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Der im Jahr 2004 am IWR Heidelberg entwickelte Neuronen Rekonstruktions-Algorithmus NeuRA extrahiert die Oberflächenmorphologie oder ein Merkmalskelett von Neuronenzellen, die mittels konfokaler oder Zwei-Photon-Mikroskopie als Bildstapel aufgenommen wurden. Hierbei wird zunächst das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Rohdaten durch Anwendung des speziell entwickelten trägheitsbasierten anisotropen Diffusionsfilters verbessert, dann das Bild nach der statistischen Methode von Otsu segmentiert und anschließend das Oberflächengitter der Neuronenzellen durch den Regularisierten Marching-Tetrahedra-Algorithmus rekonstruiert oder das Merkmalskelett mit einer speziellen Thinning-Methode extrahiert. In einschlägigen Vorarbeiten wurde mit Hilfe solcher Rekonstruktionen von Neuronenzellkernen gezeigt, dass diese, entgegen der vorher üblichen Meinung, nicht notwendigerweise rund sind, sondern Einstülpungen, sogenannte Invaginationen, aufweisen können. Der Einfluss der Invaginationen auf die Ausbreitung von Calciumionen innerhalb solcher Zellkerne konnte durch entsprechende numerische Simulationen systematisch untersucht werden.
Um diese Rekonstruktionsmethode auf hochaufgelöste Mikroskopaufnahmen anwenden zu können, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit, die in NeuRA verwendeten Verfahren auf Basis von Nvidia CUDA auf moderner Grafikhardware parallelisiert und unter dem Namen NeuRA2 optimiert und neu implementiert. Erzielte Beschleunigungen von bis zu einem Faktor 100, bei Verwendung einer Hochleistungsgrafikkarte, zeigen, dass sich die moderne Grafikarchitektur besonders für die Parallelisierung von Bildverarbeitungsoperatoren eignet. Insbesondere das Herzstück des Rekonstruktions-Algorithmus - der sehr rechenintensive trägheitsbasierte anisotrope Diffusionsfilter - wurde durch eine clusterbasierte Implementierung, welche die parallele Verwendung beliebig vieler Grafikkarten ermöglicht, immens beschleunigt.
Darüber hinaus wurde in dieser Arbeit das Konzept von NeuRA verallgemeinert, um nicht nur Neuronenzellen aus konfokalen oder Zwei-Photon-Bildstapeln rekonstruieren zu können, sondern vielmehr die Oberflächenmorphologie oder Merkmalskelette von allgemeinen Objekten aus beliebigen Bildstapeln zu extrahieren. Dabei wird das ursprüngliche Konzept von Rauschreduktion, Bildsegmentierung und Rekonstruktion beibehalten. Für die einzelnen Schritte stehen aber nun eine Vielfalt von Bildverarbeitungs- und Rekonstruktionsmethoden zur Verfügung, die abhängig von der Beschaffenheit der Daten und den Anforderungen an die Rekonstruktion, ausgewählt werden können. Die meisten dieser Verfahren wurden ebenfalls auf Basis moderner Grafikhardware parallelisiert.
Die weiterentwickelten Rekonstruktionsverfahren wurden in mehreren Anwendungen eingesetzt: Einerseits wurden Oberflächen- und Volumengitter aus konfokalen Bildstapeln und Computertomographie-Aufnahmen generiert, die für verschiedene numerische Simulationen eingesetzt wurden oder eingesetzt werden sollen. Des Weiteren wurden über zwanzig antike Keramikgefäße und Fragmente anderer antiker Keramiken rekonstruiert. Hierbei wurde jeweils die Rohdichte und bei den komplett erhaltenen Gefäßen das Füllvolumen berechnet. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Verfahren exakter ist als die in der Archäologie üblichen Methoden zur Volumenbestimmung von Gefäßen. Außerdem zeigt sich eine Abhängigkeit der Rohdichte der rekonstruierten Objekte vom jeweils verwendeten Keramiktyp. Eine Analyse, wie genau die Krümmung von Objekten durch die Approximation von Dreiecksgittern dargestellt werden kann, wurde ebenfalls durchgeführt.
