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Background: Natural history museums receive a rapidly growing number of requests for tissue samples from preserved specimens for DNA-based studies. Traditionally, dried vertebrate specimens were treated with arsenic because of its toxicity and insect-repellent effect. Arsenic has negative effects on in vivo DNA repair enzymes and consequently may inhibit PCR performance. In bird collections, foot pad samples are often requested since the feet were not regularly treated with arsenic and because they are assumed to provide substantial amounts of DNA. However, the actual influence of arsenic on DNA analyses has never been tested. Findings: PCR success of both foot pad and body skin samples was significantly lower in arsenic-treated samples. In general, foot pads performed better than body skin samples. Moreover, PCR success depends on collection date in which younger samples yielded better results. While the addition of arsenic solution to the PCR mixture had a clear negative effect on PCR performance after the threshold of 5.4 μg/μl, such high doses of arsenic are highly unlikely to occur in dried zoological specimens. Conclusions: While lower PCR success in older samples might be due to age effects and/or DNA damage through arsenic treatment, our results show no inhibiting effect on DNA polymerase. We assume that DNA degradation proceeds more rapidly in thin tissue layers with low cell numbers that are susceptible to external abiotic influences. In contrast, in thicker parts of a specimen, such as foot pads, the outermost horny skin may act as an additional barrier. Since foot pads often performed better than body skin samples, the intention to preserve morphologically important structures of a specimen still conflicts with the aim to obtain optimal PCR success. Thus, body skin samples from recently collected specimens should be considered as alternative sources of DNA.
Background: Until recently, read lengths on the Solexa/Illumina system were too short to reliably assemble transcriptomes without a reference sequence, especially for non-model organisms. However, with read lengths up to 100 nucleotides available in the current version, an assembly without reference genome should be possible. For this study we created an EST data set for the common pond snail Radix balthica by Illumina sequencing of a normalized transcriptome. Performance of three different short read assemblers was compared with respect to: the number of contigs, their length, depth of coverage, their quality in various BLAST searches and the alignment to mitochondrial genes. Results: A single sequencing run of a normalized RNA pool resulted in 16,923,850 paired end reads with median read length of 61 bases. The assemblies generated by VELVET, OASES, and SeqMan NGEN differed in the total number of contigs, contig length, the number and quality of gene hits obtained by BLAST searches against various databases, and contig performance in the mt genome comparison. While VELVET produced the highest overall number of contigs, a large fraction of these were of small size (< 200bp), and gave redundant hits in BLAST searches and the mt genome alignment. The best overall contig performance resulted from the NGEN assembly. It produced the second largest number of contigs, which on average were comparable to the OASES contigs but gave the highest number of gene hits in two out of four BLAST searches against different reference databases. A subsequent meta-assembly of the four contig sets resulted in larger contigs, less redundancy and a higher number of BLAST hits. Conclusion: Our results document the first de novo transcriptome assembly of a non-model species using Illumina sequencing data. We show that de novo transcriptome assembly using this approach yields results useful for downstream applications, in particular if a meta-assembly of contig sets is used to increase contig quality. These results highlight the ongoing need for improvements in assembly methodology. Keywords: next generation sequencing; short read assembly; Mollusca
Background: The ventral midbrain contains a diverse array of neurons, including dopaminergic neurons of the ventral tegmental area (VTA) and substantia nigra (SN) and neurons of the red nucleus (RN). Dopaminergic and RN neurons have been shown to arise from ventral mesencephalic precursors that express Sonic Hedgehog (Shh). However, Shh expression, which is initially confined to the mesencephalic ventral midline, expands laterally and is then downregulated in the ventral midline. In contrast, expression of the Hedgehog target gene Gli1 initiates in the ventral midline prior to Shh expression, but after the onset of Shh expression it is expressed in precursors lateral to Shh-positive cells. Given these dynamic gene expression patterns, Shh and Gli1 expression could delineate different progenitor populations at distinct embryonic time points. Results: We employed genetic inducible fate mapping (GIFM) to investigate whether precursors that express Shh (Shh-GIFM) or transduce Shh signaling (Gli1-GIFM) at different time points give rise to different ventral midbrain cell types. We find that precursors restricted to the ventral midline are labeled at embryonic day (E)7.5 with Gli1-GIFM, and with Shh-GIFM at E8.5. These precursors give rise to all subtypes of midbrain dopaminergic neurons and the anterior RN. A broader domain of progenitors that includes the ventral midline is marked with Gli1-GIFM at E8.5 and with Shh-GIFM at E9.5; these fate-mapped cells also contribute to all midbrain dopaminergic subtypes and to the entire RN. In contrast, a lateral progenitor domain that is labeled with Gli1-GIFM at E9.5 and with Shh-GIFM at E11.5 has a markedly reduced potential to give rise to the RN and to SN dopaminergic neurons, and preferentially gives rise to the ventral-medial VTA. In addition, cells derived from Shh- and Gli1-expressing progenitors located outside of the ventral midline give rise to astrocytes. Conclusions: We define a ventral midbrain precursor map based on the timing of Gli1 and Shh expression, and suggest that the diversity of midbrain dopaminergic neurons is at least partially determined during their precursor stage when their medial-lateral position, differential gene expression and the time when they leave the ventricular zone influence their fate decisions.
