besonderer Berücksichtigung der Erzeugung von U4+. Die Generierung von U4+ erfolgt dabei zu einem Teil im dichten Kathodenspotplasma, wo das Ionisationspotential von 31 auf 21 eV herabgesetzt ist, U4+ also bei vergleichsweise niedrigen Elektronenenergien erzeugt werden kann. Der U4+-Anteil beträgt jedoch nur 30 %. Die Erzeugung eines höheren Anteils an U4+ ist geknüpft an zusätzlich Ionisationsvorgänge im expandierenden Zwischenelektrodenplasma, für welches eine neuartige Theorie (MHD Ansatz) angegeben werden konnte. Für die Vakuumbogenentladung im axialen Magnetfeld konnte eine Erhöhung der Elektronentemperatur vorhersagt werden, die für eine höhere Ionisationsrate für U4+ verantwortlich ist. Für die Elektronentemperatur wurde bei einer magnetischen Flußdichte von 40 mT ein Wert von 10 eV vorhergesagt, welcher experimentell bestätigt werden konnte. Zieht man zudem die berechneten Wirkungsquerschnitte für die Ein- und Mehrfachionisation heran, so konnte aus den Wirkungsquerschnitten vorausgesagt werden, daß für die Produktion eines hohen Anteils an U4+ eine Elektronenenergie von zirka 50 eV für die Generierung von U4+ aus U3+ erforderlich ist. Im weiteren wurde ausgeführt, wie ein Extraktionssystem ausgelegt sein muß, welches den Forderungen nach einem Gesamtstrom von 140 mA entspricht oder diesen übertrifft. Das Erreichen dieses Stroms ist im Einlochextraktionssystem mit Schwierigkeiten verbunden (große Emissionsfläche, langes Extraktionssystem, Extraktionsspannung zirka 180 kV). Aus diesen Gründen ist die Entscheidung zugunsten eines Extraktionssystem mit 13 Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 3 mm gefallen. Die Gesamtemissionsfläche aller Aperturen liegt bei 0,92 cm2. Zur Bestimmung der Strahlformierung einer Öffnung im Extraktionssystem ist das Strahlsimulationsprogramm KOBRA3INP unter Berücksichtigung einer experimentell gut zugänglichen Feldstärke von 11 kV/mm bei einem Aspektverhältnis von 0,5 genutzt worden. Es ergab sich ein minimaler Divergenzwinkel von etwa 55 mrad, die unnormierte effektive Emittanz geht mit steigender Stromdichte asymptotisch einem Wert von 65p mm mrad entgegen. Für das Extraktionssystem (13 Öffnungen) kann die unnormierte effektive Emittanz zu 610p mm mrad abgeschätzt werden. Die Stromdichte, welche der Plasmagenerator bereitstellen muß, beträgt etwa 1600 A/m2. Die Extraktionsspannung liegt bei 32 kV, welche, ebenso wie die Stromdichte, experimentell erreicht wurde. Bei den experimentellen Untersuchungen wurde zunächst untersucht, inwieweit die Impedanz des Vakuumbogenplasmas gesteigert werden kann. Ziel war es, eine möglichst hohe Plasmaimpedanz und damit eine hohe Bogenspannung zu erhalten, wodurch die erreichbare Elektronenenergie vergrößert wird (Regelung der Bogenspannung durch die Plasmaimpedanz). Es ist gezeigt worden, daß die Impedanz vor allem durch eine geeignete Magnetfeldkonfiguration erhöht werden kann (axiales Feld). Ebenso sind die Geometrie der Ionenquelle (Abstand Kathode-Anode 15 mm, Anodenöffnung 15 mm) und die verwendeten Materialien (Anode aus Edelstahl, kleiner Sputterkoeffizient und Sekundärelektronenaus97 löse) entscheidend, wobei zugunsten eines zuverlässigen Zündverhaltens der Ionenquelle die Entscheidung für eine Anodenöffnung von 15 mm statt 25 mm gefallen ist. So erreicht man für eine magnetische Flußdichte von 120 mT bei einem Bogenstrom von 700 A eine Bogenspannung von 54 V, wodurch die Erzeugung bis zu sechsfach geladenen Uranionen möglich wird. Um grundlegende Eigenschaften des Vakuumbogenplasmas zu bestimmen und das theoretische Modell zur Erzeugung von U4+ zu überprüfen, wurden die Ionen- und Elektronenenergieverteilung im Plasma gemessen ...
Hintergrund: Die Thoraxsonographie ermöglicht in der Intensivmedizin die Diagnose von Pleuraerguss und Pneumothorax in Rückenlage mit ähnlicher Sensitivität und Spezifität wie ein Röntgenthorax. Bisher verfügbar war ein kombiniertes theoretisches und praktisches Training, um diese Diagnostik zu lehren, die vor allem von der Erkennung einer sich bewegenden Sonoanatomie abhängt. Die neuere Computertechnologie ermöglicht es nun, solche Sachverhalte zu zeigen, zu animieren und zu erklären.
Ziele: Entwicklung und Überprüfung eines E-Learning für die Thoraxsonographie in der Intensivmedizin.
Methoden: Ein animiertes interaktives, Internet-basiertes E-Learning wurde mit Flash und dem Web-Kit-Freiburg entwickelt. Das E-Learning wurde zur Vorbereitung eines DEGUM-zertifizierten Trainingsprogramms für Thoraxsonographie verwendet und danach von Ärzten mit visuellen Analogskalen (VAS) evaluiert (Studie A). Eine prospektive Lernerfolgsstudie wurde mit Medizinstudenten ohne praktisches Training unter Zuhilfenahme eines 20 Fragen umfassenden „Multiple-Choice“- Tests durchgeführt und nach 2 Wochen einer Nachhaltigkeitsüberprüfung unterzogen (Studie B). Alle Teilnehmer hatten kaum (A) oder keine (B) Vorkenntnisse in der Thoraxsonographie.
Ergebnisse: Das neu entwickelte E-Learning steht im Internet in Deutsch und Englisch zur Verfügung. Studie A: 34 Ärzte, die das E-Learning verwendeten, schätzten ihren Wissenszuwachs von Null auf 79,5% (Median, 95%-Konfidenzintervall 69%-88%, Min/Max 48/97).
Studie B: 29 Medizinstudenten erzielten eine Verbesserung von 11,7/20 auf 17/20 richtigen Antworten nach Anwendung des E-Learning (relative Steigerung 45%, p<0,0001 Wilcoxon's-matched-pairs-test). Nach 2 Wochen wurden noch 83% der Fragen richtig beantwortet (p<0,0001 vs. Pre-Test).
Schlussfolgerung: Die Grundlagen der Thoraxsonographie können mittels E-Learning mit einer hohen Effektivität vermittelt werden. Es eignet sich daher für ein „Blended- Learning“ Konzept.
We found that the HMTase G9a, that catalyzes H3K9me2 in euchromatin, plays a key modulatory role in type I IFN expression. This finding raises the possibility of targeted intervention with type I IFN expression by using small synthetic inhibitors of G9a. Given the overall minimal negative effect of G9a-deficiency on differentiated cells, the short-term suppression of G9a could be used to potentiate type I IFN expression during chronic viral diseases such as hepatitis C. Accordingly, pharmacological enhancement of methylation, for example by inhibition of the H3K9me2 specific demethylases, could be potentially used to attenuate type I IFN expression and help to control chronic inflammatory and autoimmune conditions. The mechanism responsible for canvassing the epigenetic profile of type I IFN expressing cells are not known. It is plausible, that similar to neurons, where G9a is targeted to specific loci with the help of noncoding RNAs, IFN expressing cells possess similar mechanisms to target H3K9me2 demethylating enzymes to type I IFN loci, thus keeping these loci accessible for IFN-inducing transcription factors. Identification of non-coding RNAs that may contribute to the establishment of the epigenetic state of IFN producing cells will provide a further opportunity for targeted manipulation of IFN expression.
In my thesis, I describe the collaborative experiments that show the ability of synthetic compounds that interfere with the histone readers to suppress inflammation. Our results present a novel concept for the regulation of inflammatory gene expression. The diversity of histone readers and the combinatorial nature of regulation of gene transcription may provide an opportunity for highly selective interference with disease associated transcriptional programs by interfering with specific readers. In the future we plan to address the therapeutic potential of BET antagonists in autoimmune and chronic inflammatory conditions.In summary, the experiments described in my thesis provide an example of how the understanding of the basic mechanisms of chromatin control of gene expression can facilitate novel therapeutic approaches that target chromatin.
This thesis consist of three chapters of which each investigates a topic from financial and monetary economics. In the first chapter a novel method to analyze the monetary policy of central banks is presented. In the second chapter (joint work with Professor Michael Binder, Goethe-University Frankfurt) the effects of conditional loan programs of the International Monetary Fund (IMF) on participating countries' output growth are investigated. In the third chapter (joint work with Professor Jan Pieter Krahnen, Goethe-University Frankfurt) a network model of interconnected bank balance sheets which gives rise to systemic risk is developed and used to analyze the implications of a bank levy related to banks' contribution to systemic risk. All three chapters give important insights to the policy design of macroeconomic institutions such as central banks, the IMF, and agencies charged with macroprudential supervision.
In total, this dissertation comprises three research papers. Objective of all of these papers are to detect mistakes of private investors when conducting mutual funds investments and to analyze the implications. Moreover, the question is addressed whether financial advisors help private investors to avoid these investment mistakes. All three research papers use the same data base which has been provided by a German online brokerage house. The detailed data set allows contributing to existing literature on mutual fund investments, smart decision making, household finance as well as financial advice on an investor- and transaction-specific level. The first paper addresses the question which particular decision criteria private investors use when purchasing mutual funds. It can be shown that funds volume is the dominating decision criterion, whereas historical performance is only of minor importance. As performance persistence exists in the underlying data set, it can be concluded that the majority of investors make investment mistakes. In the second paper it is shown that smart investors, i.e. investors who purchase mutual funds by chasing historical performance, are older, wealthier, more experienced and less likely to be overconfident. In addition, it can be verified that there exists a positive impact of the ability to select mutual funds by chasing historical performance on the overall investment success. Hence, the quality of mutual fund selection ability is an ex-ante measure for investment success. Finally, the third paper analyzes the influence of financial advice on mutual fund decision making of private investments. Evidence can be provided that financial advisors do not help their customers to purchase mutual funds by chasing historical performance. In fact, advisors recommend high-volume mutual funds from well-known fund families. Apparently, financial advisors are much more salesmen than real advisors. These results hold when controlling for potential endogeneity issues.
This dissertation contains three essays on monetary policy, dynamics of the interest rates and spillovers across economies. In the first essay I examine the effects of monetary policy and its interaction with financial regulation within a micro-founded macroeconometric framework for a closed economy with a heterogeneous banking system, facing a period of low interest rates. I analyse the interplay between monetary policy and banking regulation and study the role of agents’ expectations for the effectiveness of unconventional monetary policy tools. In the next essay, I argue that openness is crucial for understanding the dynamics of the term structure. In an empirical application, I show that my model of the term structure fits well the yield curve in-sample and has a sound ability to forecast interest rates out-of-sample. The model accounts for the expectations hypothesis, replicates the forward premium anomaly and reconciles the uncovered interest rate parity implications. The last essay is concerned with the dynamics of co-movement among macroeconomic aggregates and the degree of convergence or decoupling amongst economies. The model includes measures of financial and trade-based interdependencies and incorporates feedback between macroeconomic variables and time-varying weights. The findings point at the importance of asset price movements and financial linkages.
In dieser Arbeit wurden zwei Schlüsselenzyme des Energiestoffwechsels in Archaeen im Hinblick auf ihre funktionellen, spektroskopischen und strukturellen Eigenschaften untersucht. Die Heterodisulfid-Reduktase (Hdr) katalysiert die Reduktion des terminalen Elektronenakzeptors CoM-S-S-CoB zu CoM-SH (Coenzym M) und CoB-SH (Coenzym B) und spielt eine Schlüsselrolle im zentralen Energie-konservierenden Prozess von methanogenen Archaeen. Hdr existiert in Form von zwei unterschiedlichen Enzymen: HdrDE und HdrABC. Beide weisen ein charakteristisches Cystein-reiches Sequenzmotiv (CCG-Domäne) auf, welches als Bindestelle für ein ungewöhliches [4Fe-4S]-Zentrum dient. Frühere Studien zeigten, dass das [4Fe-4S]-Zentrum in der Untereinheit HdrB lokalisiert ist und als zentraler Bestandteil des aktiven Zentrums die Fähigkeit besitzt, ein Thiyl-Radikal zu binden. Darauf aufbauend wurden genetische, spektroskopische und strukturelle Untersuchungen überwiegend am H2:Heterodisulfid-Oxidoreduktase-Komplex (Mvh:Hdr) aus Methanothermobacter marburgensis oder an der heterolog produzierten Untereinheit HdrB durchgeführt. Das Reinigungsprotokoll des Mvh:Hdr-Komplexes wurde für Kristallisationsexperimente und für ENDOR- und Mössbauer-spektroskopische Studien optimiert. Eine Kristallisation des Mvh:Hdr-Komplexes gelang nicht; doch konnten Kristalle der Heterodisulfid-Reduktase-assoziierten Hydrogenase (Mvh) bis zu einer Auflösung von 3.34 Å vermessen und mit Hilfe der anomalen Information der Elektronentransferweg zwischen den [Fe-S]-Clustern definiert werden. Ergänzende elektronenmikroskopische Studien zeigten einen unsymmetrischen Aufbau des Komplexes. DesWeiteren wurde die Untereinheit HdrB aus M. marburgensis in Methanosarcina acetivorans heterolog produziert und seine Funktionalität kinetisch und spektroskopisch nachgewiesen. Ferner wurde HdrB in Escherichia coli heterolog produziert und gereinigt, um Kristallisationsexperimente durchzuführen und es für ENDOR- und Mössbauer-Studien verfügbar zu machen. Um HdrB spektroskopisch zu vergleichen, wurde eine Untereinheit der Succinat:Chinon Oxidoreduktase (SdhE) aus Sulfolobus solfataricus ebenfalls heterolog in E. coli produziert und mittels ENDOR-Spektroskopie charakterisiert. Ein grundlegender Prozess des biogeochemischen Schwefelkreislaufes ist die dissimilatorische Sulfat-Reduktion, in der Sulfat (SO4 2􀀀) zu Schwefelwasserstoff (H2S) umgewandelt wird. Die dissimilatorische Sulfit-Reduktase (dSir), das Schlüsselenzym im Energiestoffwechsel der Sulfat-Reduzierer, besitzt einen einzigartigen Sirohäm-[4Fe-4S]-Cofaktor, der die Reduktion von Sulfit (SO3 2􀀀) zu H2S in einem 6-Elektronen-Schritt katalysiert. Um diesen Mechanismus zu untersuchen, wurden kinetische, spektroskopische und röntxi Zusammenfassung genkristallographische Methoden angewandt. Die Kristallstrukturen von dSir aus Archaeoglobus fulgidus wurden im Komplex mit Sulfit, Sulfid (S2􀀀), Kohlenmonoxid (CO), Cyanid (CN􀀀), Nitrit (NO2􀀀), Nitrat (NO3 􀀀) und Phosphat (PO4 3􀀀) gelöst. Aktivitätstest und analytische Studien zeigten, dass dSir von A. fulgidus neben Sulfit und Nitrit auch Thiosulfat und Trithionat reduziert und Letztere auch als Intermediate entstehen. Auf dieser Basis wurde ein 3-Stufen-Mechanismus postuliert, wobei jede Stufe aus einem 2-Elektronentransfer, einer Aufnahme von zwei Protonen und einer Dehydrationsreaktion besteht. Im Vergleich zur assimilatorischen Sulfit-Reduktase (aSir) aus E. coli zeigt die dSir-Struktur einen veränderten Substratkanal, eine Rotation des Sulfits um 60° und beträchtliche Konformationsänderungen der katalytischen Reste Arga170 und Lysa211. Aufgrund dieser Änderungen kann ausschließlich in dSir ein weiteres Sulfit-Molekül in van-der-Waals-Kontakt zum an das Sirohäm-gebundene Sulfit oder Schwefel-Sauerstoff-Zwischenprodukt platziert werden, das nötig ist, um Thiosulfat und Trithionat zu synthetisieren.