Zusätzlich wurde ein Verfahren zur Rekonstruktion der Merkmalskelette lebender Neuronenzellen oder Teilen von Neuronenzellen entwickelt. Bei den damit rekonstruierten Daten wurden einzelne dendritische Dornfortsätze, auch Spines genannt, hochaufgelöst mikroskopiert. Auf Basis dieser Rekonstruktionen kann die Länge von Dendriten oder einzelner Spines, der Winkel zwischen Dendritenverzweigungen, sowie das Volumen einzelner Spines automatisch berechnet werden. Mit Hilfe dieser Daten kann der Einfluss pharmakologischer Präparate und mechanischer Eingriffe in das Nervensystem von lebenden Versuchstieren systematisch untersucht werden.
Eine Adaption der beschriebenen Rekonstruktionsverfahren ist aufgrund deren einfacher Erweiterbarkeit und flexibler Verwendbarkeit für zukünftige Anwendungen leicht möglich.
Aktive Hörimplantate befinden sich seit Mitte der 1980er Jahre im klinischen Einsatz. Aufgrund der inzwischen sehr hohen Anwendungszahl und durch-schnittlich sehr langen Anwendungsdauer gelten diese als sehr sicher. Dennoch können Komplikation auftreten. Eine Komplikation wurde in der vorliegenden Arbeit als Auftreten eines negativen Ereignisses außerhalb des gewünschten Behandlungsablaufes gewertet.
Ziel dieser Arbeit war es, aufgetretene Komplikationen zu kategorisieren und zu quantifizieren. Ferner sollte untersucht werden, ob bestimmte Faktoren Einfluss auf die Häufigkeit von Komplikationen haben, insbesondere in Bezug auf die verschiedenen Implantat- und Elektrodenträgermodelle. Es wurden neben der Erfassung und Quantifizierung unerwünschter Ereignisse vier Hypothesen for-muliert, die sich aus der klinischen Erfahrung der Anwendung der Systeme ergaben: (H1) Kinder entwickeln nach Cochlea-Implantation häufiger Entzün-dungen. (H2) Implantatmodelle mit Magnettasche führen häufiger zu Infektio-nen. (H3) Perimodiolare Elektrodenträger führen häufiger zu „Tip fold-over“ (Umschlagen der Elektrodenträgerspitze). (H4) Gerade Elektrodenträger führen häufiger zu Elektrodenträgerdislokation.
In dieser Arbeit wurden alle von Januar 2006 bis Dezember 2016 im Universi-tätsklinikum Frankfurt mit aktiven Hörimplantaten versorgten Patienten einge-schlossen. Unter den 1274 Patienten befanden sich 583 Patienten, bei denen mindestens eine Komplikation auftrat. Hiervon machten den Großteil Schmer-zen (16,9 %), Drehschwindel (15,6 %) und Infektionen im Verlauf (8,3 %) aus.
Es wurde aus dem Datenmaterial eine Patientengruppe von 503 betroffenen Patienten gebildet, die nach der Operation erstmals eine Komplikation angaben. In dieser Kohorte „Erstereignis“ traten Komplikationen vor allem in den Bereichen Entzündung (281 Patienten), Hören (183 Patienten) und Gleichgewicht (158 Patienten) auf. Bei den unilateral versorgten Patienten dieser Kohorte zeigte sich das erste Ereignis durchschnittlich nach 5,64 Jahren, bei den beid-seitig Operierten trat das erste Ereignis durchschnittlich nach 7,35 Jahren auf.