Background: Parkinson's disease (PD) is a slowly progressive neurodegenerative disorder which affects widespread areas of the brainstem, basal ganglia and cerebral cortex. A number of proteins are known to accumulate in parkinsonian brains including ubiquitin and alpha-synuclein. Prion diseases are sporadic, genetic or infectious disorders with various clinical and histopathological features caused by prion proteins as infectious proteinaceous particles transmitting a misfolded protein configuration through brain tissue. The most important form is Creutzfeldt-Jakob disease which is associated with a self-propagating pathological precursor form of the prion protein that is physiologically widely distributed in the central nervous system. Discussion: It has recently been found that alpha-synuclein may behave similarly to the prion precursor and propagate between cells. The post-mortem proof of alpha-synuclein containing Lewy bodies in embryonic dopamine cells transplants in PD patient suggests that the misfolded protein might be transmitted from the diseased host to donor neurons reminiscent of prion behavior. The involvement of the basal ganglia and brainstem in the degenerative process are other congruencies between Parkinson's and Creutzfeldt-Jakob disease. However, a number of issues advise caution before categorizing Parkinson's disease as a prion disorder, because clinical appearance, brain imaging, cerebrospinal fluid and neuropathological findings exhibit fundamental differences between both disease entities. Most of all, infectiousness, a crucial hallmark of prion diseases, has never been observed in PD so far. Moreover, the cellular propagation of the prion protein has not been clearly defined and it is, therefore, difficult to assess the molecular similarities between the two disease entities. Summary: At the current state of knowledge, the molecular pathways of transmissible pathogenic proteins are not yet fully understood. Their exact involvement in the pathophysiology of prion disorders and neurodegenerative diseases has to be further investigated in order to elucidate a possible overlap between both disease categories that are currently regarded as distinct entities.
Poster presentation from Twentieth Annual Computational Neuroscience Meeting: CNS*2011 Stockholm, Sweden. 23-28 July 2011. In statistical spike train analysis, stochastic point process models usually assume stationarity, in particular that the underlying spike train shows a constant firing rate (e.g. [1]). However, such models can lead to misinterpretation of the associated tests if the assumption of rate stationarity is not met (e.g. [2]). Therefore, the analysis of nonstationary data requires that rate changes can be located as precisely as possible. However, present statistical methods focus on rejecting the null hypothesis of stationarity without explicitly locating the change point(s) (e.g. [3]). We propose a test for stationarity of a given spike train that can also be used to estimate the change points in the firing rate. Assuming a Poisson process with piecewise constant firing rate, we propose a Step-Filter-Test (SFT) which can work simultaneously in different time scales, accounting for the high variety of firing patterns in experimental spike trains. Formally, we compare the numbers N1=N1(t,h) and N2=N2(t,h) of spikes in the time intervals (t-h,t] and (h,t+h]. By varying t within a fine time lattice and simultaneously varying the interval length h, we obtain a multivariate statistic D(h,t):=(N1-N2)/V(N1+N2), for which we prove asymptotic multivariate normality under homogeneity. From this a practical, graphical device to spot changes of the firing rate is constructed. Our graphical representation of D(h,t) (Figure 1A) visualizes the changes in the firing rate. For the statistical test, a threshold K is chosen such that under homogeneity, |D(h,t)|<K holds for all investigated h and t with probability 0.95. This threshold can indicate potential change points in order to estimate the inhomogeneous rate profile (Figure 1B). The SFT is applied to a sample data set of spontaneous single unit activity recorded from the substantia nigra of anesthetized mice. In this data set, multiple rate changes are identified which agree closely with visual inspection. In contrast to approaches choosing one fixed kernel width [4], our method has advantages in the flexibility of h.