Effort estimates are of utmost economic importance in software development projects. Estimates bridge the gap between managers and the invisible and almost artistic domain of developers. They give a means to managers to track and control projects. Consequently, numerous estimation approaches have been developed over the past decades, starting with Allan Albrecht's Function Point Analysis in the late 1970s. However, this work neither tries to develop just another estimation approach, nor focuses on improving accuracy of existing techniques. Instead of characterizing software development as a technological problem, this work understands software development as a sociological challenge. Consequently, this work focuses on the question, what happens when developers are confronted with estimates representing the major instrument of management control? Do estimates influence developers, or are they unaffected? Is it irrational to expect that developers start to communicate and discuss estimates, conform to them, work strategically, hide progress or delay? This study shows that it is inappropriate to assume an independency of estimated and actual development effort. A theory is developed and tested, that explains how developers and managers influence the relationship between estimated and actual development effort. The theory therefore elaborates the phenomenon of estimation fulfillment.
Ziel: Experimentelle Optimierung der Kontrastmitteldichte und Evaluation des Einflusses der Kontrastmitteldichte auf die Strahlendosis in der Multidetektor Computertomographie (MDCT) beziehungsweise welchen Einfluss hat die Dosis (kV und mAs) auf das Kontrastverhalten.
Material und Methoden: 100 ml unverdünntes Kontrastmittel (Imeron 400 MCT, Nycomed, Konstanz, Germany) wurde in einer Verdünnungsreihe jeweils (um die Hälfte bis KM5) mit 0,9% NaCl verdünnt (KM 1 bis KM 31). KM 31 enthält demnach nur noch reines 0,9 % NaCl. Die Verdünnungsreihe wurde in einem 16 Zeilen-CT (Sensation 16, Siemens Medical System, Erlangen, Germany) mit 5 mm Schichtdicke und einem Inkrement von 0,75 mm gescannt (Scann-Protokoll: 80, 100, 120 und 140 kV jeweils mit 20, 50, 80, 110 und 140 mAs). Nach dem Scan erfolgten MIP Rekonstruktionen in coronarer Schichführung mit 2, 5 und 10 mm Schichtdicke. Die KM-Dichte (HE) wurde jeweils in 2, 5 und 10 mm Schichtdicke gemessen. Um die Dosiswerte zu bestimmen wurden das „Dose Length Product“ (DLP) und das „ Volumen-Computer-Tomographie-Dosis-Index“ (CTDIvol) für jedes Scann-Protokoll berechnet.
Ergebnisse: Die Verdünnungsreihe 10 (KM 10) zeigte bei 80kV den identischen Kontrast (im Mittel 543,00 HE) wie die Verdünnungsreihe 5 (KM 5) bei 140 kV (im Mittel 527,52 HE). KM 5 beinhaltete 6,25 ml Imeron 400 MCT mit 93,75 ml 0,9% NaCl, KM 10 beinhaltete 3 ml Imeron 400 MCT verdünnt mit 97 ml 0,9% NaCl. Dies bedeutet ein Einsparungspotential von mehr als 50% an Kontrastmittel. Die niedrigste Dosis bei bestem Kontrast und vertretbarem Rauschen ergab sich für die Verdünnungsreihe 14 (KM 14) bei 80 kV/140 mAs mit Dichtewerten von 197,00 HE und einem DLP von 128 μGym2 und für die Verdünnungsreihe 13 (KM13) bei 100 kv/80 mAs mit Dichtewerten von 222,03 (DLP von 149 μGym2).
Schlussfolgerung: Auch bei niedrigen Strahlendosen besteht weiterhin ein Einsparungspotential für Kontrastmittel mit der Möglichkeit einer weiteren Reduktion kontrastmittelinduzierter Nebenwirkungen. Der Röhrenstrom (mAs) hat keinen Einfluss auf das Kontrastverhalten. Die Dichte wird sehr stark von der Röhrenspannung (kV) beeinflusst - mit niedriger kV-Werte wird der Kontrast erhöht. Diese Tatsache können zur Strahlenreduktion genutzt werden.
This dissertation consists of three essays, which study the implication of financial frictions in business cycles and monetary policy making. The first essay develops a Dynamic Stochastic General Equilibrium (DSGE) model to study how the instability of the banking sector can amplify and propagate business cycles. Model simulations show that in an economic down turn, in addition to credit demand contraction induced by low firm net worth, low bank capital
position can create strong credit supply contraction, and have a quantitatively significant effect on business cycle dynamics. The second essay studies the optimal Taylor-type monetary policy rules based on the model developed in the first chapter and find that with interest rate smoothing, 'leaning against the wind' can significantly dampen the procyclicality of financial distortions, and increase the welfare of the economy. The third chapter examines the role of households frugality in a financial crisis and finds that higher savings by more frugal households provide an important cushion for the fall in private investment funding.
The translocation of nuclear-encoded precursor proteins into chloroplasts is a highly ordered process involving the action of several components to regulate this molecular ensemble. Not only GTP hydrolysis and GDP release but also the phosphorylation of TOC GTPases is a widely discussed mechanism to regulate protein import. The receptor component (Toc34) and its isoform of A. thaliana (atToc33) were found to be regulated by phosphorylation. Although the phosphorylation of Toc33 is already known for several years, several questions regarding the molecular components involved in the regulation of the phosphorylation process, precisely what is the protein kinase and where this kinase is initially localized, so far remained unclear.
This thesis aimed at the defining of the phosphorylation status of TOC GTPases in monomeric and/or dimeric states, the identification of the nature of Toc33-PK (protein kinase), and in the same context it aimed at gaining first insights into the physiological significance of Toc33 phosphorylation. To this end, (I) An in vitro and in vivo system for investigating of TOC GTPases Phosphorylation (in monomeric or dimeric state) was developed. Since no information is available about the phosphorylation status of the Toc159 isoforms, the second receptor of the TOC complex, it was interesting to investigate whether these isoforms undergo phosphorylation or not. The results indicated that atToc159 isoforms are able to be phosphorylated by the kinase activity in purified outer envelope membranes (OEMs) of pea, but not atToc132. Moreover, an artificial dimer of psToc34 based on the interaction of a C-terminally fused leucine zipper was not phosphorylated. This result reflected the inability of the OEM kinase to phosphorylate the dimers of TOC GTPases. Also, In vivo labeling of atToc33 was developed and occurred in a dose-dependent manner. Therefore, this results evidenced that in vitro phosphorylation of atToc33 (both endogenous wild type and recombinant expressed proteins) is not artificial labeling but represents a physiological relevance. CD (circular dichroism) measurements revealed that recombinant GTPase domain of atToc33 is preferentially phosphorylated in its folded state. Therefore, it could be suggested that folding of atToc33rec is a prerequisite for its phosphorylation and the phosphorylation event occurs as a posttranslational modification most likely after insertion of Toc33 (Toc34) into the OE of chloroplasts.
Secondly, (II) Isolation and identification of Toc33-PK from OEMs of chloroplasts was performed. Four independent strategies were developed to identify the Toc33-protein kinase: UV-induced and chemically-based crosslinking, different applied chromatographic techniques, identification of PK-Toc33 interaction by means of HDN-PAGE (histidine- and deoxycholate-based native PAGE), and finally mass spectrometric approaches were performed on fractions including the potential kinase activity. UV-induced crosslinking procedure was developed and resulted in covalent bonding of nine proteins to [a-32P] ATP, while chemically-based one was not significant. The applied chromatographic and HDN-PAGE approaches, including mass spectrometry, have revealed the identification of 13 protein kinases. Of these identified kinases, phototropin2 (Phot2, AT5G58140), leucine-rich repeat PK (LRR-PK, AT4G28650.1), and receptor-like transmembrane PK (RLK, AT5G56040.2) were selected as the most promising candidates (ca. kinase type and one transmembrane helix for membrane localization).
(III) The physiological significance of Toc33 phosphoryation was shown to link this process with the environmental changes (especially, the light conditions). Identification of chloroplast OE-located PKs performed by nLC-MALDI-MS/MS resulted in the detection of Phot2. Furthermore, the subcellular localization of Phot2 in OEM of chloroplasts was confirmed by immunoblotting experiments using a-Phot2 antibody. The kinase activity of Phot2 towards TOC GTPases was characterized and revealed that fused GST-KD (kinase domain) protein able to specifically phosphorylate atToc33rec, but not atToc159rec. Also, endogenous atPhot2 was upregulated and heavily detected in the ppi1-S181A plant line (where serine to alanine exchange was performed to abolish the phosphorylation of atToc33). Hence, we suggested that certain signal cascades may directly or indirectly link Toc33 receptor phosphorylation, protein levels of Phot2 (as promising PK candidate), and irradiation conditions (as an inducing signal of the subsequent phosphorylation events). Light-dependent phosphorylation of Toc33 was shown either after de-etiolation conditions or after high light intensities of blue light was performed. Therefore, phosphorylation of Toc33 might be identified as an external regulatory signal to regulate preproteins import into chloroplasts in response to environmental conditions (e.g. light changes) or as a signal of chloroplast biogenesis.
The objective of this thesis is to develop new methodologies for formal verification of nonlinear analog circuits. Therefore, new approaches to discrete modeling of analog circuits, specification of analog circuit properties and formal verification algorithms are introduced. Formal approaches to verification of analog circuits are not yet introduced into industrial design flows and still subject to research. Formal verification proves specification conformance for all possible input conditions and all possible internal states of a circuit. Automatically proving that a model of the circuit satisfies a declarative machine-readable property specification is referred to as model checking. Equivalence checking proves the equivalence of two circuit implementations. Starting from the state of the art in modeling analog circuits for simulation-based verification, discrete modeling of analog circuits for state space-based formal verification methodologies is motivated in this thesis. In order to improve the discrete modeling of analog circuits, a new trajectory-directed partitioning algorithm was developed in the scope of this thesis. This new approach determines the partitioning of the state space parallel or orthogonal to the trajectories of the state space dynamics. Therewith, a high accuracy of the successor relation is achieved in combination with a lower number of states necessary for a discrete model of equal accuracy compared to the state-of-the-art hyperbox-approach. The mapping of the partitioning to a discrete analog transition structure (DATS) enables the application of formal verification algorithms. By analyzing digital specification concepts and the existing approaches to analog property specification, the requirements for a new specification language for analog properties have been discussed in this thesis. On the one hand, it shall meet the requirements for formal specification of verification approaches applied to DATS models. On the other hand, the language syntax shall be oriented on natural language phrases. By synthesis of these requirements, the analog specification language (ASL) was developed in the scope of this thesis. The verification algorithms for model checking, that were developed in combination with ASL for application to DATS models generated with the new trajectory-directed approach, offer a significant enhancement compared to the state of the art. In order to prepare a transition of signal-based to state space-based verification methodologies, an approach to transfer transient simulation results from non-formal test bench simulation flows into a partial state space representation in form of a DATS has been developed in the scope of this thesis. As has been demonstrated by examples, the same ASL specification that was developed for formal model checking on complete discrete models could be evaluated without modifications on transient simulation waveforms. An approach to counterexample generation for the formal ASL model checking methodology offers to generate transition sequences from a defined starting state to a specification-violating state for inspection in transient simulation environments. Based on this counterexample generation, a new formal verification methodology using complete state space-covering input stimuli was developed. By conducting a transient simulation with these complete state space-covering input stimuli, the circuit adopts every state and transition that were visited during stimulus generation. An alternative formal verification methodology is given by retransferring the transient simulation responses to a DATS model and by applying the ASL verification algorithms in combination with an ASL property specification. Moreover, the complete state space-covering input stimuli can be applied to develop a formal equivalence checking methodology. Therewith, the equivalence of two implementations can be proven for every inner state of both systems by comparing the transient simulation responses to the complete-coverage stimuli of both circuits. In order to visually inspect the results of the newly introduced verification methodologies, an approach to dynamic state space visualization using multi-parallel particle simulation was developed. Due to the particles being randomly distributed over the complete state space and moving corresponding to the state space dynamics, another perspective to the system's behavior is provided that covers the state space and hence offers formal results. The prototypic implementations of the formal verification methodologies developed in the scope of this thesis have been applied to several example circuits. The acquired results for the new approaches to discrete modeling, specification and verification algorithms all demonstrate the capability of the new verification methodologies to be applied to complex circuit blocks and their properties.
The enzyme quinol:fumarate reductase (QFR) from the anaerobic epsilon-proteobacterium Wolinella succinogenes is a membrane protein complex that couples the catalysis of the oxidation of menaquinol to menaquinone to that of the reduction of fumarate to succinate. This is the terminal step in fumarate respiration, a form of anaerobic respiration in which oxygen is replaced by fumarate as the terminal electron acceptor in many anaerobic microorganisms. In QFR, both the heme groups (low-potential distal and high-potential proximal heme b group in transmembrane subunit C) are part of the electron transport chain between the two catalytic sites of the redox enzyme. Although the reduction of fumarate by menaquinol is exergonic, it is not exergonic enough to support the generation of a transmembrane electrochemical proton potential delta p. Evidence has previously shown that this reaction is catalysed by a novel mechanism, involving the facilitation of transmembrane electron transfer by transmembrane proton transfer via an essential compensatory transmembrane proton transfer pathway ("E-pathway") which is inactive in the oxidized state of the enzyme. The two key constitutents of the the pathway are the amino acid residue Glu C180 of the transmembrane helix V (located in subunit C) and the ring C propionate of the distal heme bD. The aim of the project was to obtain, by employing a combination of time-resolved as well as static spectroscopic approaches, a detailed insight of the transmembrane electron coupled proton transfer mechanism. Minute changes in both the oxidized and reduced states of a redox protein system can be selectively and sensitively monitored by static Fourier Transformed Infrared (FTIR) difference spectroscopy. The technique employed in this context, electrochemically induced FTIR difference spectroscopy, is complemented by computer-based electrostatic calculations. In order to elucidate the catalytic mechanism of the important reactions in QFR, it is necessary to investigate these in a time-resolved manner. Rapid scan FTIR difference spectroscopy is a suitable technique that allows the course of the reaction to be monitored in a time dependent fashion. The techniques employed in this context are time-resolved (tr-FTIR) and transient absorption spectroscopy. In the following, the details of individual sub-projects are discussed in brief. ...
The adaptive immune system of jawed vertebrates is based on recognition and elimination of cells that are either invaded by intracellular pathogens or malignantly transformed. One essential component of these processes is the cell surface presentation of antigenic peptides via major histocompatibility complex (MHC) class I molecules to cytotoxic T-cells (CTLs). Cells degrade defective ribosomal products and misfolded or unwanted proteins by the ubiquitin-proteasome pathway. The resulting degradation products are recognized and translocated by the transporter associated with antigen processing (TAP) into the endoplasmic reticulum (ER) lumen, where they are loaded onto MHC I molecules. Assembled peptide-MHC complexes are then shuttled by the secretory pathway to the cell surface for antigen presentation to CTLs, leading in the case of viral infection or malignant transformation to lysis and apoptosis of the target cell. Due to the fact that the TAP complex represents a key control point within the antigen presentation pathway, several viruses have evolved sophisticated strategies to evade immune surveillance by interfering with TAP function.
Detailed studies of the TAP mechanism or its viral inhibition have been severely impeded by difficulties in expressing sufficient amounts of functional heterodimeric TAP complex. Thus, the overexpression of TAP in the methylotrophic yeast Pichia pastoris was established for functional analysis of this important ABC complex. Biomass production was scaled up by fermentation using classical batch and feed methods. Extensive screening of optimal solubilization and purification conditions allowed the isolation of the heterodimeric transport complex. Notably, only the very mild detergent digitonin preserved TAP function. Hereby, the optimal solubilization and purification strategy yielded in 30 mg TAP transporter per liter culture. Remarkably, the protein amount was 50-fold increased compared to previously described expression/purification in cultured insect cells.