Die Implantatmodelle wichen im Auftreten von Komplikationen voneinander ab: Die höchsten Komplikationsraten traten bei den Modellen HiRes90K mit 37 von 81 (45,7 %), Synchrony mit 62 von 140 (44,3 %), und Nucleus 5 mit 115 von 274 (42,0 %) auf. Die Elektrodenträgerbauformen wiesen signifikante (p < 0,001) Unterschiede untereinander auf: Die meisten Komplikationen traten bei den Elektrodenträgerbauarten Medium (75 %), Midscala (58,8 %), Slim Modi-olar (54,3 %), und Straight (52,1 %) auf. Eine Infektion trat besonders bei den Implantaten Synchrony (1,34 Jahre) und Clarion (1,57 Jahre) früh auf. Die Modelle Pulsar (7,51 Jahre) und CI24RE (6,13 Jahre) zeigten ein eher spätes Auftreten. Für das Auftreten einer Infektion der Implantatmodelle lag p unter 0,001, was für signifikante Unterschiede bezüglich des Zeitpunktes des Auftretens spricht. Die Elektrodenträgerbauart zeigte in Bezug auf eine Hörbeeinträchtigung und in Bezug auf das Auftreten einer Elektrodenträger bezogenen Komplikation, wie Tip fold-over, Migration oder inkomplette Insertion hoch signifikante (p < 0,001) Unterschiede. Elektrodenträgerbauformen wie Midscala, Straight und Slim Modiolar führten früh nach durchschnittlich einem (Slim Modiolar) bis 2,5 (Straight) Jahren zum ersten Auftreten von einem veränderten Höreindruck nach CI-Implantation. Etwas häufiger traten Probleme mit dem Elektrodenträger wie Tip fold-over, Migration oder inkomplette Insertion bei den Modellen Flex Soft und Helix auf, am häufigsten bei dem Modell Flex 24.
(H1) Bei Kindern traten signifikant (p < 0.001) häufiger implantatbezogene Entzündungen auf als bei Erwachsenen. In der Gruppe „Erstereignis“ hatten 66,0 % der Kinder und 23,7 % der Erwachsenen eine Entzündung. (H2) Das Vor-handensein einer Magnettasche an der Implantat-Empfänger-Spule führte nicht signifikant häufiger zum Auftreten einer Entzündung. (H3) Vorgekrümmte (engl. pre-curved) Elektrodenträger zeigten eine höhere Inzidenz für Tip fold-over als gerade Elektrodenträger. (H4) Gerade Elektrodenträger zeigten eine höhere Inzidenz für eine Migration des Elektrodenträgers. Insgesamt traten im betrach-teten Kollektiv „Erstereignis“ 11 Migrationen auf, 10 davon bei geraden Elektro-denträgern (p = 0,03).
Insgesamt führen Faktoren wie die Implantatmodelle, Elektrodenträgerbauformen, Alter des Patienten früher zum Auftreten von Komplikationen. Für zukünftige Studien wäre eine eigene Auswertung der noch relativ neuen (2012) Mittelohrimplantate interessant.