Poster presentation from Twentieth Annual Computational Neuroscience Meeting: CNS*2011 Stockholm, Sweden. 23-28 July 2011. One of the central questions in neuroscience is how neural activity is organized across different spatial and temporal scales. As larger populations oscillate and synchronize at lower frequencies and smaller ensembles are active at higher frequencies, a cross-frequency coupling would facilitate flexible coordination of neural activity simultaneously in time and space. Although various experiments have revealed amplitude-to-amplitude and phase-to-phase coupling, the most common and most celebrated result is that the phase of the lower frequency component modulates the amplitude of the higher frequency component. Over the recent 5 years the amount of experimental works finding such phase-amplitude coupling in LFP, ECoG, EEG and MEG has been tremendous (summarized in [1]). We suggest that although the mechanism of cross-frequency-coupling (CFC) is theoretically very tempting, the current analysis methods might overestimate any physiological CFC actually evident in the signals of LFP, ECoG, EEG and MEG. In particular, we point out three conceptual problems in assessing the components and their correlations of a time series. Although we focus on phase-amplitude coupling, most of our argument is relevant for any type of coupling. 1) The first conceptual problem is related to isolating physiological frequency components of the recorded signal. The key point is to notice that there are many different mathematical representations for a time series but the physical interpretation we make out of them is dependent on the choice of the components to be analyzed. In particular, when one isolates the components by Fourier-representation based filtering, it is the width of the filtering bands what defines what we consider as our components and how their power or group phase change in time. We will discuss clear cut examples where the interpretation of the existence of CFC depends on the width of the filtering process. 2) A second problem deals with the origin of spectral correlations as detected by current cross-frequency analysis. It is known that non-stationarities are associated with spectral correlations in the Fourier space. Therefore, there are two possibilities regarding the interpretation of any observed CFC. One scenario is that basic neuronal mechanisms indeed generate an interaction across different time scales (or frequencies) resulting in processes with non-stationary features. The other and problematic possibility is that unspecific non-stationarities can also be associated with spectral correlations which in turn will be detected by cross frequency measures even if physiologically there is no causal interaction between the frequencies. 3) We discuss on the role of non-linearities as generators of cross frequency interactions. As an example we performed a phase-amplitude coupling analysis of two nonlinearly related signals: atmospheric noise and the square of it (Figure 1) observing an enhancement of phase-amplitude coupling in the second signal while no pattern is observed in the first. Finally, we discuss some minimal conditions need to be tested to solve some of the ambiguities here noted. In summary, we simply want to point out that finding a significant cross frequency pattern does not always have to imply that there indeed is physiological cross frequency interaction in the brain.
Poster presentation from Twentieth Annual Computational Neuroscience Meeting: CNS*2011 Stockholm, Sweden. 23-28 July 2011. To truly appreciate the myriad of events which relate synaptic function and vesicle dynamics, simulations should be done in a spatially realistic environment. This holds true in particular in order to explain the rather astonishing motor patterns presented here which we observed within in vivo recordings which underlie peristaltic contractions at a well characterized synapse, the neuromuscular junction (NMJ) of the Drosophila larva. To this end, we have employed a reductionist approach and generated three dimensional models of single presynaptic boutons at the Drosophila larval NMJ. Vesicle dynamics are described by diffusion-like partial differential equations which are solved numerically on unstructured grids using the uG platform. In our model we varied parameters such as bouton-size, vesicle output probability (Po), stimulation frequency and number of synapses, to observe how altering these parameters effected bouton function. Hence we demonstrate that the morphologic and physiologic specialization maybe a convergent evolutionary adaptation to regulate the trade off between sustained, low output, and short term, high output, synaptic signals. There seems to be a biologically meaningful explanation for the co-existence of the two different bouton types as previously observed at the NMJ (characterized especially by the relation between size and Po),the assigning of two different tasks with respect to short- and long-time behaviour could allow for an optimized interplay of different synapse types. As a side product, we demonstrate how advanced methods from numerical mathematics could help in future to resolve also other difficult experimental neurobiological issues.
Poster presentation from Twentieth Annual Computational Neuroscience Meeting: CNS*2011 Stockholm, Sweden. 23-28 July 2011. Parallel multiunit recordings from V1 in anesthetized cat were collected during the presentation of random sequences of drifting sinusoidal gratings at 12 fixed orientations while gamma oscillations were present. In agreement with the seminal work [1], most units were orientation selective to varying degrees and synchronization was evident in spike train crosscorrelograms computed between units with similar preferred orientations, particularly during the presentation of optimal stimuli. Interestingly, a subset of units, which we refer to as synchronization hubs, were additionally found to synchronize with units having differing preferred orientations which was consistent with a previous study [2]. Moreover, oscillatory patterning in spike train autocorrelograms was also found to be strongest in units denoted as synchronization hubs, and synchronization hubs also tended to have narrower tuning curves relative to other units. We used simplified computational models of small networks of V1 neurons to demonstrate that neurons subject to a sufficiently strong level of inhibitory input can function as synchronization hubs. Neurons were endowed either with integrate-and-fire or conductance-based dynamics and each neuron received a combination of excitatory (AMPA) synaptic inputs that were Poisson-distributed and inhibitory (GABA) inputs that were coherent at a gamma-frequency range. If the strength of rhythmic inhibition was increased for a subset of neurons in the network, and excitation was increased simultaneously to maintain a fixed firing rate, then these neurons produced stronger oscillatory patterning in their discharge probabilities. The oscillations in turn synchronized these neurons with other neurons in the network. Importantly, the strength of synchronization increased with neurons of differing orientation preferences even though no direct synaptic coupling existed between the hubs and the other neurons. Enhanced levels of inhibition account for the emergence of synchronization hubs in the following way: Inhibitory inputs exhibiting a gamma rhythm determine a time window within which a cell is likely to discharge. Increased levels of inhibition narrow down this window further simultaneously leading to (i) even stronger oscillatory patterning of the neuron's activity and (ii) enhanced synchronization with other neurons. This enables synchronization even between cells with differing orientation preferences. Additionally, the same increased levels of inhibition may be responsible for the narrow tuning curves of hub neurons. In conclusion, synchronization hubs may be the cells that interact most strongly with the network of inhibitory interneurons during gamma oscillations in primary visual cortex.