The high yield and quality of TAP produced in P. pastoris allowed an extensive analysis of substrate binding and transport kinetics of the transport complex in the membrane, its solubilized and purified state, as well as the reconstituted state. Thereby, a strong and direct effect of the lipid bilayer on ATP hydrolysis and peptide transport was discovered. These important results were extended further by successful functional reconstitution of the antigen translocation machinery in different lipid environments. For the first time, a stimulation of the transport activity by phosphatidylinositol (PI) and phosphatidylethanolamine (PE) was observed, whereas cholesterol was identified as an inhibitor of TAP activity.
Purification of TAP and subsequent thin-layer chromatography (TLC)/liquid chromatography Fourier transform-mass spectrometry (LC FT-MS) fingerprinting of residual lipids exhibited specifically associated glycerophospholipids; mainly PC, PE, and PI species. Strikingly, these lipids not only represent the primary class of phospholipids of the ER but were also shown to be essential for functional reactivation of delipidated, and thus inactive, TAP. The results demonstrate that transport of antigenic peptides by the ABC transporter TAP strictly requires specific glycerophospholipids.
In addition to the biochemical characterization of heterologous produced TAP, the soluble domain of the viral inhibitor US6 from human cytomegalovirus was expressed in E. coli. Optimization of the purification and refolding strategy yielded in functional protein, with a 35-fold increased protein amount compared to previous purification procedures. Protein activity was analyzed by specific inhibition of ATP binding to TAP. Furthermore, high protein yields allowed detailed investigation of TAP-dependent spatial and mechanistic separation of MHC I restricted cross-presentation in professional antigen presenting cells (pAPC).
Die Translokation von gelösten Stoffen über zelluläre Membranen ist ein essentieller biologischer Prozess, der durch eine Vielfalt an integralen Membranproteinen vermittelt wird. Diese sind in den selektiven Austausch verschiedenster Stoffe bzw. Teilchen involviert und ermöglichen somit die Kommunikation zwischen den einzelnen Zellkompartimenten untereinander bzw. mit der extrazellulären Umgebung. Eine der größten Familien paraloger Proteine, die den vektoriellen Transport von Substanzen über Zellmembranen katalysieren, stellen die ATP‐binding cassette (ABC)‐Transporter dar. Mitglieder dieser Proteinfamilie sind in allen bisher untersuchten Organismen von Prokaryoten bis hin zu höheren Eukaryoten vertreten und übernehmen essentielle Funktionen in einer Vielzahl von zellulären Abläufen. ABC‐Transporter zeichnen sich durch eine breite Substratdiversität aus, d.h. sie energetisieren unter ATP‐Verbrauch die Translokation zahlreicher, strukturell und chemisch unterschiedlicher Substanzen wie Zucker, Lipide, Ionen, Aminosäuren, Proteine oder auch zelltoxische Stoffe. In Bakterien können sie sowohl als Importproteine fungieren, welche hauptsächlich die Aufnahme von Nährstoffen vermitteln, als auch als Exportproteine, deren Hauptaufgabe es ist, zelltoxische Substanzen aus der Zelle heraus zu schleusen. Eukaryotische ABC‐Transporter sind sowohl in der Plasmamembran als auch in den intrazellulären Membranen zu finden – beispielsweise in denen des Endoplasmatischen Retikulums, des Golgi Apparats, der Lysosomen, der Peroxisomen und der Mitochondrien. Sie fungieren als Exportproteine und sind z.B. an der Ionen‐Homöostase, der Antigenprozessierung, der Insulinfreisetzung oder am Cholesterol‐ und Lipidtransport beteiligt. ...
Almost two decades ago, microRNAs were discovered as novel posttranscriptional regulators of gene expression. Since then, research efforts have uncovered their involvement in the control of various cellular processes including migration, proliferation and cell survival. Even more complex events, such as the formation of new blood vessels or organ development, have been shown to be tightly regulated and orchestrated by microRNAs. Due to their crucial regulatory role in tissue homeostasis in vertebrates, it does not come as a big surprise that dysregulated microRNA ex-pression is associated with pathology of diverse diseases. In this regard, the miR-17-92 cluster is a prime example since it has become famous for its amplified expression in tumours and its on-cogenic potential. Our lab demonstrated the expression of the members of the miR-17-92 cluster, namely miR-17, -18a, -19a, -20a, -19b and -92a, in endothelial cells and provided evidence for the anti-angiogenic activity of miR-92a in ECs as well as its important regulatory role in tissue re-covery after ischemia. In this work we addressed the function of the remaining members of the miR-17-92 cluster, i.e. miR-17, miR-18a, miR-19a and miR-20a, in endothelial cells and angiogenesis. Surprisingly, the individual members all displayed anti-angiogenic properties in endothelial cells in vitro, although overexpression of the whole cluster in transformed colonocytes was shown to promote tumour angiogenesis in a mouse model. In this context, we provide evidence that the individual miRs differentially affect the paracrine angiogenic activity of endothelial and tumour cells. Moreover, Antagomir-mediated inhibition of miR-17/20 in a mouse tumour model did not affect tumour angi-ogenesis, although miR-17/20 inhibition profoundly increased vascularization of Matrigel plugs. Thus, our research efforts suggest a differential involvement of the members of the miR-17-92 cluster in physiological and tumour angiogenesis. Additionally, we identified Janus kinase (JAK) 1 as a novel miR-17 target in endothelial cells and demonstrated the involvement of JAK1 in angio-genesis and in the phosphorylation of STAT3 in response to different cytokines in vitro. Overall, inhibition of specific members of the miR-17-92 cluster might represent an attractive therapeutic strategy to enhance angiogenesis in ischemic diseases. In the second part of the present work we investigated the therapeutic value of Antagomir-mediated microRNA inhibition in animal models of pulmonary arterial hypertension. Collectively, inhibition of miR-17 by the respective Antagomir revealed a significant improvement of pulmonary hemodynamics and cardiac function in both the chronic hypoxia mouse model and the mono-crotaline-induced lung injury rat model. Histomorphometric analysis of the lungs of the pulmonary hypertensive mice and rats uncovered a significant reduction of disease associated musculariza-tion of pulmonary arteries in Antagomir-17 treated animals compared to the control animals indicating interference with smooth muscle cell proliferation or survival. Probing of lung tissue of the pulmonary hypertensive rats for selected miR-17 targets uncovered a profound increase in the expression of the cyclin dependent kinase inhibitor p21 in the Antagomir-17 treated rats suggest-ing that inhibition of miR-17 impairs proliferation by impeding cell cycle progression. Analysis of miR-17 function in human smooth muscle cells in vitro corroborated the results from the animal experiments by demonstrating pro-proliferative activity of miR-17 and decreased levels of p21 in these cells. Collectively, our results indicate that Antagomir-17 improves pulmonary hemodyna-mics and cardiac function by interfering with vascular remodelling within the lung. Hence, inhibi-tion of miR-17 might be of therapeutic value to ameliorate the disease pattern in pulmonary arte-rial hypertension. In summary, the present work provides insights into the regulatory functions of members of the miR-17-92 cluster, especially miR-17, in blood vessels and suggests that specific inhibition of members of the miR-17-92 cluster might be a novel option to treat vascular diseases.
NOSTRIN belongs to the recently defined F-BAR protein family. F-BAR proteins are
multi-domain proteins, which serve as adaptors between plasma membrane and
cytoskeleton components in processes such as membrane protrusion formation,
endocytosis and migration. NOSTRIN encompasses a F-BAR domain at the N-terminus,
which mediates membrane association, followed by a HR1 motif and an intermediate
domain (ID) domain in the middle, and a SH3 domain at the C-terminus. The domain
architecture and ability to form oligomers enable NOSTRIN to coordinate several
interaction partners namely dynamin, caveolin, N-WASP and endothelial nitric oxide
synthase (eNOS) in the process of eNOS trafficking. In this context NOSTRIN was
originally identified and hence termed eNOS traffick inducer. NOSTRIN is expressed in
vascularized tissues (e.g. liver and lung) and in primary endothelial cells.
Aims of the present work were (1) to investigate if NOSTRIN is involved in other
processes besides eNOS trafficking, (2) to analyse the function of NOSTRIN in vivo
through knockdown of NOSTRIN in developing zebrafish and (3) to study the
consequences of the loss of NOSTRIN on signal transduction in a primary cell culture
model derived from NOSTRIN knockout mice.
To study the possible involvement of NOSTRIN in other processes besides eNOS
trafficking a yeast two-hybrid screen was performed in which fibroblast growth factor
receptor 1 (FGFR1) was identified as a putative novel interaction partner of NOSTRIN. In
a series of yeast two-hybrid, pulldown and co-immunoprecipitation experiments the
interaction between NOSTRIN and FGFR1 was confirmed to occur between
endogenously expressed proteins and determined to be direct and to depend on the ID
domain of NOSTRIN and the 130 C-terminal amino acid residues of FGFR1. FGFR1 is
activated by binding of fibroblast growth factors (FGFs) and induces several different
signal transduction pathways (e.g. MAPK and Akt pathway). Overexpression of
NOSTRIN in HeLa cells specifically enhanced FGF2-dependent MAPK activation.
Accordingly, depletion of NOSTRIN attenuated FGF2-dependent MAPK activation and
did not affect FGF2-induced Akt activation.
In summary, NOSTRIN has been identified as a novel interaction partner of FGFR1
involved in FGF2-dependent signal transduction.
The morpholino oligonucleotide-mediated knockdown of NOSTRIN in developing
zebrafish caused vascular leakage and irregular vascular patterning e.g. a loss of the
proper trajectory of intersegmental vessel and interruptions of the dorsal longitudinal
anastomotic vessel. The vascular phenotype was consistent upon use of two different
morpholinos and could be rescued in a dose dependent manner by the injection of
zebrafish NOSTRIN mRNA. Detailed analysis involving confocal and time lapse
microscopy in zebrafish with endothelial specific expression of EGFP revealed that the
knockdown of NOSTRIN impacts in vivo on the migration and morphology of endothelial
tip cells and leads to a reduction of filopodia number and length.
Additionally a NOSTRIN knockout mouse was generated. The analysis of FGFR1 signal
transduction in primary mouse lung endothelial cells (MLECs) from NOSTRIN knockout
and wild type mice revealed that FGF2-dependent MAPK activation was attenuated in
MLECs isolated from NOSTRIN knockout mice when compared to MLECs isolated from
wild type mice. The effect of NOSTRIN on FGF2-dependent signal transduction seems to
be specific, since VEGF-induced MAPK activation was not affected in NOSTRIN
knockout MLECs. The importance of NOSTRIN for FGF2 signal transduction in vivo is
demonstrated by the greatly impaired angiogenic response to FGF2 in NOSTRIN
knockout mice in matrigel plug assay. In a detailed biochemical analysis it was
discovered that NOSTRIN interacts with the activated small GTPase Rac1 and that
overexpression of NOSTRIN enhances Rac1 activation. Furthermore, the interactions of
NOSTRIN with both Rac1 and its GEF Sos1 are required for NOSTRIN-mediated
activation of Rac1. In accordance, activation of Rac1 was not detected upon FGF2
stimulation in NOSTRIN knockout MLECs.
In conclusion, the present work describes a novel function of the F-BAR protein
NOSTRIN in FGFR1 signal transduction. Data presented in this work demonstrate that
NOSTRIN is required for the assembly of a complex consisting of FGFR1, Sos1 and
Rac1 and subsequently for the FGF2-dependent activation of Rac1 in endothelial cells.
Conclusion: Proteins containing a Jumonji C (JmjC) domain appear in almost all living organisms and catalyze a variety of oxidation reactions. Therefore, they are important regulators in many biological processes such as proliferation and differentiation. They act either as protein hydroxylases, histone demethylases or by regulate mRNA splicing. Given the fact that some of the JmjC domain-containing proteins are shown to be upregulated in response to hypoxia as well as the dependency of JmjC domain catalytic activity on oxygen led to the assumption of an involvement in angiogenesis. For Jmjd6, a member of the JmjC domain-containing protein family, a regulatory involvement in mRNA splicing has been shown. The Jmjd6-/- mouse dies perinatally due to several severe organ malformations, especially in the heart. Despite the pale appearance, the growth retardation and the cardiac defects, it is unclear whether these mice exhibit defects of cells comprising the vasculature. Therefore, the involvement of Jmjd6 in angiogenesis was examined in vitro using angiogenesis assays as well as in vivo using the Jmjd6+/- mouse. An siRNA-mediated knockdown of Jmjd6 in ECs significantly impaired the formation of capillary-like networks in the tube formation assay as well as sprouting in the spheroid assay. Moreover, after siRNA-mediated knockdown of Jmjd6 in ECs cell migration was significantly reduced. These findings were confirmed in the matrigel plug assay in vivo. Implanted matrigel plugs of Jmjd6+/- mice exhibited significantly less perfused vessels compared to wildtype littermates. Furthermore, cultured lung ECs from Jmjd6+/- mice exhibited impaired network forming activity ex vivo compared to cells isolated from wildtype littermates. To elucidate the mechanisms underlying the requirement of Jmjd6 in angiogenesis, an Affymetrix exon-array was performed, which allows detection of changes in gene expression as well as splicing. The siRNA-mediated knockdown of Jmjd6 altered the expression of genes known to play a role in vascular biology. The bioinformatic assessment of alternative splice variants revealed that Jmjd6 silencing affects the splicing of the VEGF receptor 1 (Flt1). Differential splicing of Flt1 was shown to generate a short and soluble form of Flt1 (sFlt1), which sequestrates VEGF and PlGF, and thereby inhibits angiogenesis. In particular, a significant increase in sFlt1 expression was observed. Jmjd6 was recently reported to hydroxylate the splicing factor U2AF65. Therefore, we investigated whether U2AF65 might mediate Flt1 splicing and binds to Flt1 mRNA. Indeed, U2AF65 co-immunoprecipitated with Jmjd6 in ECs, while an interaction of U2AF65 with sFlt1 was demonstrated. Moreover, inhibition of Jmjd6 catalytic function by reduced oxygen concentration altered splicing of Flt1 resulted in an increase of the sFlt1 splice variant. Finally, saturating concentrations of VEGF or PlGF or neutralizing antibodies against sFlt1 significantly reduced the inhibition of sprouting caused by Jmjd6 knockdown in vitro.
Collectively, our results indicate that Jmjd6 has an essential role in the oxygen-dependent regulation of angiogenesis by controlling the splicing of Flt1 mRNA, thereby adjusting the generation of the anti-angiogenic short splice variant sFlt1. Several publications demonstrated a major importance for sFlt1 as a biomarker for many severe human diseases such as preeclampsia, sepsis, cancer, myocardial infarction as well as chronic heart failure. Therefore, the identification of the molecular mechanism behind the generation of sFlt1 might enable the development of new or more precise clinical markers for the diagnosis of the corresponding diseases. Furthermore, the discovery of the enzymes involved in the generation of sFlt1 provides further possibilities to modulate sFlt1 levels and thereby may potentially gives rise to the development of new therapies.
MutLα ist Bestandteil des Mismatch-Reparatur-Systems und spielt eine wichtige
Rolle bei der postreplikativen Reparatur von Kopierfehlern, der Detektion von DNASchäden
durch exogene Noxen und der Signalisierung von irreparablen DNALäsionen
an die Apoptosemaschinerie. MutLα setzt sich als Heterodimer aus MLH1
und PMS2 zusammen. Da sein Fehlen zur Entstehung von Krebs führt, werden
MLH1 und PMS2 zu den Tumorsuppressorproteinen gezählt.
Von vielen krebsassoziierten Proteinen, darunter p53, BRCA und c-Abl, ist bereits
bekannt, dass sie zwischen nukleärer und zytoplasmatischer Lokalisation wechseln.
Dagegen wurde MutLα in der Vergangenheit vorrangig in nukleärer Funktion und
Lokalisation wahrgenommen. Jedoch haben Brieger et al. kürzlich zahlreiche
Interaktionen mit zytoplasmatischen Proteinen aufgedeckt, was nahe legt, dass
MutLα möglicherweise auch wichtige zytosolische Aufgaben hat (Brieger et al.