Als Nadelstichverletzungen (NSV) bezeichnet man jede Stich-, Schnitt- und Kratzverletzung der Haut durch Kanülen, Skalpelle oder andere medizinische Instrumente, die mit Patientenmaterial verunreinigt sind. Davon unabhängig ist, ob die Wunde geblutet hat oder nicht. Die beinhaltet auch den direkten Kontakt mit der Schleimhaut von Mund, Nase oder Augen. Die größte Gefahr geht hierbei von einer Infektion mit Hepatitis B, C sowie dem humanem-Immundefizients- Virus (HIV) aus. In der vorliegenden Arbeit wurden Häufigkeit und Ursachen von NSV bei Beschäftigten von fünf verschiedenen medizinischen Fachkliniken der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, mithilfe eines anonymisierten Fragebogens ermittelt. Dabei handelte es sich um die Zentren für Anästhesie, Dermatologie, Chirurgie, Gynäkologie und Pädiatrie. Alle Befragten hatten in den 12 Monaten vor dieser Erhebung Kontakt mit Patienten- oder Untersuchungsmaterial. Die Ergebnisse wurden zwischen den jeweiligen Fachkliniken und den einzelnen Berufsgruppen, wie Ärzten, Pflege- und Reinigungspersonal, verglichen. Es sollte geklärt werden, womit und wobei sich NSV am häufigsten ereigneten. Weiterhin wurde untersucht, wie Health Care Worker (HCW) eine erlittene NSV einschätzen, welche Schutzmaßnahmen sie gegen Verletzungen ergriffen haben und ob eine erlittene NSV Einfluss auf ihr künftiges Verhalten hatte. Anhand dieser Daten wurde klassifiziert, ob und gegebenenfalls wie viel NSV vermeidbar gewesen wären. Anschließend wurde diskutiert, wie das Risiko von NSV verringert werden kann. An der Erhebung nahmen 720 von 919 in den Zentren beschäftigten Personen teil (Rücklaufrate 78,3%). 71,6% der Ärzte, 76,4% des Pflegepersonals, 75% der Laborangestellten sowie 100% von denen, die als “Sonstige“ klassifiziert wurden als auch vom Reinigungspersonal, sandten den Fragebogen zurück. Von den 226 HCW (31,4%), die in den letzten 12 Monaten mindestens eine NSV erlitten hatten, waren Ärzte mit 55,1% signifikant häufiger betroffen als das Pflegepersonal mit 22%. Von allen 561 stattgefundenen NSV im letzten Jahr ist es in der Chirurgie am 10 häufigsten zu einer NSV gekommen (59,9%), am seltensten in der Dermatologie (6,4%). Dabei waren die Ärzte der Chirurgie, Pädiatrie, Dermatologie und Gynäkologie signifikant häufiger betroffen als das Pflegepersonal, in der Anästhesie waren jedoch nicht mehr signifikant mehr Betroffene. In der Anästhesie gaben 75% aller Mitarbeiter an, mehr als 20 Eingriffe mit Verletzungsrisiko pro Woche vorzunehmen, in der Chirurgie nur 53,8%. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Häufigkeit verletzungsträchtiger Eingriffe nicht mit der Zahl der Verletzungen korreliert. Abgesehen von der Angabe „Sonstiges“, die mehrere Ereignisse repräsentiert, ereigneten sich NSV am häufigsten beim Nähen (23%) und bei Blutabnahmen (13%), also an den Instrumenten, die in den meisten Fachkliniken auch am häufigsten verwendet wird. Nur 5% aller NSV wurden von den HCW als schwer bezeichnet. Ein ungenügendes Sicherheitsbewusstsein bei den Mitarbeitern zeigte sich zum einen dadurch, dass insgesamt bei fast einem Drittel (27,9%) der NSV auf das Tragen von Handschuhen verzichtet wurde. Dabei unterschieden sich die Kliniken untereinander signifikant, wobei in der Chirurgie und Anästhesie mit 85,7% bzw. 81,3% im Gegensatz zu der Pädiatrie mit 35,8%, am häufigsten Handschuhe getragen wurden. Auch waren sich zwar insgesamt 78,2% der HCW sicher über einen suffizienten Hepatitis-B-Impfschutz, wobei die Ärzte signifikant besser in Kenntnis darüber waren als das Pflegepersonal, jedoch wussten über ein Viertel (25,8) der Angestellten in der Pädiatrie nicht darüber Bescheid. Beim Arbeiten mit scharfen Gegenständen am Krankenbett nahmen nur 29,4% der Befragten einen Abwurfbehälter mit und über die Hälfte (50,4%) gaben an, keine NSV dem D-Arzt gemeldet zu haben. Das Pflegepersonal hatte signifikant häufiger gemeldet als die Ärzte. Ihr Verhalten nach einer NSV nicht geändert zu haben, gaben 53,1% der Betroffenen an. Insgesamt hätten 36,7% aller NSV durch Instrumente mit Sicherheitsvorkehrungen sicher vermieden werden können, in der Pädiatrie und der Gynäkologie sogar mehr als 80%.