Poster presentation from Twentieth Annual Computational Neuroscience Meeting: CNS*2011 Stockholm, Sweden. 23-28 July 2011. Background: Oscillatory activity in high-beta and gamma bands (20-80Hz) is known to play an important role in cortical processing being linked to cognitive processes and behavior. Beta/gamma oscillations are thought to emerge in local cortical circuits via two mechanisms: the interaction between excitatory principal cells and inhibitory interneurons – the pyramidal-interneuron gamma (PING) [1], and in networks of coupled inhibitory interneurons under tonic excitation – the interneuronal gamma (ING) [2]. Experimental evidence underlines the important role of inhibitory interneurons and especially of the fast spiking (FS) interneurons [3,4]. We show in simulation that an important property of FS neurons, namely the membrane resonance (frequency preference), represents an additional mechanism – the resonance induced gamma (RING), i.e. modulation of oscillatory discharge by resonance. RING promotes frequency stability and enables oscillations in purely excitatory networks. Methods: Local circuits were modeled with small world networks of 80% excitatory and 20% inhibitory neuron populations interconnected in small-world topology by realistic conductance-based synapses. Neuron populations were leaky integrate and fire (LIF) or Izhikevich resonator (RES) neurons. We also tested networks of purely inhibitory and purely excitatory RES neurons. Networks were stimulated with miniature postsynaptic potentials (MINIs) [5] and with low frequency sinusoidal (0.5 Hz) input that mimics the effect of gratings passing trough the visual field. The activity was calibrated to match recordings from cat visual cortex (firing rate, oscillatory activity). Results: Sinusoidal input modulates network oscillation frequency. This effect is most prominent in IF excitatory and IF inhibitory (IF-IF) networks and less prominent (about 4 times) in IF-RES or RES-IF networks where frequency remains relatively stable. The most stable frequency was observed in networks of pure resonators (RES-RES, None-RES, RES-None). Interestingly, purely excitatory RES networks (RES-None) were also able to exhibit oscillations through RING. By contrast purely excitatory or inhibitory IF networks (IF-None, None-IF) were not able to express oscillations under these conditions, matching experimental parameters. Conclusions: In both PING and ING, adding membrane resonance to principal cells or inhibitory interneurons stabilizes network oscillation frequency via the RING mechanism. Notably, in networks of purely excitatory networks, where ING and PING are not defined, oscillations can emerge via the RING mechanism if membrane resonance is expressed. Thus, RING appears as a potentially important mechanism for promoting stable network oscillations.
TRENTOOL : an open source toolbox to estimate neural directed interactions with transfer entropy
(2011)
To investigate directed interactions in neural networks we often use Norbert Wiener's famous definition of observational causality. Wiener’s definition states that an improvement of the prediction of the future of a time series X from its own past by the incorporation of information from the past of a second time series Y is seen as an indication of a causal interaction from Y to X. Early implementations of Wiener's principle – such as Granger causality – modelled interacting systems by linear autoregressive processes and the interactions themselves were also assumed to be linear. However, in complex systems – such as the brain – nonlinear behaviour of its parts and nonlinear interactions between them have to be expected. In fact nonlinear power-to-power or phase-to-power interactions between frequencies are reported frequently. To cover all types of non-linear interactions in the brain, and thereby to fully chart the neural networks of interest, it is useful to implement Wiener's principle in a way that is free of a model of the interaction [1]. Indeed, it is possible to reformulate Wiener's principle based on information theoretic quantities to obtain the desired model-freeness. The resulting measure was originally formulated by Schreiber [2] and termed transfer entropy (TE). Shortly after its publication transfer entropy found applications to neurophysiological data. With the introduction of new, data efficient estimators (e.g. [3]) TE has experienced a rapid surge of interest (e.g. [4]). Applications of TE in neuroscience range from recordings in cultured neuronal populations to functional magnetic resonanace imaging (fMRI) signals. Despite widespread interest in TE, no publicly available toolbox exists that guides the user through the difficulties of this powerful technique. TRENTOOL (the TRansfer ENtropy TOOLbox) fills this gap for the neurosciences by bundling data efficient estimation algorithms with the necessary parameter estimation routines and nonparametric statistical testing procedures for comparison to surrogate data or between experimental conditions. TRENTOOL is an open source MATLAB toolbox based on the Fieldtrip data format. ...