2010a). Während der Import von MutLα in den Kern bereits aufgeklärt ist, gibt es
über den Export ins Zytosol bislang nur vage Kenntnisse. Hauptfokus dieser Arbeit
ist es deshalb, MutLα auf seine Fähigkeit zum nukleären Export zu untersuchen.
Wir konnten mithilfe eines von Henderson und Eleftheriou entwickelten in vitro
Export-Assays (Henderson, Eleftheriou 2000) zeigen, dass MutLα eine aktive
nukleäre Export-Sequenz im Bereich der Aminosäuren 578-595 von MLH1 besitzt.
Die gezielte Mutation von Leucinen in diesem Bereich veränderte die subzelluläre
Lokalisation von MutLα. Auch setzten solche Mutationen häufig die Stabilität und
die Mismatch-Reparatur-Aktivität des Proteins herab.
Die Untersuchung einer von Han et al. als pathogen beschriebenen Mutation in
diesem Bereich des MLH1-Gens, MLH1L582V (Han et al. 1995), zeigte, dass der
Defekt weder die Proteinstabilität noch die Reparatureigenschaft von MutLα
beeinträchtigte. Jedoch wies das veränderte Heterodimer eine eingeschränkte
Exportfähigkeit auf, sodass dieser Funktionsverlust ursächlich für die
Krebserkrankung des Mutationsträgers sein könnte.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich in drei Studien mit verschiedenen Möglichkeiten, selbstreguliertes Lernen im schulischen Kontext zu fördern. Dabei werden einerseits Interventionen (Schüler-, Lehrer- und Elterntrainings) zur Selbstregulationsförderung in ihrer Wirksamkeit untersucht, andererseits wird die Förderung des selbstregulierten Lernens im regulären Unterricht in den Blick genommen. Den Studien liegen sozial-kognitive Modelle des selbstregulierten Lernens (Boekaerts, 1999; Otto, 2007) zugrunde, die das Zusammenspiel von kognitiven, metakognitiven und motivational-emotionalen Aspekten sowie die Rolle der Lernumwelt für die Selbstregulation betonen.
In der ersten Studie wird ein Trainingsprogramm zur Förderung des selbstregulierten Lernens hinsichtlich seiner Wirkung auf die Schülermotivation evaluiert. Hierbei interessierte unter anderem die differenzielle Wirksamkeit von direkten (Schülertraining) und indirekten (Lehrer-/Elterntrainings) Interventionen. Es konnte gezeigt werden, dass sich das Trainingsprogramm positiv auf motivationale Variablen der Schüler auswirkt. Diese Effekte waren teilweise auch langfristig nachweisbar. Die Befunde deuten auf eine Überlegenheit des direkten Trainings gegenüber den indirekten Trainings in Bezug auf einige motivationale Variablen hin.
Die zweite Studie beschäftigt sich im Rahmen von Videoanalysen mit der Frage, wie Lehrer die Förderung von selbstreguliertem Lernen im alltäglichen Unterricht gestalten. Zudem wurden Auswirkungen von unterschiedlichen Arten der Förderung auf die Schülerleistung untersucht. Basierend auf systematischen Beobachtungen konnten Aussagen über die Unterrichtspraxis der untersuchten Lehrer bezüglich der Förderung des selbstregulierten Lernens gemacht werden. Ein zentrales Ergebnis betrifft die Effekte von expliziter Strategievermittlung, für die im Gegensatz zur impliziten Strategievermittlung Zusammenhänge mit der Leistungsentwicklung der Schüler nachgewiesen werden konnten.
In der dritten Studie sollten mögliche Einflussfaktoren auf die Strategievermittlung im Unterricht identifiziert werden. Dafür wurden wieder Unterrichtsbeobachtungen herangezogen und Zusammenhänge mit Merkmalen des Unterrichtskontexts und mit Lehrerüberzeugungen hergestellt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Strategievermittlung der Lehrer über verschiedene Unterrichtskontexte hinweg eine hohe Stabilität aufweist. Außerdem lassen die Befunde darauf schließen, dass Lehrerüberzeugungen eine wichtige Rolle für die Strategievermittlung im Unterricht spielen.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass sich sowohl Selbstregulationstrainings als auch in den Unterricht integrierte Selbstregulationsförderung erfolgreich einsetzen lassen. Möglichkeiten zur Optimierung der Förderung des selbstregulierten Lernens in der schulischen Praxis werden vor dem Hintergrund der Befunde diskutiert.
Vorausgehende Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass die Identifikation von Mitarbeitern mit Ihrer Organisation ein zentraler Prädiktor für wünschenswerte Einstellungen und Verhaltensweisen wie Arbeitszufriedenheit, Leistung und Extrarollenverhalten ist (Riketta, 2005). Folglich entwickelte sich in den vergangenen Jahren ein zunehmendes Forschungsinteresse an den Faktoren, die die organisationale Identifikation von Mitarbeitern beeinflussen (Ashforth et al., 2008). Ein vielversprechender Ansatzpunkt scheint die Rolle des Führungsverhaltens zu sein. Die selbstkonzeptbasierten Theorien der Führung postulieren, dass die Effektivität von Führungskräften im Wesentlichen darauf beruht, dass sie die Identifikation ihrer Mitarbeiter mit der Arbeitsgruppe oder dem Unternehmen stärken (Shamir et al., 1993; van Knippenberg et al., 2004). Basierend auf dieser Erkenntnis haben van Dick et al. (2007) ein Transfermodell der organisationalen Identifikation entwickelt. Dieses geht davon aus, dass sich die organisationale Identifikation von Vorgesetzten auf ihr Führungsverhalten auswirkt und die organisationale Identifikation ihrer Mitarbeiter beeinflusst. Nach diesem Modell sollten die Mitarbeiter hochidentifizierter Führungskräfte eine stärkere organisationale Identifikation aufweisen als Mitarbeiter von weniger stark identifizierten Vorgesetzten. Die erhöhte Identifikation der Mitarbeiter sollte wiederum positiv auf ihre Arbeitszufriedenheit, Leistung und Extrarollenverhalten wirken. Eine Serie von querschnittlichen Feldstudien brachte erste empirische Belege für diese Annahmen (van Dick et al., 2007; Wieseke et al., 2009). Vor diesem Hintergrund war es das Ziel der vorliegenden Arbeit, das Transfermodell von van Dick und Kollegen (2007) weiteren empirischen Tests zu unterziehen und theoretisch zu erweitern. Hierzu wurden drei Fragestellungen näher untersucht: Zunächst wurden zwei experimentelle Studien durchgeführt, um den angenommenen kausalen Einfluss der Vorgesetzten-Identifikation auf die organisationale Identifikation der Mitarbeiter zu testen (Manuskript 1). Die Ergebnisse der Studien stützen die Hypothese, dass sich die organisationale Identifikation der Führungskräfte auf die Identifikation der Mitarbeiter auswirkt. Darüber hinaus zeigte sich ein Effekt auf die Leistung der Mitarbeiter. Probanden, die für einen hochidentifizierten Vorgesetzten arbeiteten, zeigten eine bessere Leistung als Mitarbeiter einer weniger stark identifizierten Führungskraft. Im zweiten Schritt der vorliegenden Arbeit wurde das Führungsverhalten untersucht, das dem Identitätstransfer zugrunde liegt (Manuskript 2). Basierend auf den selbstkonzeptbasierten Theorien der Führung wurde angenommen, dass es vor allem transformationale Führungsverhaltensweisen sind, die für den Identitätstransfer verantwortlich sind. Zur Überprüfung dieser Hypothese wurden Befragungen von Führungskräften und Mitarbeitern durchgeführt. Eine Befragung fand in Deutschland, die zweite in China statt. Wie erwartet zeigte sich, dass transformationale Führung die Beziehung zwischen Führungskraft-Identifikation und organisationaler Identifikation der Mitarbeiter mediierte. Zudem fand sich in der chinesischen Stichprobe eine dreigliedrige Mediation: Transformationales Führungsverhalten und organisationale Identifikation der Mitarbeiter mediierten in Serie den Zusammenhang zwischen der Führungskräfte- und Mitarbeiter-Identifikation. Das Ziel des dritten Papers war die Erweiterung des Transfermodells um die Kundenperspektive. Es wurde angenommen, dass sich organisationale Identifikation nicht nur von Vorgesetzten auf Mitarbeiter, sondern auch von Mitarbeitern auf ihre Kunden überträgt. Eine Befragung von Führungskräften, Mitarbeitern und Kunden stützte diese Annahme. Neben einem positiven Zusammenhang von Vorgesetzten- und Mitarbeiter-Identifikation, fand sich auch die erwartete positive Korrelation zwischen der organisationalen Identifikation der Mitarbeiter und der ihrer Kunden. Zudem zeigte sich, dass die Kundenorientierung der Mitarbeiter und die organisationale Identifikation der Kunden den Zusammenhang zwischen Mitarbeiter- Identifikation auf der einen Seite und Kundenzufriedenheit und Empfehlungsverhalten der Kunden auf der anderen Seite mediierte. Insgesamt leisten die vorgelegten Arbeiten einen Beitrag zur empirischen Validierung und Weiterentwicklung des Transfermodells der organisationalen Identifikation. Sie überprüfen die Kausalitätsannahme des Transferprozesses, untersuchen den zugrunde liegenden Mechanismus und erweitern das Modell um die Perspektive der Kunden. Die Ergebnisse unterstreichen die Wichtigkeit der organisationalen Identifikation der Vorgesetzten für die Einstellungen und Verhaltensweisen ihrer Mitarbeiter. Zudem legen sie nahe, dass sich die Identifikation der Führungskräfte, vermittelt durch die Mitarbeiter, auch auf die Zufriedenheit und das Verhalten der Kunden auswirkt. Diese Befunde sprechen dafür, dass Führungskräfte als Multiplikatoren der organisationalen Identifikation dienen können. Eine Führungskraft beeinflusst eine Vielzahl an Mitarbeitern, die dann wiederum mit einer größeren Anzahl an Kunden interagieren. Initiativen und Maßnahmen, die die organisationale Identifikation von Führungskräften fördern, können daher ein effizienter Weg sein, um die Leistungsfähigkeit und Kundenzufriedenheit einer Organisation zu fördern.
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.
Das Schilddrüsenkarzinom (SK) ist der häufigste maligne endokrine Tumor des
Menschen. Histologisch lässt er sich in eine differenzierte (papilläre: pap, follikuläre:
fol) und eine undifferenzierte (anaplastische, medulläre) Form unterteilen.
Bisher gilt die Strahlenexposition im Kindesalter als einzig gesicherter Risikofaktor
für die Entstehung des differenzierten SK.
Vitamin D hat neben seiner zentralen Regulationsfunktion im Calcium- und
Phosphatstoffwechsel antiproliferative, apoptotische, antiangiogenetische und
immunmodulierende Eigenschaften und ist daher mit der Pathogenese von Tumoren
assoziiert.
Auf der Suche nach genetischen Risikomarkern für das differenzierte SK hat die
vorliegende Arbeit Polymorphismen und Haplotypen der am Vitamin D Metabolismus
beteiligten Enzyme, der 25-Hydroxylase (CYP2R1-rs10741657), der 1α-
Hydroxylase (CYP27B1-rs10877012), der 24-Hydroxylase (CYP24A1-rs2296241,
CYP24A1-rs2248137) sowie des Vitamin D bindenden Proteins (DBP-rs4588,
DBP-rs7041) und des Vitamin D Rezeptors (ApaI, BsmI, FokI, TaqI) untersucht.
Im gesamten Patientenkollektiv war das Allel G des CYP24A1-rs2296241-SNP
und das Allel A des CYP27B-rs10877012-SNPs im Vergleich zu den gesunden
Kontrollen häufiger vorzufinden. In der Untergruppe der Patienten mit ausschließlich
fol SK zeigte sich das Allel a des ApaI-SNPs öfter. Bei allen erkrankten
Frauen kam das Allel A des CYP27B-rs10877012-SNPs zahlreicher vor.
Während das Allel C des DBP-rs4588-SNP, das Allel G des DBP-rs7041-SNPs,
die Genotypen aa und Aa des ApaI-SNPs bei Frauen mit fol SK häufiger vorkamen,
wurde das Allel A des CYP27B-rs10877012-SNPs bei Frauen mit pap SK
vermehrt vorgefunden. Bei Männern mit fol SK waren der Genotyp GG und AA
und das Allel G des CYP24A1-rs2296241-SNP vielfacher vorzufinden und bei
Männern mit pap SK das Allel G des CYP24A1-rs2248137-SNP. Die verbleibenden
untersuchten Polymorphismen CYP2R1-rs10741657, FokI, TaqI und BsmI
zeigten keine Assoziation mit dem differenzierten SK. Die oben aufgeführten
Genotypen bzw. Allele können folglich als Risikomarker für das differenzierte
SK gelten. Da sich das fol SK in der Feinnadelbiopsie nicht vom fol Adenom
abgrenzen lässt, könnten die in der Subgruppe der fol SK häufiger vorgefundenen
Allele möglicherweise als diagnostische Marker zur präoperativen Planung
beitragen.
SNPs können zu funktionellen Unterschieden ihrer Proteine führen und damit
direkte Auswirkungen auf den Vitamin D-Spiegel und die Tumorgenese haben.
Daher wurden die Genotypen mit den Vitamin D-Spiegeln korreliert. Die Genotypen
CC und AC von DBP-rs4588, sowie die Genotypen GT von DBP-rs7041, GG
und AG von CYP2R1-rs10741657, AC und CC von CYP27B1-rs10877012, CG von
CYP24A1-rs2248137, AA von CYP24A1-rs2296241 und FF von FokI waren mit einem
niedrigeren 1,25(OH)2D3-Spiegel assoziiert. Die Korrelation mit 25(OH)D3
war unauffällig. Folglich können diese Genotypen für den niedrigen
1,25(OH)2D3-Spiegel einerseits selbst verantwortlich sein oder aber andererseits
in einem starken Linkage Disequilibrium zu einem dafür ursächlichen Genotyp
stehen. In jedem Fall könnten sie eine schlechtere Prognose für das differenzierte
SK bedeuten.
Da mehrere SNPs zusammen die Tumorgenese beeinflussen können, hat die
vorliegende Arbeit Haplotypen des CYP24A1-rs2248137 und des CYP24A1-
rs2296241, sowie den vier SNPs des VDR und den beiden DBP-SNPs gebildet.
Die Auswertung auf eine Assoziation mit dem differenzierten SK ergab zahlreiche
Haplotypen, die je nachdem ob sie häufiger oder seltener vorkamen, als
Risikomarker oder protektive Marker gehandelt werden können.
Zahlreiche Krebsarten sind mit einem Vitamin D-Mangel assoziiert. Daher wurde
überprüft ob dies auch für das SK zutrifft. Während die 25(OH)D3-
Konzentration bei Patienten mit differenziertem SK im Normalbereich lag, war
1,25(OH)2D3 statistisch signifikant erniedrigt. Diese Ergebnisse zeigen, dass
sich das SK durch einen noch ungeklärten Mechanismus vor dem antikanzerogenen
1,25(OH)2D3 schützt.
Die vorliegende Arbeit hat erstmals SNPs und Haplotypen der am Vitamin D
Metabolismus beteiligten Proteine im Hinblick auf das differenzierte SK untersucht
und konnte eine Assoziation belegen. Außerdem konnte gezeigt werden,
dass das SK mit niedrigen 1,25(OH)2D3-Spiegeln verbunden ist und stützt damit
die These, nach der diverse Tumorarten mit einem 1,25(OH)2D3-Mangel einhergehen.
Die vorgefundene Assoziation von genetischen SNPs und Haplotypen
mit dem differenzierten SK legt funktionelle Unterschiede der Proteine nahe.
Weitere Untersuchungen sind daher notwendig um die vorgefundene Assoziation
zu fundieren.