Background: In many species males face a higher predation risk than females because males display elaborate traits that evolved under sexual selection, which may attract not only females but also predators. Females are, therefore, predicted to avoid such conspicuous males under predation risk. The present study was designed to investigate predator-induced changes of female mating preferences in Atlantic mollies (Poecilia mexicana). Males of this species show a pronounced polymorphism in body size and coloration, and females prefer large, colorful males in the absence of predators. Results: In dichotomous choice tests predator-naïve (lab-reared) females altered their initial preference for larger males in the presence of the cichlid Cichlasoma salvini, a natural predator of P. mexicana, and preferred small males instead. This effect was considerably weaker when females were confronted visually with the non-piscivorous cichlid Vieja bifasciata or the introduced non-piscivorous Nile tilapia (Oreochromis niloticus). In contrast, predator experienced (wild-caught) females did not respond to the same extent to the presence of a predator, most likely due to a learned ability to evaluate their predators' motivation to prey. Conclusions: Our study highlights that (a) predatory fish can have a profound influence on the expression of mating preferences of their prey (thus potentially affecting the strength of sexual selection), and females may alter their mate choice behavior strategically to reduce their own exposure to predators. (b) Prey species can evolve visual predator recognition mechanisms and alter their mate choice only when a natural predator is present. (c) Finally, experiential effects can play an important role, and prey species may learn to evaluate the motivational state of their predators. Keywords: Sexual selection; female choice; non-independent mate choice; predator recognition; Poecilia mexicana
Im Zuge der Arbeitsbeschaffung, der Aufrüstung und der nachfolgenden Kriegsfinanzierung stand der nationalsozialistischen Regierung ein Bündel prinzipieller Finanzierungsalternativen zur Verfügung. Bei der Finanzierung der Arbeitsbeschaffungsmaßnahmen griff das Regime auf das vorhandene Instrumentarium der Vorgängerregierungen zurück. Insofern war das Prinzip der Wechselfinanzierung zur kurzfristigen Mobilisierung von Liquidität keine Innovation der NS-Regierung, sondern lediglich die Fortsetzung einer bereits praktizierten Finanzierungsmethode. In Hinblick auf die Faktoren „Ergiebigkeit“ und „zeitlicher Verfügbarkeit“ musste im Rahmen der Kriegsfinanzierung primär auf die kurzfristige Verschuldung zurückgegriffen werden. Keine andere Finanzierungsalternative hätte – unter Berücksichtigung der „Blitzkriegstrategie“ und dem damit verbundenen außerordentlichen Mittelbedarf - in solch kurzer Zeit die erforderliche Finanzkraft ohne Reibungsverluste und zeitliche Verzögerungen garantieren können. In steuerpolitischer Hinsicht schöpfte die Regierung zwar ansteigende Einkommen und Gewinne ab, doch fand die Steuergesetzgebung ihre Grenze in der gesellschaftlichen Akzeptanz sowie bei der Berücksichtigung distributionspolitischer Motive. Pläne zur weiteren Steuererhöhung oder gar zur Einführung neuer Steuern wurden zu Gunsten der Zustimmung in der Bevölkerung zur Regimepolitik verworfen. Das Primat der Fundierung kurzfristiger Kreditaufnahme wurde mit Fortdauer des Krieges aufgegeben. Die Konsolidierung der schwebenden Schulden hinkte dem Tempo des kurzfristigen staatlichen Kreditbedarfs mit Fortdauer des Krieges hinterher. Große Teile des Finanzierungsbedarfs wurden durch Enteignung und Kontribution gedeckt. Die übermäßige Beanspruchung ausländischer Volkseinkommen und – vermögen glich jedoch nur einen Teil des inländischen Geld-Gütermarkt-Ungleichgewichtes aus. Darüber hinaus waren mit der Besetzung ausländischer Territorien aber auch Kosten für die Versorgung der Bevölkerung verbunden. Selbst unter Missachtung jeglicher Humanität gegenüber der ausländischen Bevölkerung waren die Ressourcenbeiträge der besetzten Länder begrenzt. Bei der sog. „geräuschlosen Kriegsfinanzierung“ kamen verschiedene Instrumente zur Absorption überschüssiger Kaufkraft zum Einsatz. Langfristige Schuldpapiere wurden überwiegend nicht am freien Kapitalmarkt begeben, sondern direkt den Kapitalsammelstellen zugeteilt. Gesetzlich definierte Grenzen der Lohn- und Preisbildung sowie die Beschränkungen des Kapital- und Gütermarktes flankierten die Bemühungen um die Stilllegung überschüssiger Einkommen. Mit dem kriegsbedingten Ausufern des Mittelbedarfs schwand jede Rücksichtnahme auf die gesetzlichen und ökonomischen Grenzen. Die langfristige Verschuldung konnte fortan der kurzfristigen Kreditaufnahme nicht mehr folgen. Die Sparkassen stellten aufgrund ihrer Nähe zum Einzelkunden und ihres organisatorischen Aufbaues eine idealtypische Konstruktion für die Absorption von Spargeldern dar. Darüber hinaus hatten sie eine dominierende Stellung auf dem Spareinlagenmarkt.
Background: Genome-wide association studies (GWAS) have identified new candidate genes for the occurrence of acute coronary syndrome (ACS), but possible effects of such genes on survival following ACS have yet to be investigated.