Seit den 1980er Jahren fällt dem Computer sowohl in Beruf und Bildung als auch in der Freizeit eine wachsende Bedeutung zu (z.B. Rheinberg & Tramp, 2006). Häufig ist es für Computernutzer erforderlich, sich Computerkenntnisse selbstständig und ohne explizite Anleitung anzueignen (Richter, Naumann & Horz, 2010). Männer und Frauen erleben dabei den Umgang mit dem Computer unterschiedlich; diese Unterschiede können in Lern- und Leistungsdifferenzen resultieren (z.B. Baloğlu & Çevik, 2008). Zur Erklärung potenzieller Lern- und Leistungsunterschiede zwischen den Geschlechtern wurde in der Arbeit das kognitiv-motivationale Prozessmodell zugrunde gelegt. Das Modell erlaubt es, Leistungsunterschiede prozessnah über die aktuelle Motivation, das Flow-Erleben und die Strategiesystematik zu erklären. In Studie 1 (N = 18) wurde ein Beobachtungssystem zur Erfassung von optimalen und suboptimalen Explorationsstrategien am Computer entwickelt. In Studie 2 (N = 33) und 3 (N = 92) wurde im Rahmen eines quasiexperimentellen Designs getestet, ob sich weibliche und männliche Studierende der Wirtschaftswissenschaften in Strategiesystematik, Motivation und Leistung beim selbstregulierten Erlernen des Programms SPSS unterscheiden. Die Teilnehmer hatten nach einer kurzen Einführung in die Benutzeroberfläche von SPSS die Aufgabe, mehrere Statistikaufgaben mit SPSS zu lösen. Die Ergebnisse der Studien erbrachten zum Teil inkonsistente Befunde: Über die Studien hinweg zeigten sich keine statistisch signifikanten Unterschiede in der Motivation vor Beginn der Aufgabenbearbeitung. In Studie 2 ergaben sich jedoch Geschlechtsunterschiede in der aktuellen Motivation und der Strategiesystematik während des Bearbeitungsprozesses sowie in der Leistung. Frauen erreichten dabei niedrigere Werte bzw. weniger Punkte. In beiden Studien standen die aktuelle Motivation, das Flow-Erleben sowie die Strategiesystematik modellkonform in Beziehung mit der Leistung. Die Ergebnisse und die Methodik der Arbeit wurden abschließend kritisch diskutiert.
Agriculture of crops provides more than 85% of the energy in human diet, while also securing income of more than 2.6 billion people. To investigate past, present and future changes in the domain of food security, water resources and water use, nutrient cycles, and land management it is required to know the agricultural land use, in particular which crop grows where and when. The current global land use or land cover data sets are based on remote sensing and agricultural census statistics. In general, these only contain one or very few classes of agricultural land use. When crop-specific areas are given, no distinction of irrigated and rainfed areas is made, whereas it is necessary to distinguish rainfed and irrigated crops, because crop productivity and water use differ significantly between them.
To support global-scale assessments that are sensitive to agricultural land use, the global data set of Monthly Irrigated and Rainfed Crop Areas around the year 2000 (MIRCA2000) was developed by the author. With a spatial resolution of 5 arc-minutes (approximately 9.2 km at the equator), MIRCA2000 provides for the first time, spatially explicit irrigated and rainfed crop areas separately for each of the 26 crop classes for each month of the year, and includes multi-cropping. The data set covers all major food crops as well as cotton, while the remaining crops are grouped into three categories (perennial, annual and fodder grasses). Also for the first time, crop calendars on national or sub-national level were consistently linked to annual values of harvested area at the 5 arc-minutes grid cell level, such that monthly growing areas could be computed that are representative for the time period 1998 to 2002.
The downscaling algorithm maximizes the consistency to the grid-based input data of cropland extent [Ramankutty et al., 2008], crop-specific total annual harvested area [Monfreda et al., 2008], and area equipped for irrigation [Siebert et al., 2007]. In addition to the methodology, this dissertation describes differences to other datasets and standard scaling methods, as well as some applications. For quality assessment independent datasets and newly developed quality parameters are used, and scale effects are discussed.
Supplementary Appendices document crop calendars for irrigated and rainfed crops for each of the 402 spatial units (Appendix I), data sources of harvested area and of cropping periods for irrigated crops, country by country (Appendix K), as well as data quality parameters (Appendix L, including spreadsheet files).
Guanxi Capitalism in China: the role of private enterprises and networks for economic development
(2011)
This dissertation sets out to analyze the socio-economic structures behind a variety of capitalism that relies heavily on traditional (and insofar out-dated) institutions, especially networks, for its success. The specifics and advantages of business networks for small firms are well established in the literature but it rarely refers to China. It is argued that although similarities exist, Chinese networks are different to their European counterparts and therefore play a more prominent role for the Chinese economic system than networks elsewhere do. Here, personal relations are not separated into a private and a business sphere or exchanged by contractual, and in Western thinking more rational, means of doing business. Personal relations expose comparative efficiency as they are chosen as the most capable instrument for the private sector in China which makes the system as successful as we can observe today.
Therefore, this dissertation will scrutinize the specific socio-economic environment of private firms and their networks in China, thereby dissecting a new form of Capitalism that extrapolates traditional institutions for its economic success and survival instead of supplanting and overwriting traditional socio-economic structures. This challenges Weber’s distinction between rational and traditional behavior and redefines the boundaries of economy, society and culture in a new way.
Integrin a2ß1 ist ein Adhäsionsrezeptor, der verschiedene Kollagentypen bindet. Als solcher spielt es eine bedeutende Rolle für Zellfunktionen wie Migration und die Regulation des Zytoskeletts, Zellteilung, Apoptose und Differenzierung. Integrin a2ß1 übernimmt deshalb eine tragende Funktion in Prozessen wie Wundheilung, Angiogenese und der Progression und Metastasierung von Krebs. Rhodocetin ist ein Antagonist des Integrins a2ß1. Es ist ein C-Typ-Lektin-artiges Protein das im Schlangengift der Malaiischen Grubenotter (Calloselasma rhodostoma) entdeckt wurde. Rhodocetin besteht aus vier Untereinheiten a, ß, ? und d, die zwei Dimere formen (aß und ?d), welche wiederum eine kreuzförmige heterotetramere Quartiärstruktur bilden, die bislang nur für Rhodocetin beschrieben wurde. Rhodocetin bindet an die Integrin-a2A-Domäne der a-Untereinheit des Integrins a2ß1. Rhodocetin unterbindet damit die Bindung von Kollagen und die Aktivierung des Integrins. Der genaue Interaktionsmechanismus von Rhodocetin mit der Integrin-a2A-Domäne ist noch unbekannt. In der vorliegenden Arbeit wurden mittels Hybridomtechnik monoklonale Antikörper gegen Rhodocetin generiert. Es wurden sechs Fusionen von Lymphozyten mit Myelomazellen durchgeführt, für die sowohl Mäuse als auch Ratten mit Rhodocetin immunisiert wurden. Die erzeugten Hybridomaklone wurden zunächst im ELISA auf ihre Fähigkeit getestet, Rhodocetin zu binden. Positiv getestete Klone wurden selektiert und die monoklonalen Antikörper aus den Zellüberständen aufgereinigt. Es konnten 14 monoklonale Antikörper etabliert werden. Die Antikörper wurden zunächst in ihren Bindungseigenschaften charakterisiert. Hierzu wurden verschiedene ELISAs, Immunblot und Immunpräzipitation genutzt. In der Duchflusszytometrie wurde getestet, ob die Antikörper an Integrin a2ß1 gebundenes Rhodocetin detektieren. Die Antikörper lassen sich hinsichtlich ihr Bindungseigenschaften und der Lage ihrer Bindungsepitope auf den verschiedenen Rhodocetin-Heterodimeren in unterschiedliche Klassen unterteilen. Es wurde nachgewiesen, dass Rhodocetin Konformationsänderungen unterliegt, die durch die Bindung einiger der generierten Antikörper induziert werden. Um den Einfluss divalenter Kationen auf die Konformation von Rhodocetin sowie den Interaktionsmechanismus von Rhodocetin mit der Integrin-a2A-Domäne zu untersuchen, wurde die analytische Gelfiltrationschromatographie genutzt. Es konnte gezeigt werden, dass die Bindung divalenter Kationen die Konformation von Rhodocetin beeinflusst. Um die Interaktionsstudien von Rhodocetin mit der a2A-Domäne auszuwerten wurde ein Sandwich-ELISA etabliert. Dieser ermöglichte es, im Anschluss an die Gelfiltration, die beiden Rhodocetin-Heterodimere unabhängig voneinander im Eluat nachzuweisen und zu quantifizieren. Es wurde nachgewiesen, dass das Rhodocetin-Heterotetramer während der Interaktion mit der Integrin-a2A-Domäne dissoziiert und nur das ?d-Dimer einen stabilen Komplex mit der a2A-Domäne bildet, während das aß-Dimer freigesetzt und unabhängig von diesem Komplex eluiert wird. Die pharmakologischen Eigenschaften von Rhodocetin wurden in einem Tumor-Xenograft-Modell untersucht, für das immundefizienten Mäusen HT1080 Fibrosarkomzellen implantiert wurden. Rhodocetin wurde den Mäusen intravenös appliziert und die Auswirkungen auf die Tumoren sowie der Verbleib von Rhodocetin im Körper analysiert. Die Entwicklung der Serumkonzentration von Rhodocetin wurde mit dem etablierten Sandwich-ELISA untersucht, welches hierzu mit einer Standardreihe kalibriert wurde. Die Elimination von Rhodocetin folgt einer Kinetik erster Ordnung. Die Exkretion von Rhodocetin erfolgt über die Niere. Es zeigte sich, dass etwa zwei Drittel des applizierten Rhodocetins unmittelbar nach Injektion von Integrin a2ß1-exprimierenden Zellen des Blutes gebunden werden. Die immunhistologische Auswertung von Tumoren und Kontrollgeweben ergab, dass Rhodocetin an Endothelzellen innerhalb der Nierenglomeruli sowie der Leber bindet. Rhodocetin konnte auch auf Endothelzellen der Tumorvaskulatur nachgewiesen werden. Innerhalb der Tumoren wurde Rhodocetin auch außerhalb von Blutgefäßen gefunden, wo es an HT1080 Tumorzellen bindet. Die Behandlung mit Rhodocetin beeinträchtigte die Integrität der Blutgefäße innerhalb der Tumoren und führte zu Hämorrhagien. Um die Auswirkungen von Rhodocetin auf die Tumoren genauer zu untersuchen und zu quantifizieren, wurde dynamische Magnetresonanztomographie genutzt. Es zeigte sich, dass Rhodocetin die Durchlässigkeit der Blutgefäße in Tumoren signifikant erhöht.
Ziel der vorliegenden tierexperimentellen Studie am narkotisierten Hausschwein
war die Untersuchung der Effekte von hyperoxischer Beatmung (Beatmung mit
reinem Sauerstoff; FiO2 1,0; HV) auf die Überlebenszeit bei schwerer
Methämoglobinämie. Hiermit sollten die Effekte der hyperoxischen Beatmung
bei einer Einschränkung des Sauerstoffangebots ohne gleichzeitige Reduktion
des Hämatokrit-Wertes, und damit der Blutviskosität untersucht werden.
Zielparameter waren die Überlebenszeit und die Überlebensrate während eines
6-stündigen Beobachtungszeitraums, sowie Parameter der Makrohämodynamik,
des O2-Transportes und der globalen und lokalen Gewebeoxygenierung.
Bei 14 gesunden Hausschweinen in Allgemeinanästhesie wurde während
Beatmung mit Raumluft eine Methämoglobinämie (60% des Gesamt-Hb)
induziert und aufrechterhalten. Anschließend wurden die Tiere in zwei
Studiengruppen randomisiert: 7 Tiere wurden weiterhin mit Raumluft (FiO2 0,21)
beatmet, 7 Tiere hyperoxisch, d.h. mit reinem O2 (FiO2 1,0).
In der Folge wurden die Tiere für maximal 6 Stunden ohne weitere Intervention
beobachtet.
Die 60% Methämoglobinämie führte bei allen Tieren zu einer deutlichen
Verschlechterung von O2-Transportes, zu manifester Gewebehypoxie und – bei
Fortführung der Beatmung mit Raumluft (FiO2 0.21) – zum Tod der Tiere
innerhalb kurzer Zeit (max. 2h 40 min). Durch Beatmung mit reinem Sauerstoff
gelang es zwar die Überlebenszeit gegenüber den mit Raumluft beatmeten
Tieren signifikant um bis zu 2 h zu verlängern. Allerdings blieb die 6 hÜberlebensrate
unbeeinflusst: Keines der 14 Tiere überlebte den 6 h-
Beobachtungszeitraum.
Die Effekte der hyperoxischen Beatmung (FiO2 1.0) während
Methämoglobinämie (d.h. Hypoxämie bei normalem Hämatokrit) waren somit
deutlich geringer ausgeprägt als die in früheren Untersuchungen unserer
Arbeitsgruppe beschriebenen Effekte währen normovolämischer Anämie (d.h.
Hypoxämie bei verringertem Hämatokrit). Während der physikalisch gelöste O2
bei anämischer Hypoxie zu einer biologisch exzellent verfügbaren O2-
Ressource avanciert, die Gewebeoxygenierung nachweislich verbessert, und
somit Überlebenszeit als auch –rate signifikant erhöht, ist dieser Effekt
während hypoxischer Hypoxie nicht zu beobachten.
Diese Abhängigkeit der gewünschten positiven Effekte einer Hyperoxie vom
jeweils vorherrschenden Hämatokrit ist erklärbar durch die hyperoxische
Vasokonstriktion, welche während Methämoglobinämie zu einer zusätzlichen
Verschlechterung der Mikrozirkulation, und einer weiteren Reduktion von
regionalem O2- Angebot und Gewebeoxygenierung führt. Die Beatmung mit
reinem O2 führt zu einer generalisierten arteriolären Vasokonstriktion, die durch
Arachidonsäuremetabolite und eine reduzierte endotheliale NO-Freisetzung
bedingt ist. Diese arterioläre Vasokonstriktion führt unter physiologischen Hb-
Konzentrationen zu einem Abfall des HZV, zu einer Abnahme des koronaren
Blutflusses und einer Einschränkung der funktionellen Kapillardichte. Auf diese
Weise wird das Gewebe-Sauerstoffangebot durch hyperoxische Beatmung in
bestimmten Situationen durch eine weitere Einschränkung der nutritiven
Organversorgung sogar verschlechtert. Hingegen wird während
normovolämischer Hämodilution die hyperoxische Vasokonstriktion durch die
dilutionsbedingte Vasodilatation antagonisiert und die Gewebeoxygenierung
verbessert.
Aus den präsentierten Daten kann geschlossen werden, dass die Beatmung mit
reinem O2 bei hypoxischer Hypoxämie (d.h. bei normalen Hkt-Werten) aufgrund
der zusätzlichen Kompromittierung der Mikrozirkulation infolge hyperoxischer
Vasokonstriktion nicht zwangsläufig zu der intendierten Verbesserung von
Gewebeoxygenierung und Organfunktion führt.
Die klinische Relevanz dieser Ergebnisse muss in künftigen Studien noch
weiter geklärt werden.
During the last years, chemopreventive activity of NSAIDs against a great variety of tumors was highly investigated. COX-2 seemingly plays a major part in tumorigensis and tumor development, underlined by several studies in animals and humans. At first, NSAIDs were thought to accomplish chemoprevention by inhibition of COX-2 as their so far known mode of action comprises unselective inhbition of COX-enzymes. However, further studies revealed COX-independent mechanisms. Sulindac is known as a well established drug used to treat inflammation and pain exerting the most prominent chemopreventive action, mainly in colorectal cancer or FAP and can be classified into the group of NSAIDs inhibting both COX-isoformes. As interference with the AA metabolism is evident, it was speculated whether Ssi has targets other than COX-enzymes providing evidence and explanation of its beneficial side effect profile and its ability to reduce tumor growth. 5-LO is another master enzyme in the AA cascade which produces inflammatory lipid mediators (LTs) upon stimulation in inflamed tissues. The present work should answer the question if Ssi targets the 5-LO pathway and should examine the molecular mechanisms behind Ssi-mediated 5-LO inhibiton. As COX-2 is upregulated during carcinogenesis and is inhibited by Ssi, further investigations should show regulatory effects of Ssi on 5-LO gene expression in MM6-cells and whether Sp1 as a common transcriptional factor is involved in such a regulation. As the use of NO-NSAIDs seem to be a promising strategy concerning their chemopreventive and gastroprotective effects compared to the parent NSAIDs, a possible interaction with the 5-LO pathway as a second, potent target should additionally be elucidated. In the first section it was demonstrated that the pharmacologically active metabolite of sulindac, Ssi, targets 5-LO. Ssi inhibited 5-LO in ionophore A23187- and LPS/fMLP-stimulated human PMNL (IC50 ≈ 8 -10 μM). Importantly, Ssi efficiently suppressed 5-LO in human whole blood at clinically relevant plasma levels (IC50 = 18.7 μM). Ssi was 5-LO-selective as no inhibition of related lipoxygenases (12-LO, 15-LO) was observed. The sulindac prodrug and the other metabolite, sulindac sulfone, failed to inhibit 5-LO. Mechanistic analysis demonstrated that Ssi directly suppresses 5-LO with an IC50 of 20 μM. Together, these findings may provide a novel molecular basis to explain the COX-independent pharmacological effects of sulindac under therapy. In the second part of the work dealing with the analysis of Ssi’s inhibitory mechanism on 5-LO it was presented that Ssi shows a lack of potency in cellular systems where membrane constituents are existent. The addition of microsomal fractions of PMNLto crude 5-LO enzyme were able to recover enzyme activity to ~ 100 %. Selectively 5-LO activity stimulating lipids like PC, participating in 5-LO membrane interactions within the regulatory C2-like domain of 5-LO, counteracted the Ssimediated inhibition on 5-LO-wt in a concentration-dependent manner. Lastly, a protein mutant lacking three trp resudies essential for linking the enzyme to nuclear membranes and deploying catalytic activity was not influenced by Ssi and shows enzyme activity in a cell-free assay. Ssi displays the first 5-LO inhibitor on the market interacting with the C2-like domain of the enzyme and therfore can stand for a novel lead structure of 5-LO inhibitors. An influence on 5-LO gene expression by Ssi could be detected in differentiated MM6-cells, described in the results chapter 3 (4.3). Ssi downregulated the 5-LO mRNA level after 72 hrs of incubation in differentiated MM6-cells to ~ 20 % of output control at concentrations of 10 μM. Concomitantly, mRNA levels of Sp1 were suppressed. Reporter gene studies revealed Sp1 most probably as a regulating agent involved in the Ssi-mediated 5-LO mRNA downregulation as co-transfection of increasing amounts of Sp1 could abrogate the effect. A ChIP assay could identify Sp1 as a critical transcriptional factor as Sp1 binding to the 5-LO promoter decreased in presence of Ssi. Lastly, three NO-NSADIs (NO-sulindac, NOnaproxen, NO-aspirin) were tested for the ability of 5-LO product inhibition. In intact PMNL, all compounds showed effective inhibition of 5-LO activity and NO-sulindac was most potent with an IC50 value of ~ 3 μM. NO-ASA inhibited 5-LO with IC50 values of ~ 30 μM and showed a non-competitive mode of action in cell-based assays. On human recombinant 5-LO all compounds again showed inhibitory potency whereas NO-sulindac again suppressed LT biosynthesis with an IC50 vaue comparable to intact cellular systems. Unfortunately, all inhibitors showed a loss of potency when tested for inhibition of 5-LO product synthesis in human whole blood as higher concentrations up to 100 μM were needed to reach at least 55 % enzyme inhibition. However, this strategy of 5-LO inhibition seems promising and needs further experimental approaches to gain more insight into the mechanism of 5-LO inhibition by NONSAIDs.
Stem cells are often referred to as potential candidates for the treatment of different pathologies. Their ability to differentiate into various tissue specific cell types offers the possibility to engineer cell systems or organs for replacement. One of the main questions in stem cell biology is how stemness properties are regulated and to what extend this regulation is intrinsic or conveyed by the direct microenvironment (‘niche’). In order to elucidate such regulatory processes, it is informative to analyze processes or molecules that are shared between different stem cell populations.
One such molecule that is expressed on a wide range of different embryonic and adult as well as tumor stem cells is the ABC transporter Abcg2. ABC transporters in general are transmembrane proteins that actively extrude endo- and exotoxins as well as xenobiotics, thereby protecting cells and organs. Additionally, ABC transporters are responsible for drug resistance in many cancers. A well-described characteristic of stem cells expressing Abcg2 is the formation of the ‘side population’ (SP) phenotype: An active Abcg2 transporter mediates the efflux of a particular fluorescent dye that is taken up by all cells, thus leading to a less brightly stained population. This phenomenon is widely used to characterize and isolate the most primitive stem cell subpopulation from embryonic and adult tissues, including tumors. Besides its role as toxin transporter little is known about the function of Abcg2 in stem cells. This is mainly due to the fact that its physiological substrate in stem cells remains unknown. The identification of such substrates is therefore of high interest because it would directly link the activity of ABC transporters to regulatory mechanisms in stem cell biology.
In the present study we wanted to test the hypothesis that the sphingolipid ceramide is a physiological substrate of the ABC transporter Abcg2. Sphingolipids are potent second messengers and are known to have regulatory functions in stem cells. In particular, the sphingolipid ceramide is described as a mediator of controlled cell death and inducer of differentiation. It is suggested that stem cells need to keep their intracellular ceramide content at low levels in order to prevent apoptosis or differentiation. We propose that Abcg2 and ceramide interact and that this interaction leads to changes in the absolute or relative amounts of ceramide. This in turn influences basic stem cell functions such as self renewal and differentiation.
We show that Abcg2 prevents cells from accumulating fluorescence labeled ceramide. Furthermore, exogenously applied ceramides inhibit the transport activity of Abcg2, measured by a decrease of the side population phenotype. This inhibitory effect is consistent with a competitive inhibition mechanism. Additionally, we show that active Abcg2 can increase the ceramide concentration in cell culture supernatant. Finally we demonstrate that Abcg2 protects from ceramide induced cytotoxicity in human cell lines. In summary, these in vitro results strongly suggest that Abcg2 has the ability to regulate ceramide levels.
Murine hematopoietic stem cells (HSCs) are the best characterized adult stem cell system so far. By using 7-colour fluorescence-activated cell sorting (FACS) we established the purification of the most primitive HSCs, reflected by their high engraftment capability when transplanted to lethally irradiated mice. By using this sorted cell populations it was in addition possible to establish a system to reproducibly manipulate HSCs ex vivo. This experimental system will serve in further elucidating the physiological consequences of Abcg2 mediated changes in ceramide levels on stem cells in vivo.
Taken together, this study shows that Abcg2 has the ability to regulate ceramide levels in cells. This in turn can lead to cellular protection from ceramide induced apoptosis. Additionally, the experimental techniques to further analyze the role of Abcg2 and ceramide in the most primitive hematopoietic stem cells were successfully established, enabling more detailed analysis in the future.
In dieser Arbeit wurden Verfahren zur Identifikation hirnelektrischer Aktivität mit Zellularen Nichtlinearen Netzwerken (CNN), im Besonderen Reaktions-Diffusions-Netzwerken, entwickelt und untersucht. Mit Hilfe der eingeführten Methoden wurden Langzeitaufzeichnungen hirnelektrischer Aktivität bei Epilepsie analysiert und mittels eines automatisierten Verfahrens ermittelt, inwieweit sich mögliche Voranfallszustände vom anfallsfreien Zustand im statistischen Sinne trennen lassen.
Zunächst wurde ein Überblick über CNN gegeben und deren Beschreibung durch Systeme gekoppelter Differentialgleichungen dargestellt. Weiterhin wurden die Möglichkeiten der Informationsverarbeitung mit CNN durch Ausnutzung von Gleichgewichtszuständen oder der vollständigen raum-zeitlichen Dynamik der Netzwerke diskutiert. Zusätzlich wurde die Klasse der Reaktions-Diffusions-Netzwerke (RD-CNN) eingeführt. Für die Repräsentation der hierbei benötigten weitgehend allgemeinen nichtlinearen Zellkopplungsvorschriften wurden polynomiale Gewichtsfunktionen vorgeschlagen. Mit einer Darstellung der Theorie der Lokalen Aktivität wurden notwendige Bedingungen für emergentes Verhalten in RD-CNN angegeben. Die statistische Bewertung von Vorhersagemodellen wurde aus theoretischer Sicht beleuchtet. Mit der Receiver Operating Characteristic (ROC) wurde eine Analysemethode zur Beurteilung der Vorhersagekraft des zeitlichen Verlaufs von Kenngrößen bezüglich bevorstehender epileptischer Anfälle vorgestellt.
Als nächstes wurden Überlegungen zur numerischen Simulation von CNN und deren flexible und erweiterbare programmtechnische Umsetzung entwickelt. Die daraus resultierende und im Rahmen dieser Arbeit entstandene objektorientierte Simulationsumgebung FORCE++ wurde konzeptionell und im Hinblick auf die Softwarearchitektur vorgestellt.
Die Verfahren zur numerischen Simulation wurden auf die Problemstellung der Systemidentifikation mit CNN angewandt. Dazu wurden Netzwerke derart bestimmt, dass deren Zellausgangswerte entsprechende Signalwerte des beobachteten, zu identifizierenden Systems approximieren.
Da die Parameter der zu bestimmenden CNN im vorliegenden Fall der Untersuchung hirnelektrischer Aktivität nicht bekannt sind und nicht direkt abgeleitet werden können, wurden überwachte Lernverfahren zur Bestimmung der Netzwerke eingesetzt. Hierbei wurden Lernverfahren verschiedener Klassen für die Identifikation mit CNN mit polynomialen Gewichtsfunktionen untersucht. Die Leistungsfähigkeit des vorgestellten Identifikationsverfahrens wurde anhand bekannter Systeme einer genauen Betrachtung unterzogen. Dabei wurde festgestellt, dass die betrachteten Systeme mit hoher Genauigkeit durch CNN repräsentiert werden konnten. Exemplarisch wurde das Parametergebiet lokaler Aktivität für ein RD-CNN berechnet und durch numerische Simulationen die Ausbildung von Mustern innerhalb des Netzwerkes nachgewiesen.
Nach einem einleitenden Überblick über die medizinischen Hintergründe von Epilepsie und der Erfassung hirnelektrischer Aktivität wurde eine vergleichende Übersicht über den Stand veröffentlichter Studien zur Vorhersage epileptischer Anfälle gegeben. Für die Anwendung des hier vorgestellten Identifikationsverfahrens zur Analyse hirnelektrischer Aktivität wurde zunächst die Genauigkeit der Approximation kurzer, als quasi-stationär betrachteter Abschnitte, von EEG-Signalen untersucht. Durch gezielte Erhöhung der Komplexität herangezogener Netzwerke konnte hier die Genauigkeit der Repräsentation von EEG-Signalverläufen deutlich verbessert werden. Dabei wurde zudem die Verallgemeinerungsfähigkeit der ermittelten Netzwerke untersucht, wobei festgestellt wurde, dass auch solche Signalwerte mit guter Genauigkeit approximiert werden, die nicht im Identifikationsverfahren durch die überwachte Parameteroptimierung berücksichtigt waren. Um speziell den Einfluss der Information aus der Korrelation benachbarter Elektrodensignale zu untersuchen, wurde ein Verfahren zur multivariaten Prädiktion mit Discrete Time CNN (DT-CNN) entwickelt.
Hierbei werden durch ein CNN Signalwerte der betrachteten Elektrode aus vergangenen, korrelierten Signalwerten von Nachbarelektroden geschätzt. Für diese Aufgabenstellung konnte eine Methode zur Bestimmung der Netzwerkparameter im optimalen Sinn, alleine aus den statistischen Eigenschaften der Elektrodensignale angegeben werden. Dadurch gelang eine erhebliche Reduzierung der Rechenkomplexität, die eine umfangreiche Untersuchung intrakranieller Langzeitableitungen ermöglichte.
Zur Analyse von Langzeitaufzeichnungen mit dem RD-CNN Identifikationsverfahren, wurden die numerischen Berechnungen zur Simulation von CNN mit FORCE++ auf einem durchsatz-orientierten Hochleistungs-Rechnernetzwerk durchgeführt. Mit den so gewonnen Ergebnissen konnten vergleichende Analysen vorgenommen werden. Zudem wurden Untersuchungen zum Vorliegen lokaler Aktivität in den ermittelten RD-CNN durchgeführt.
Die bei den beschriebenen Verfahren extrahierten Kenngrößen hirnelektrischer Aktivität wurden durch ein automatisiertes Verfahren auf ihre Vorhersagekraft für epileptische Anfälle bewertet. Dabei wurde untersucht, inwieweit der anfallsfreie Zustand und ein angenommener Voranfallszustand durch die jeweils betrachtete Kenngröße im statistischen Sinn diskriminiert werden kann. Durch parallele Analysen mit Anfallszeitsurrogaten wurden hierzu ergänzende Signifikanztests durchgeführt.
Nach Auswertung von mehrtägigen Hirnstromsignalen verschiedener Patienten konnte festgestellt werden, dass mit den in dieser Arbeit entwickelten Verfahren Kenngrößen hirnelektrischer Aktivität bestimmt werden konnten, welche offenbar die Identifikation potentieller Voranfallszustände ermöglichen.
Auch wenn für eine breite medizinische Anwendung die Spezifität und Sensitivität noch weiter verbessert werden muss, so können doch die erzielten Ergebnisse einen wesentlichen Schritt hin zu einer implantierbaren, CNN-basierten Plattform zur Erkennung und Verhinderung epileptischer Anfälle darstellen. Die Berechnungen für das Identifikationsverfahren mit RD-CNN könnten dabei durch zukünftige, spezialisierte schaltungstechnische Realisierungen für mehrschichtige CNN mit polynomialen Gewichtsfunktionen eine erhebliche Beschleunigung erfahren.
In dieser Arbeit sollten auf Grundlage eines in vitro Transkriptions-/Translations-Assays (TTA) neue Substanzen als Hemmer der bakteriellen Proteinbiosynthese gefunden werden. Um dieses Ziel verfolgen zu können, wurde zuerst ein zellfreies Testsystem aus kommerziellen Komponenten entwickelt und als Screening-Tool für Inhibitoren der bakteriellen Proteinbiosynthese evaluiert. Anhand des allgemein akzeptierten Bewertungskriteriums Z‘-Faktor konnte die Performance des etablierten Assays als exzellent eingeordnet werden. Mit diesem System war es nun möglich, Substanzen aus unterschiedlichen Quellen bei der Wirkstoffsuche als potentielle Antibiotika einzuordnen, welche die Proteinbiosynthese hemmen.
In zwei nachfolgenden Projekten wurde die Praktikabilität dieses neuen Assays bei der Auffindung möglicher Antibiotika-Kandidaten bewiesen. In dem ersten Ansatz wurde ein virtuelles Screening der Substanzdatenbanken Specs und Asinex anhand eines Pseudorezeptormodells für Aminoglykoside durchgeführt. In Kombination mit dem TTA sowie einem Ganzzell-Assay gegen den gram-positiven Keim Bacillus subtilis 168 konnte eine Struktur mit Ähnlichkeit zu Vanilloiden als interessanter Ausgangspunkt für weitergehende Untersuchungen identifiziert werden. Die Entdeckung korreliert mit den antimikrobiellen Eigenschaften eines anderen Vanilloid, dem Capsaicin, für welches bisher aber keine Hemmung der Proteinbiosynthese in der Literatur beschrieben ist. Somit konnte gezeigt werden, dass anhand eines virtuellen Screenings sowie weiterer Assays neue Hemmer der bakteriellen Proteinbiosynthese effizient und effektiv gefunden werden können. In einem zweiten Screening-Projekt dienten pflanzliche Naturstoffe als Substanzquelle. Hierfür wurden auf der Grundlage der diterpenoiden Fusidinsäure, einem Proteinbiosynthesehemmer (PBS-Hemmer), tetra-und pentazyklische Isoprenoide ausgewählt.