Methods: We examined 95 polymorphisms in 69 distinct gene regions identified in a GWAS for premature myocardial infarction for their association with post-ACS mortality among 811 whites recruited from university-affiliated hospitals in Kansas City, Missouri. We then sought replication of a positive genetic association in a large, racially diverse cohort of myocardial infarction patients (N = 2284) using Kaplan-Meier survival analyses and Cox regression to adjust for relevant covariates. Finally, we investigated the apparent association further in 6086 additional coronary artery disease patients.
Results: After Cox adjustment for other ACS risk factors, of 95 SNPs tested in 811 whites only the association with the rs6922269 in MTHFD1L was statistically significant, with a 2.6-fold mortality hazard (P = 0.007). The recessive A/A genotype was of borderline significance in an age- and race-adjusted analysis of the entire combined cohort (N = 3095; P = 0.052), but this finding was not confirmed in independent cohorts (N = 6086).
Conclusions: We found no support for the hypothesis that the GWAS-identified variants in this study substantially alter the probability of post-ACS survival. Large-scale, collaborative, genome-wide studies may be required in order to detect genetic variants that are robustly associated with survival in patients with coronary artery disease.
Studierende und Lehrende des Faches Allgemeine und Vergleichende Literaturwissenschaft, die in den Beständen ihrer Bibliothek nicht fündig geworden sind, werden sich vielleicht fragen, warum viele ihrer Fernleihen von der Universitätsbibliothek Frankfurt am Main stammen. Dass sich ausgerechnet dort das Sondersammelgebiet für Allgemeine und Vergleichende Literaturwissenschaft befindet, mag überraschen, denn schließlich wurde an der Goethe-Universität ein eigenes Institut für Komparatistik erst im Sommersemester 2001 gegründet. [...] Die bedeutenden Bestände der Rothschildschen Bibliothek, die durch rechtzeitige Auslagerung ohne größere Verluste den Zweiten Weltkrieg überstanden haben, waren u. a. ausschlaggebend dafür, dass 1949 der damaligen Stadt- und Universitätsbibliothek Frankfurt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft die Sondersammelgebiete »Allgemeine und Vergleichende Sprachwissenschaft« (SSG 7.11), »Germanistik« (SSG 7.20) sowie »Allgemeine und Vergleichende Literaturwissenschaft« (SSG 7.12) zugewiesen wurden. [...] So sehr es auch Utopie bleiben wird, gerade im Blick auf eine per se fachübergreifende Disziplin, so besteht doch der Anspruch, die wissenschaftliche Literatur eines Faches (auch und gerade die im Ausland erscheinende) möglichst umfassend und vollständig zu sammeln […]. Publikationen in digitaler Form sind solchen in konventioneller Gestalt gleichgestellt. Jede wissenschaftliche Publikation ist damit im Idealfall zumindest einmal in Deutschland vorhanden.
Subject of this thesis is the non-perturbative investigation of the thermal transition in Quantum Chromodynamics by means of lattice gauge theory and a particular type of lattice fermions, the so-called twisted mass fermions. These fermions offer the possibility of improvement as compared to the standard Wilson-type formulation. We investigate the properties of these fermions at finite temperature, i.e. the structure of the bare parameter space as well as leading order cutoff effects in the weak coupling limit. Then we focus on two-flavour simulations at finite pion mass. We identify the (pseudo-)critical temperatures for our set of pion masses (300 to 500 MeV) and discuss the extrapolation to the chiral limit for which the nature of the transition is still an open question. Besides pseudo-critical temperatures we consider the magnetic equation of state and screening observables. We find that the assumption of a second order transition (in the 3d O(4) universality class) agrees with our data without being able to exclude alternatives. Finally, we discuss the future inclusion of strange and charm quarks in dynamical twisted mass simulations and look at the corresponding cutoff effects in the free limit.
In seiner ausführlichen Untersuchung unterschiedlicher philosophischer Ansätze zum Prinzip „Verantwortung“ führt Ludger Heidbrink (2003) aus, dass die Standardtheorie der „Verantwortung“ auf drei Pfeilern beruhe, „dem Subjekt der Verantwortung, dem Objekt der Verantwortung und der Instanz der Verantwortung“ (ebd.: S. 21 f.; Hervorhebung von B. H.). Dabei bezieht er sich auf einige philosophische Ansätze, die Verantwortung in einer mehrstelligen Relation verstehen: Eine Person hat (1) Verantwortung für etwas (2) vor und gegenüber jemandem (3) und wird nach Maßgabe von gewissen Kriterien beurteilt (4) (u. a. Lenk/Maring 1993; Höffe 1993). An dieser Definition wird deutlich, dass es sich bei „Verantwortung“ um ein zutiefst soziales Handlungsprinzip dreht, denn eine Person, die verantwortlich handelt, tritt immer in irgendeiner Form in Interaktion mit ihrer sozialen Umwelt. So kümmern sich beispielsweise Eltern um ihre Kinder; Arbeitsnehmer stellen im Rahmen kollegialer Arbeitsteilung ein Produkt her oder erfüllen eine Dienstleistung für einen Kunden. Selbst wer sich gegenüber einem Tier oder der Natur verantwortlich verhält, erfüllt dabei eine moralische Norm, deren Einhaltung die Gesellschaft von ihm erwartet. Daran wird deutlich, dass eine Person, auch wenn sie sich in ihrem Handeln nicht direkt auf andere Menschen bezieht, gegenüber Personen oder Instanzen die Folgen ihres Verhaltens verantworten muss, was bedeutet, dass sie im Rahmen der Rechenschaftspflicht letztlich auch in eine Interaktion mit anderen Menschen tritt. Nur von mündigen Menschen kann Verantwortung für ihr Handeln erwartet werden. Der intersubjektive Charakter des Verantwortungspostulats lässt normalerweise auch zu, dass sich die beteiligten Personen über die Voraussetzungen verständigen können, unter denen das geforderte Handeln möglich ist oder war. Denn meistens genügt allein der Willen einer Person nicht zur Übernahme von Verantwortung.