Aus einem Ensemble von terpenoiden Strukturen gingen nach TTA und einem zellbasierten Assay gegen Bacillus subtilis 168 in absteigender Aktivität die 18β-Glycyrrhetinsäure, 11-Keto-β-boswelliaäsure und Carnosolsäure als nennenswerte antimikrobiell wirksame Vertreter und PBS-Hemmer hervor. Auch zeigten sich diese Substanzen den Stoffen aus dem virtuellen Screening sowohl im TTA als auch in der Wirksamkeit gegen Bacillus subtilis 168 deutlich überlegen. Im nächsten Schritt erfolgte deshalb nur für diese drei Terpenoide eine Charakterisierung ihrer Auswirkungen auf das Proteom des gram-positiven Bakteriums Bacillus subtilis 168.
Dafür wurde eine komplette zweidimensionale gelelektrophoretische Methodik basierend auf der Differentiellen Gelelektrophorese (DIGE) etabliert. Sie umfasst eine Strategie zur schnellen Evaluierung der optimalen Anzucht des Testkeims Bacillus subtilis 168 unter Einfluss einer antimikrobiell wirksamen Substanz und ein einfaches Aufschlussverfahren, um einen kompatiblen Proteinextrakt für DIGE zu erhalten. Außerdem wurde ein preisgünstiges Markierungsverfahren mit dem 5(6)-Carboxyfluorescein-N-hydroxysuccinimid-Ester als Alternative zu den teuren DIGE-Cyan-Farbstoffen entwickelt, um die Fluoreszenzbildqualität eines neuen unbekannten Extraktes vor dem eigentlichen kostspieligen DIGE-Versuch zu überprüfen. Eine Quantifizierung regulierter Spots im Gel ist mit diesem billigen Verfahren ebenfalls möglich, stellt aber keinen Ersatz für den DIGE-Versuch dar.
Die Ergebnisse der quantitativ vergleichenden Proteomanalyse vom behandelten und unbehandelten Bacillus subtilis 168 mittels DIGE bieten erstmals einen Einblick in die Einflussnahme der drei Terpenoide 18β-Glycyrrhetinsäure, 11-Keto-ß-boswelliaäsure und Carnosolsäure auf die Stressregulation und die Stoffwechseländerungen dieses Bakteriums.
Außerdem beinhaltet die Arbeit einen Abgleich, inwieweit andere antimikrobiell wirksame Substanzen die regulierten Proteine der drei untersuchten Naturstoffe bei Bacillus subtilis 168 beeinflussen können. Aus den erhobenen Daten konnte dann ein Wirkmechanismus für 18β-Glycyrrhetinsäure und Carnosolsäure postuliert werden. 18β-Glycyrrhetinsäure greift wahrscheinlich am membranständigen Lipid-II-System der bakteriellen Zellwand an, da wie bei den Antibiotika Vancomycin, Nisin, Daptomycin, Ramoplanin und Bacitracin das Zellwandstress-Regulationsnetzwerk (LiaRS-System) als Warnsystem aktiviert wird. Außerdem konnte für 18β-Glycyrrhetinsäure und Carnosolsäure eine Theorie für Ihre PBS-Hemmung entwickelt werden. Beide beeinflussen gegebenenfalls die GTPase-Aktivität des Translationsfaktors EF-G durch Interaktion mit dem ribosomalen Bindezentrum für Translationsfaktoren. Dieses Bindungszentrum ist neben der dekodierenden Region auf der ribosomalen 30S-Untereinheit und dem Peptidyltransferase-Zentrum auf der ribosomalen 50S-Untereinheit eine extrem wichtige Region für die Funktionalität eines Ribosoms. Fusidinsäure greift auch an dieser Stelle an, indem es den EF-G-GDP-Ribosomkomplex stabilisiert. Natürlich wären weitere Studien nötig, z. B. eine Röntgenstrukturanalyse der Ribosomen von 18β-Glycyrrhetinsäure und Carnosolsäure behandelten Bakterien, um die Bindestelle für die PBS-Hemmung zweifelsfrei zu bestätigen.
Identifizierung und Charakterisierung neuer Inhibitoren der C2-ähnlichen Domäne der 5-Lipoxygenase
(2011)
Die 5-Lipoxygenase (5-LO) katalysiert die ersten beiden Schritte der Leukotrien (LT)-Biosynthese (Samuelsson et al., 1987). Das Substrat Arachidonsäure (AA) wird im ersten Schritt zu einem Fettsäurehydroperoxid, der 5(S)-Hydroperoxy-6-trans-8,11,14-cis-Eikosatetraensäure (5-HpETE) oxidiert. Durch Dehydrierung entsteht im zweiten Reaktionsschritt das instabile Epoxid LTA4. Weiter wandeln zwei Synthasen das LTA4 zum einen in LTB4 oder zum anderen in die Cysteinyl-LTs C4, D4 und E4 um (Samuelsson et al., 1987). Die 5-LO wird in Zellen myeloiden Ursprungs exprimiert und kommt vor allem in reifen Leukozyten vor.
LTs spielen eine wichtige Rolle bei der angeborenen Immunantwort und vermitteln vor allem entzündliche und allergische Reaktionen (Funk 2001; Peters-Golden & Henderson, 2007). Asthma bronchiale, kardiovaskuläre Erkrankungen wie Atherosklerose, Osteoporose oder verschiedene Krebsarten werden im Zusammenhang mit der 5-LO untersucht (Werz & Steinhilber, 2006). Die Inhibition der LT-Biosynthese oder die Senkung der LT-Spiegel stellt eine Möglichkeit dar, den entzündungsfördernden Eigenschaften entgegenzuwirken. Inhibitoren der LT-Biosynthese lassen sich in indirekte und direkte 5-LO-Inhibitoren gliedern. Zu den indirekten 5-LO-Inhibitoren zählen FLAP-Antagonisten (Young, 1991; Evans et al., 2008) sowie CysLT1-Rezeptorantagonisten (Darzen, 1998). Von den vier Gruppen der direkten 5-LO-Inhibitoren (redoxaktive, Eisenligand-, nichtredox- sowie diverse Inhibitoren (Pergola & Werz, 2010)) ist bisher nur Zileuton (Carter et al., 1991), ein Eisenligand-Inhibitor, als Wirkstoff zur Behandlung von Asthma bronchiale in den USA zugelassen.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die neuartige Klasse der Imidazo[1,2-a]pyridine hinsichtlich ihrer 5-LO-Inhibition, ihrer Löslichkeit sowie ihrer Effekte auf die Zellviabilität zu evaluieren und zu optimieren. Dabei stand das Verständnis der Rezeptor-Ligand-Wechselwirkung im Fokus. Ausgehend von Substanz A14, der potentesten Substanz eines virtuellen Screenings nach dualen COX/5-LO-Inhibitoren (Hofmann et al., 2008), wurden 78 Substanzen in ionophor-stimulierten intakten polymorphkernigen Leukozyten (PMNL) sowie im zellfreien System, dem Überstand nach 100.000 × g Zentrifugation (S100) von homogenisierten PMNL, bezüglich ihrer inhibitorischen Aktivität untersucht. Die Effekte auf die Zellviabilität nach Inkubation mit den Substanzen für 48 h auf die humane leukämische Monozytenvorläufer Zelllinie U937 wurden mit Hilfe eines WST-Assays, der die mitochondriale Aktivität misst, sowie eines LDH-Assays, zur Bestimmung der Freisetzung von LDH als Folge von Nekrose, evaluiert.
Innerhalb der Struktur-Aktivitäts-Beziehung (SAR) der 78 Derivate konnte kein eindeutiges Substitutionsmuster, das sowohl in intakten PMNL als auch in zellfreiem S100 zu den gleichen Schlüssen führt, festgestellt werden. Ausgehend von Substanz A14 konnte die inhibitorische Aktivität verbessert werden, wobei Substanzen mit nanomolaren IC50-Werten in beiden Assaysystemen resultierten. Die Substanzen lassen sich in drei strukturelle Teile gliedern: Einen oberen Teil am sekundären Amin, ein bizyklisches N-fusioniertes Imidazopyridin (Teil A) sowie einen Teil B am aromatischen Kern. Nur für den oberen Teil ließ sich ein allgemein-gültiges Substitutionsmuster feststellen. Am sekundären Amin führen in intakten PMNL größere Substituenten zu einer Verbesserung der inhibitorischen Aktivität, wobei dies bis zu einer Cyclohexylgruppe gilt und eine Adamantyl-Substitution eine Ausnahme bildet. Allgemein lässt sich feststellen, dass bei einer Cyclohexylgruppe am sekundären Amin und einer Methylgruppe an Position 6 in Teil A, die Substituenten in Teil B stark variieren können, ohne an inhibitorischer Aktivität zu verlieren. Werden innerhalb des oberen Teils oder in Teil A die Substituenten polarer, sind in Teil B weniger Variationen möglich. Es werden insbesondere lipophile Reste toleriert. Beim Versuch, die Löslichkeit zu verbessern, zeigte sich, dass ein Gleichgewicht zwischen polaren und unpolaren Substituenten vorliegen muss. Auch die Einflüsse der Substituenten auf die Zellviabilität konnten nicht einem allgemein-gültigen Muster unterworfen werden. Mit Substanz 15 konnte ein Derivat identifiziert werden, das verglichen mit der Ausgangssubstanz A14 eine verbesserte inhibitorische Aktivität aufweist (IC50-Werte von 0,16 µM (PMNL) und 0,1 µM (S100)), löslicher ist (clogP-Wert von 4,6) und keine Nekrose auslöst. Weiter zeigten auch die Substanzen 31 und 50 eine Verbesserung der inhibitorischen Aktivität (IC50-Werte von 0,26 µM bzw. 0,58 µM (PMNL) und 0,8 µM bzw. 0,16 µM (S100)) ohne Nekrose auszulösen, wobei Substanz 50 zusätzlich eine verringerte Lipophilie (clogP-Wert von 4,2) aufweist. Substanz 76 ist mit einem IC50-Wert von 6 nM die im zellfreien System aktivste Substanz unter den 78 getesteten Derivaten.
Ein vielversprechender Vertreter dieser neuartigen Klasse der Imidazo[1,2-a]pyridine, Substanz 15 (EP6), wurde in verschiedenen Assaysystemen charakterisiert. EP6 ist ein hochwirksamer Inhibitor der 5-LO mit einem IC50-Wert von 0,16 µM in intakten PMNL und weist im zellfreien S100 von PMNL einen IC50-Wert von 0,1 µM, am partiell gereinigten Enzym einen IC50-Wert von 0,05 µM auf. Die vergleichbare inhibitorische Aktivität in intakten Zellen sowie im zellfreien System lässt auf eine direkte Inhibition der 5-LO schließen. Die Zugabe der allosterischen Faktoren ATP oder Calcium hat keinen Einfluss auf die Potenz von EP6. Auch ist die Inhibition nicht vom Redoxzustand der Zelle abhängig, wie im Falle bekannter nichtredox-Inhibitoren (Werz et al., 1998). Die Zugabe von steigenden Mengen an exogenem Substrat AA zu S100 von PMNL führt zu keiner Beeinträchtigung der Potenz von EP6, was im Vergleich zu den nichtredox-Inhibitoren einen Vorteil bei entzündlichen Prozessen mit erhöhten Lipidhydroperoxid-Spiegeln darstellt. Bei ionophor-stimulierten PMNL ohne die Zugabe von exogenem Substrat resultiert ein sechsfach höherer IC50-Wert von 1,2 µM, der auf eine allosterische Inhibition durch EP6 hinweist, bei der Substrat in ausreichenden Mengen vorliegen muss, damit EP6 mit dem 5-LO-AA-Komplex interagieren kann. Darüber hinaus inhibiert EP6 die LT-Bildung unabhängig von der Art der 5-LO-Stimulation bei einer Zugabe von 20 µM exogener AA. Der physiologische Stimulus in PMNL über N-Formylmethionyl-Leucyl-Phenylalanin (fMLP) führt zu einem höheren IC50-Wert von 0,76 µM mit Zugabe von 20 µM AA und bestätigt die Ergebnisse von ionophor-stimulierten PMNL ohne Zugabe von exogenem Substrat. Für EP6 konnte weiterhin eine allosterische Bindestelle an der C2-ähnlichen Domäne der 5-LO postuliert werden. Die Zugabe von Phosphatidylcholin führte zu einer verminderten inhibitorischen Aktivität. Durch Experimente mit einer Mutante der 5-LO, bei der die Tryptophane, welche die Membranbindung vermitteln, ausgetauscht sind (3W-Mutante), konnte die Interaktion dieser Aminosäuren mit EP6 gezeigt werden. Über einen Kompetitionsassay mit der C2-ähnlichen Domäne, Mutations- und Docking-Studien, wurden die Aminosäuren Y81, Y100 und Y383 des Interfaces der beiden Domänen der 5-LO als essentiell für die Bindung identifiziert. Somit zählt EP6 als Vertreter der Klasse der Imidazo[1,2-a]pyridine neben Hyperforin und AKBA zu den einzigen mit der C2-ähnlichen Domäne interagierenden 5-LO-Inhibitoren.
EP6 ist ein selektiver Inhibitor der 5-LO, der die 15-LO1, 15-LO2 und 12-LO nicht inhibiert. Weiterhin werden drei weitere Enzyme der AA-Kaskade, die Cyclooxygenase-1 und -2 sowie die mikrosomale Prostaglandin E2 Synthase-1 nicht durch EP6 beeinflusst. Neben der humanen 5-LO wird auch die murine 5-LO, in intakten RAW 264.7 Zellen und deren S100 getestet, mit niedrig mikromolarem bzw. nanomolarem IC50-Wert inhibiert, was die erste Voraussetzung für potentielle in vivo Studien darstellt.
Die Inhibition der 5-LO-Produktbildung in humanem Vollblut konnte jedoch bis zu einer Konzentration von 30 µM EP6 nicht gehemmt werden. EP6 ist lipophil (clogP-Wert von 4,6) und weist eine hohe Plasmaproteinbindung (Bindung an humanes Serumalbumin von 97,5 ± 0,7% bei 10 µg/ml EP6) auf, was die Unwirksamkeit in humanem Vollblut erklären könnte.
Abschließend wurden die Effekte von EP6 auf die Zellviabilität untersucht. Die Experimente wurden zunächst in U937 bei einer Inkubationszeit von 48 h mit einer maximalen Konzentration von 30 µM EP6 durchgeführt. EP6 führt zu keinen unmittelbaren zytotoxischen Effekten innerhalb der Inkubationszeit der in dieser Arbeit durchgeführten Aktivitätsassays (gezeigt in PMNL). Weiter wurde jedoch gezeigt, dass die mitochondriale Aktivität nach Inkubation für 48 h mit einem EC50-Wert von 14 µM beeinträchtigt wird (WST-Assay). Dieser Effekt ist jedoch nicht auf Nekrose zurückzuführen, da die gemessene Konzentration an freigesetztem LDH gering bleibt. Über ein Langzeitexperiment wurde die Abnahme der Lebendzellzahl nach Inkubation mit 30 µM EP6 nach 24 h festgestellt. Über Detektion von PARP-Spaltung, einem Marker für späte Apoptose, stellte sich heraus, dass EP6 in U937 Apoptose induziert. Zusätzlich zu den Untersuchungen der leukämischen Zelllinie wurden humane nicht-tumor Zellen (RPE) im Langzeitexperiment sowie im BrdU-Assay untersucht. EP6 beeinträchtigt die Lebendzellzahl der nicht-tumor Zelllinie RPE nicht und führt nur zu geringen antiproliferativen Effekten.
Eine verzögerte und mitunter unvollständige Immunrekonstitution nach allogener Stammzelltransplantation (SZT) birgt ein erhöhtes Risiko für Infektionen und das Auftreten eines Rezidivs. Adoptive Immuntherapien können dazu beitragen, die Immunrekonstitution zu beschleunigen. Die Indikation hierzu ist jedoch streng geregelt, da eine zusätzliche Immuntherapie mit Risiken, wie z.B. dem Auftreten einer Graft-versus-Host-Disease (GvHD), verbunden ist. Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Untersuchung der Immunrekonstitution im Hinblick auf das Auftreten von Komplikationen und das Überleben nach SZT. Dazu wurde ein multivariates Normwertmodell entwickelt, das die Beurteilung der Rekonstitution verschiedener Leukozytensubpopulationen ermöglicht. Der Einfluss der Regeneration spezifischer Immunzellen wie Cytomegalievirus-spezifischer T-Zellen (CMV-CTLs) und regulatorischer T-Zellen (Tregs) auf den Verlauf nach SZT wurde insbesondere hinsichtlich CMV-bedingter Komplikationen, GvHD und Rezidiv untersucht.