As a part of this thesis, a Monte Carlo-based code has been developed capable of simulating the transition of proton beam properties to neutron beam properties as it occurs in the Li-7(p, n)Be-7 reaction. It is able to reproduce not only the angle-integrated energy distributions but it is also capable of predicting the angle-dependent neutron spectra as measured at Forschungszentrum Karlsruhe (Karlsruhe, Germany) and Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Braunschweig, Germany). Since the code retains all three spatial dimensions as well as all three velocity dimensions, it provides very detailed information on the neutron beam. The resulting data can aid in many different aspects, for example it can be used in shielding construction, or for lithium target design. In this work, the code is used to predict the neutron beam properties expected at the Frankfurt Neutron Source at Stern-Gerlach-Zentrum (FRANZ) facility. For different proton beam energies, the neutron distribution in x/p_x, y/p_y, and z/p_z is shown as well as a Mollweide projection, which illustrates the kinematic collimation effect that limits the neutron cone opening angle to less than 180 degree.
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.
Die Familie der Proteorhodopsine (PR) besteht aus Hunderten von PR Molekülen, die unter Lichteinwirkung Protonen pumpen und somit eine bedeutende Rolle für die Energiegewinnung spielen könnten. Da der pKa Wert des Proton Akzeptors der Schiff‘schen Base (SB) (~7.2) dem pH Wertes der Ozeane (~7.9) ähnelt, wird auch über eine regulatorische Funktion spekuliert. Wird in Erwägung gezogen, dass 24 000 PR Moleküle pro SAR86 Zelle vorhanden sind (Beja et al. 2001) und dass 13% der Bakterien der Meeresoberfläche PR besitzen (Sabehi et al. 2005) liefert dieses Protein wahrscheinlich einen bedeutenden Energiebeitrag neben der Photosynthese. Einblicke in den Mechanismus der Energieumwandlung erfordern sowohl die Untersuchung des Chromophores, welches die Lichtenergie absorbiert als auch der Struktur des Apoproteins, das durch die Generierung eines Protonengradienten zur Energiegewinnung beiträgt. Der Fokus der Doktorarbeit liegt auf dem Chromophor und seiner Umgebung. Eine erste Charakterisierung der SB und des Retinals erfolgt durch UV/VIS und NMR Messungen (Pfleger et al. 2008). Die 13C chemische Verschiebungen von 10,11-13C2 Retinal und die 15N chemische Verschiebung der protonierten SB, gebildet durch K231, zeigt eindeutig, dass im Grundzustand nur eine Konformation der Retinals, all-trans, vorliegt. Die 15N chemische Verschiebung weist außerdem auf eine starke Wechselwirkung der SB mit ihren Gegenionen hin. Desweiteren kann durch Messungen der 15N chemischen Verschiebung der SB bei verschiedenen pH Werten der pKa Wert der SB abgeschätzt werden, auf ~12. Diese Stabilisierung der positiv geladenen protonierten Form der SB weist auf die Existenz eines Wasserclusters hin, das durch die hohe Dielektrizitätskonstante die protonierte Form der SB stabilisieren könnte. Um zu überprüfen, ob Wasser an der SB gebunden ist, wird ein sogenanntes 15N-1H HETCOR Experiment durchgeführt. Der Bereich der 15N chemischen Verschiebung der SB korreliert mit einer Protonenresonanz bei ~5 ppm, welche im Bereich einer Wasserresonanz liegt und die durch D2O austauschbar ist. Dies indiziert eine wichtige Bedeutung von Wasser in der Nähe der SB für die Funktion von PR. Der Einfluss von Mutationen des Histidins H75 und des Aspartats D97 auf die 15N chemische Verschiebung der SB sowie die Auswirkung von Histidinmutationen auf das Chromophor deuten eine direkte Wechselwirkung von Aspartat 97 und der SB an, nicht aber eine direkte Wechselwirkung von H75 und der SB. Neben dem Chromophor ist außerdem das Signalpeptid Gegenstand der Untersuchung der Doktorarbeit. Motivation für die Untersuchung war die Inhomogenität der Proben, die im Zusammenhang mit ungleich prozessiertem PR stehen könnten. Ein zweiter Teil beschäftigt sich mit neuen Konzepten der Datenaufnahme, da das S/R in der Festkörper NMR ein limitierender Faktor darstellt. Diese beinhalten Verstärkung der Relaxation (RELOAD) sowie die Refokussierung von T2 bei Verwendung eines Prozessierungsschrittes, der „half echo alternating transformation“ (HEAT).
Die Etablierung eines HIV-1 Tiermodells ist ein großes Ziel auf dem Weg zur Entwicklung antiretroviraler Medikamente und Impfstoffe gegen HIV-1. Speziesspezifische Restriktionsfaktoren und fehlende Kofaktoren verhindern jedoch die Replikation von HIV-1 in Tieren. Restriktionsfaktoren sind Bestandteil der intrinsischen Immunität und entwickelten sich im Laufe der Evolution als Abwehrmechanismus gegen diverse Pathogene. Dazu gehören die Proteine der APOBEC3-Familie, TRIM5􀀁 und Tetherin, welche die Virusreplikation von HIV-1 an verschiedenen Punkten seines Lebenszyklus inhibieren. Koevolutionär entwickelten Retroviren Antagonisten, um die restriktive Funktion ihrer Wirtsproteine zu umgehen. Um ein replikationskompetentes, simiantropes HIV zu generieren, wurden im Rahmen dieser Arbeit die Sequenzen vifHIV-1 und vpuHIV-1 gegen vifagm.tan aus SIVagm.tan und vpugsn/den aus den Immundefizienzviren SIVgsn und SIVden substituiert, um die Restriktion gegen A3G und Tetherin in Zellen der Afrikanischen Grünen Meerkatze zu umgehen. Die TRIM5 vermittelte Restriktion wurde über eine Mutation in der Cyclophilin A Bindedomäne des Kapsids verhindert. Die Analyse der Vifagm.tan Funktion bestätigte den geänderten Tropismus des chimären HIV-1 bezüglich der APOBEC3G vermittelten Restriktion. Denn nach Austausch des vifHIV-1 Gens war das Virus nicht mehr in der Lage, die Aktivität des humanen APOBEC3G zu unterbinden und initiierte stattdessen die Degradation des Analogons aus der Afrikanischen Grünen Meerkatze. Weiterhin konnte die erfolgreiche Klonierung des vpugsn/den Gens in HIV-1 die Aktivität der SHIV-Konstrukte gegen Tetherin der Afrikanischen Grünen Meerkatze und der Rhesusaffen ändern, wohingegen humanes Tetherin nicht mehr abgebaut werden konnte. Trotz der erfolgreichen Aktivität der konstruierten SHIVs gegen die zellulären Restriktionsfaktoren der Afrikanischen Grünen Meerkatze, replizierten die generierten chimären Viren in einer AGM Zelllinie, nicht aber in periphären mononuklearen Blutzellen der Afrikanischen Grünen Meerkatze. Ein Indiz, das für weitere strukturelle Anpassungen der Viren gegenüber ihren Wirten spricht, die zur Bildung der Spezies-Barriere beitragen und Zoonosen erschweren. Im zweiten Teil der Dissertation wurden die Aktivitäten der Proteine der APOBEC3-Familie und VifHIV-1 auf ihre Regulation durch Phosphorylierung untersucht. Proteinphosphorylierungen gehören zu den wichtigsten posttranslationalen Proteinmodifikationen, um diverse Funktionen wie die Enzymaktivität, Proteininteraktionen und die zelluläre Lokalisation zu steuern. Dabei konnte die durch Yang et al. postulierte Phosphorylierung von VifHIV-1 nicht bestätigt werden. Analysen der mutmaßlichen VifHIV-1 Phosphomutanten enthüllten, dass die Funktion von VifHIV-1, die Infektiosität von HIV-1 zu gewährleisten, durch Substitution der mutmaßlichen Phosphoaminosäuren nicht beeinträchtigt wird und ebenso sämtliche Phosphomutanten die Degradation von A3G initiierten, wenn auch in unterschiedlichem Maße. Weiterhin wurde im Rahmen dieser Arbeit gezeigt, dass A3C entweder in einem phosphorylierten Protein-Komplex vorliegt oder ein phosphoryliertes Protein bindet. Zudem konnte ermittelt werden, dass APOBEC3A als einziges Protein der APOBEC3-Familie nach TPA- und cAMP-Stimulation phosphoryliert wird. In vitro Kinase Studien konnten zeigen, dass die Phosphorylierung unter anderem durch ERK2 erfolgt. Es konnte jedoch kein Zusammenhang zwischen der Phosphorylierung von A3A und dessen zellulärer Lokalisation, Aktivität gegen HIV-1 als auch gegen die Retrotranspositionselemente IAP und LINE-1 hergestellt werden. Dies lässt den Schluss zu, dass die Phosphorylierung die untersuchten Aktivitäten von APOBEC3A nicht beeinflusst oder APOBEC3A eine bisher unbekannte durch Phosphorylierung regulierte Funktion besitzt.