Savannas are the most important timber and non-timber forest products (NTFPs) providing ecosystems in West Africa. They have been shaped by traditional human land-use (i.e. agriculture, grazing, and harvesting) for thousands of years. In the last decades, land-use has drastically changed due to the rapid population growth and the growing production of cash-crop in West Africa and this process is still continuing. The percentage of land intensively used for agriculture has increased, while the length of fallow periods has decreased. Such changes have enormous ecological, economic, and social consequences. In the context of land-use changes, there is an urgent need to better understand and evaluate the impact of land-use on savannas. Such an understanding provides insights on appropriate management activities that ensure the maintenance of savannas and guarantee the availability of savanna products for subsistence and commercial use of rural West African people.
The major objective of the present thesis was to study the impact of land-use on savanna vegetation and diversity as well as on populations of two important NTFP-providing tree species in a semi-arid area in West Africa. The study area was located in the south-eastern part of Burkina Faso and comprised the protected W National Park and its adjacent communal area.
In the first study (chapter 2), I investigated in cooperation with a colleague from Burkina Faso (Blandine Nacoulma) the impact of land-use on the savanna vegetation. We analyzed which environmental factors determine the occurrence of the vegetation types and investigated the effect of land-use on vegetation structure and the occurrence of life forms and highly valued tree species. Furthermore, we tested whether land-use has an impact on plant diversity pattern and if this impact differed between the vegetation types and layers (woody and herb layer). Vegetation relevés were performed and the vegetation and plant diversity of the protected W National Park were compared with those of its surrounding communal area. Our results reveal five vegetation types occurring in both areas. Elevation and physical soil characteristics and thus soil water availability for plants played the most important role for the occurrence of the vegetation types. The influence of land-use on plant diversity differed between the five vegetation types and the two layers. The impact was highest on the vegetation types with the most favorable soil conditions for cultivation and lowest on rocky habitats with poor soils. While the diversity of the woody layer was increased under human land-use, the diversity of the herb layer was diminished. Overall, as land-use effects were not only negative, our findings suggest that land-use does not automatically lead to a loss of plant species and to a degradation of savanna habitats. We conclude that both protected and communal areas are of great importance for the conservation of savanna vegetation and diversity. Our study highlights furthermore the importance of different management strategies for each vegetation type.
In the following two studies (chapter 3 and 4), the impact of land-use - and in particular of harvesting - on populations of Adansonia digitata L., the baobab tree, and Anogeissus leiocarpa (DC.) Guill. & Perr. was examined. These two tree species were chosen as they provide several NTFPs for the local population and as they show different levels of human protection and opposed life histories. Thus, they may react differently to land-use. Stands of the protected W National Park were compared with those of its surrounding communal area (in fallows, croplands, and villages). I applied dendrometric methods to study the population structures and combined it with rates and patterns of NTFP-harvesting (debarking and chopping/pruning). Furthermore, the impact of land-use and harvesting on the fruit production of A. digitata and on the sprouting ability of A. leiocarpa were studied. The inverse J-shaped size class distribution curve indicates that the stands of A. digitata were in a healthy state in the park, while the low number of smaller size classes in fallows, croplands, and villages may give evidence of an ageing population. However, a high number of seedlings were recorded in villages. The stands of A. leiocarpa were also in healthy states in the park and likewise in fallows. In contrast, the absence of saplings gives evidence of a declining population in croplands. Both species were strongly harvested by local people and harvesting was tree size-specific. Pruning in interaction with tree-size had a significant impact on fruit production of A. digitata. While smaller trees were more vulnerable to pruning, bigger trees benefited from slight-pruning. A. leiocarpa had a great ability to respond to chopping by sprouting. The sprouting ability increased even with higher chopping intensity. Results suggest that despite the intense harvesting and the land-use impact, populations of both species are still well preserved. While A. digitata can withstand the harvesting and land-use pressure by its longevity, extremely low adult mortality rates, and particularly due to positive human influences, A. leiocarpa is able to withstand the use pressure by its fast growing, high recruitment, and high sprouting ability. I conclude that a none protected tree species (A. leiocarpa) might not necessarily be at higher risk to the harvesting and land-use impact than a protected tree species (A. digitata) as the adverse impact of harvesting and land-use can be compensated by its specific life history.
Important additional information to such ecological findings can be provided by local people. Learning from traditional knowledge and management systems of local people will help to produce culturally and ecologically reasonable conservation and management strategies. Thus, I investigated local uses and management strategies of A. digitata and A. leiocarpa in the last two studies (chapter 5 and 6). Quantitative ethnobotanical surveys among the Gulimanceba people were conducted in the communal area in order to document uses of the different plant parts, harvesting modes, perceptions about the population status, and conservation status of both species. Hereby, differences in knowledge between gender, generations, and people from different villages were tested. Interviews reveal that both species are harvested for multipurpose and emphasize the high importance of both species for local people. Especially the leaves and fruits of A. digitata add valuable minerals and vitamins to the otherwise micronutrient-“poor” staple crops of the Gulimanceba people. In comparison with other studies in West Africa, it has turned out that people in this area could benefit even more from A. leiocarpa, e.g. for dyeing of clothes, for treatment of malaria and skin problems. Local knowledge did not differ between genders and generations, while it slightly differed between people from different villages. The lack of age differences suggests that the traditional knowledge about these two species is passed on from one generation to another. Differences between people from different villages might be explained by influences from the neighboring countries Niger and Benin. Current local harvesting modes and management strategies of both species resulted in sustainable use. However, ongoing land-use intensifications require adapted harvesting and management techniques to guarantee the persistence of these economically important species. These results provide, in combination with the ecological findings (chapter 3 and 4), appropriate management recommendations for A. digitata and A. leiocarpa that are reliable under currently practiced management strategies.
Statistical machine translation (SMT) should benefit from linguistic information to improve performance but current state-of-the-art models rely purely on data-driven models. There are several reasons why prior efforts to build linguistically annotated models have failed or not even been attempted. Firstly, the practical implementation often requires too much work to be cost effective. Where ad-hoc implementations have been created, they impose too strict constraints to be of general use. Lastly, many linguistically-motivated approaches are language dependent, tackling peculiarities in certain languages that do not apply to other languages. This thesis successfully integrates linguistic information about part-of-speech tags, lemmas and phrase structure to improve MT quality. The major contributions of this thesis are: 1. We enhance the phrase-based model to incorporate linguistic information as additional factors in the word representation. The factored phrase-based model allows us to make use of different types of linguistic information in a systematic way within the predefined framework. We show how this model improves translation by as much as 0.9 BLEU for small German-English training corpora, and 0.2 BLEU for larger corpora. 2. We extend the factored model to the factored template model to focus on improving reordering. We show that by generalising translation with part-of-speech tags, we can improve performance by as much as 1.1 BLEU on a small French- English system. 3. Finally, we switch from the phrase-based model to a syntax-based model with the mixed syntax model. This allows us to transition from the word-level approaches using factors to multiword linguistic information such as syntactic labels and shallow tags. The mixed syntax model uses source language syntactic information to inform translation. We show that the model is able to explain translation better, leading to a 0.8 BLEU improvement over the baseline hierarchical phrase-based model for a small German-English task. Also, the model requires only labels on continuous source spans, it is not dependent on a tree structure, therefore, other types of syntactic information can be integrated into the model. We experimented with a shallow parser and see a gain of 0.5 BLEU for the same dataset. Training with more training data, we improve translation by 0.6 BLEU (1.3 BLEU out-of-domain) over the hierarchical baseline. During the development of these three models, we discover that attempting to rigidly model translation as linguistic transfer process results in degraded performance. However, by combining the advantages of standard SMT models with linguistically-motivated models, we are able to achieve better translation performance. Our work shows the importance of balancing the specificity of linguistic information with the robustness of simpler models.
A pattern is a word that consists of variables and terminal symbols. The pattern language that is generated by a pattern A is the set of all terminal words that can be obtained from A by uniform replacement of variables with terminal words. For example, the pattern A = a x y a x (where x and y are variables, and the letter a is a terminal symbol) generates the set of all words that have some word a x both as prefix and suffix (where these two occurrences of a x do not overlap). Due to their simple definition, pattern languages have various connections to a wide range of other areas in theoretical computer science and mathematics. Among these areas are combinatorics on words, logic, and the theory of free semigroups. On the other hand, many of the canonical questions in formal language theory are surprisingly difficult. The present thesis discusses various aspects of the inclusion problem of pattern languages. It can be divide in two parts. The first one examines the decidability of pattern languages with a limited number of variables and fixed terminal alphabets. In addition to this, the minimizability of regular expressions with repetition operators is studied. The second part deals with descriptive patterns, the smallest generalizations of arbitrary languages through pattern languages ("smallest" with respect to the inclusion relation). Main questions are the existence and the discoverability of descriptive patterns for arbitrary languages.
Das onkogene Fusionsprotein AML1/ETO entsteht durch die chromosomale Translokation t(8;21), die in etwa 12 % aller primären akuten myeloischen Leukämien (AML) auftritt. Die DNA-Bindedomäne des hämatopoetischen Transkriptionsfaktors AML1 wird hierbei mit fast dem gesamten ETO-Protein fusioniert, das als transkriptioneller Repressor wirkt. In den transformierten Zellen kommt es somit zur Blockierung der myeloischen Differenzierung und zur verstärkten Proliferation. Entscheidend für das leukämische Potential von AML1/ETO ist die Fähigkeit zur Oligomerisierung, die durch die Nervy-Homologie-Region-2 (NHR2)-Domäne im ETO-Anteil vermittelt wird.
Durch lentivirale Transduktion konnte bereits gezeigt werden, dass Proteine, welche die NHR2-Domäne enthalten, die Oligomerisierung von AML1/ETO inhibieren und damit den leukämischen Phänotyp AML1/ETO-exprimierender myeloischer Zellen aufheben. In der vorliegenden Arbeit sollten nun alternative Wege zur Einbringung der therapeutischen Proteine in t(8;21)-positive AML-Zellen untersucht werden. Dafür wurde sowohl die Möglichkeit der Proteintransduktion als auch die Verwendung nicht-integrierender viraler Vektoren analysiert.
Im ersten Projekt wurden durch Fusion mit der HIV-1 TAT-Domäne zellpermeable NHR2-Proteine generiert. Zunächst wurde ein Protokoll zur Expression und Reinigung der rekombinanten Proteine etabliert. Durch eine ausführliche biochemische Charakterisierung konnte gezeigt werden, dass die aus Bakterien aufgereinigten NHR2-Proteine funktionell und sehr rein waren. Sie wiesen den erwarteten hohen alpha-helikalen Anteil auf und behielten ihre Fähigkeit zur Bildung von Tetrameren in vitro bei. Die TAT-NHR2-Fusionsproteine sind in der Lage, in humane Zellen einzudringen und konnten erfolgreich in den Lysaten nachgewiesen werden. Mikroskopische Studien zeigten, dass der Großteil der internalisierten Proteine in Endosomen-ähnlichen Vesikeln lokalisiert war. Die Zugabe des Endosomeninhibitors Chloroquin oder eines endosomolytischen, zellpermeablen Peptides ermöglichte eine erhöhte intrazelluläre Stabilität der zellpenetrierenden Proteine. Co-Immunpräzipitations-Experimente konnten bestätigen, dass die aufgenommenen NHR2-Proteine spezifisch an das ETO-Protein in transfizierten, adhärenten Zellen binden können. Die Proteintransduktion in die myeloische, AML1/ETO-wachstumsabhängige Zelllinie Kasumi-1 ist unter serumfreien Bedingungen ebenfalls möglich. Die konsekutive Behandlung der AML-Zellen mit den TAT-NHR2-Fusionsproteinen führte zu einer Reduktion der Expression des Stammzellmarkers c-kit (CD117) in 26 % der behandelten Zellen. Die Anwendung zellpermeabler NHR2-Proteine ist demnach prinzipiell möglich, bedarf aber weiterer Optimierung, um die notwendige hohe Bioverfügbarkeit zu erreichen.
In einem zweiten Projekt wurden Adeno-assoziierte virale (AAV) Vektoren verwendet, um die NHR2-Proteine in den hämatopoetischen Zellen zu exprimieren. Mit Hilfe mehrerer Methoden konnte gezeigt werden, dass sich mit den generierten Vektoren, die auf dem AAV-Serotyp 2 basierten, erfolgreich eine transiente Genexpression induzieren ließ. Der CMV-Promoter vermittelte jedoch nur eine schwache Expression in den hämatopoetischen Zellen. Unter Verwendung des stärkeren SFFV-Promoters konnte die Expressionsstärke deutlich gesteigert werden. Die von den optimierten AAV-Vektoren vermittelte Expression der NHR2-Proteine führte in den beiden AML1/ETO-positiven Zelllinien Kasumi-1 und SKNO-1 zu den erwarteten, spezifischen Effekten. So wurde das Wachstum verlangsamt und gleichzeitig die Apoptoserate erhöht. AML1/ETO-unabhängige Zellen wurden dagegen von den AAV-NHR2-Vektoren nicht beeinflusst. Obwohl die Proteinexpression in SKNO-1 Zellen stärker war, zeigten die Kasumi-1 Zellen deutlichere Effekte. Die NHR2-Proteine bewirkten in den transduzierten t(8;21)-positiven Zellen außerdem eine Reduktion der Expression der Stammzellmarker CD34 bzw. c-kit. Dies deutet auf eine partielle Differenzierung der beiden AML1/ETO-abhängigen Zelllinien hin. Damit ließen sich durch AAV-vermittelte Transduktion in den AML-Zellen dieselbe Wirkung in Hinblick auf Wachstum, Differenzierbarkeit und Apoptoserate erzielen wie dies mit den lentiviralen Vektoren zuvor beschrieben wurde. In einem abschließenden Vergleich wurde aber deutlich, dass nicht-integrierende Vektorsysteme generell eine schwächere NHR2-Proteinexpression induzieren und demzufolge auch schwächere Effekte als integrierende Vektoren in den AML1/ETO-positiven Zellen auslösen.
Clathrin-mediated endocytosis (CME) involves spatially and temporally restricted molecular dynamics.
Although protein kinases and the actin cytoskeleton contribute to the process, whether and how
functions of kinases and actin are integrated remains unknown. Here, we demonstrate that neural
Wiskott-Aldrich syndrome protein (N-WASP) and protein kinase CK2 form a complex and localize on
clathrin-coated vesicles (CCVs). N-WASP binds to and is phosphorylated by CK2, thereby reducing the
kinase activity of CK2. By contrast, N-WASP-promoted actin polymerization is decreased upon both
phosphorylation and binding of CK2. Knockdown of N-WASP and CK2, alone or in combination, results
in impaired endocytosis of epidermal growth factor (EGF) and increased cell-surface levels of EGF
receptor (EGFR). In order to rescue the phenotype of N-WASP-CK2 knockdown cells, both N-WASP and
CK2 activities and abilities to assemble in a complex are required. In summary, this study shows that the
N-WASP-CK2 complex integrates in a single circuit different activities contributing to CME of EGFR and
that the interplay between the two proteins optimizes this process.
In the work presented herein the microscopic transport model BAMPS (Boltzmann Approach to Multi-Parton Scatterings) is applied to simulate the time evolution of the hot partonic medium that is created in Au+Au collisions at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) and in Pb+Pb collisions at the recently started Large Hadron Collider (LHC). The study is especially focused on the investigation of the nuclear modification factor R_{AA}, that quantifies the suppression of particle yields at large transverse momentum with respect to a scaled proton+proton reference, and the simultaneous description of the collective properties of the medium in terms of the elliptic flow v_{2} within a common framework.