Das Ziel dieser Dissertation war es die biologische Rolle der Ubiquitinierung und die Bedeutung für Alterungsprozesse im filamentösen Ascomyceten Podospora anserina zu untersuchen. Folgende Ergebnisse wurden dabei erzielt:
1. Ubiquitinierte Proteine wurden nachgewiesen und die Deubiquitinierung von Proteinen konnte durch den Einsatz der Inhibitoren Urea, PR-619 und PIC erfolgreich inhibiert werden, was die Anwesenheit aktiver Deubiquitinasen in P. anserina beweist. Zudem wurden erstmalig ubiquitinierte Proteine in P. anserina unter den zur Aufreinigung
gewählten Bedingungen über die Technik der LC-MS/MS identifiziert.
2. Insgesamt wurden 1745 ubiquitinierte Proteine in P. anserina identifiziert, was ca. 16,4 % des gesamten Proteoms darstellt. Somit wurde erstmalig das Ubiquitinom des Ascomyceten P. anserina charakterisiert, welches Proteine aus allen zellulären Kompartimenten enthält.
3. Die erste im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte umfassende Studie altersabhängiger Veränderungen im Ubiquitinom eines Organismus zeigt eine Herabregulation der Ubiquitinierung im Alter in der gesamten Zelle. Dem gegenüber steigt die Ubiquitinierung an den Mitochondrien leicht an und unterstreicht die Rolle einer mitochondrialen Qualitätskontrolle durch diesen Prozess.
4. Die Untersuchung der am Ubiquitinierungsprozess beteiligten E3-Ligase PaMUS10 zeigt, dass es sich bei Mus10 um ein essentielles Gen in P. anserina handelt, da die Deletion zu starken mitochondrialen Beeinträchtigungen und dem sofortigen Absterben des Organismus direkt nach der Keimung führt.
5. Zur weiteren Untersuchung von PaMus10 wurde erstmalig und vollständig ein Hygromycin-basiertes „Knockdown“-System in P. anserina etabliert, was die detaillierte Untersuchung eines essentiellen Gens in diesem Organismus ermöglichte. Durch dessen Einsatz konnte eine reduzierte Fertilität, eine verkürzte Lebensspanne sowie Veränderungen der mitochondrialen Morphologie und Funktion als direkte Folge einer PaMus10-Herabregulation nachgewiesen werden.
6. PaMUS10 ist vorwiegend cytosolisch lokalisiert wird aber unter oxidativem Stress oder in gealterten Kulturen an die Mitochondrien rekrutiert, was einen vergleichbaren Mechanismus zur menschlichen E3-Ligase PARKIN darstellt.
7. Der Verlust von PaMUS10 verursacht ein Präseneszenzsyndrom und führt zum vorzeitigen Absterben des Organismus, wohingegen die zusätzliche Expression von PaMus10::Gfp offenbar positive Effekte nach sich zieht, da hier eine deutliche Verlängerung der Lebensspanne beobachtet wurde.
8. Der Vergleich der beiden Ubiquitinome von ∆PaMus10/PaMus10 und Wthph1/2 zeigt eine massive Reduzierung der globalen Ubiquitinierung, welche offenbar durch das Fehlen von PaMUS10 ausgelöst wird und damit dessen Funktion als E3-Ligase untermauert.
9. Im Rahmen der hier durchgeführten Substratanalyse wurden insgesamt 131 Proteine identifiziert, von denen ca. 20 % dem Mitochondrium zugeordnet werden können. Aufgrund der diversen biologischen Prozesse und Funktionen dieser Substrate ist PaMUS10 sowohl in die Ubiquitinierung cytosolischer als auch mitochondrialer Proteine involviert und greift womöglich sogar als zentraler Schalter in die gesamte zelluläre Homöostase ein.
Aufgrund der nicht unerheblichen Zahl der identifizierten ubiquitinierten Proteine (Ubiquitinom) und den fatalen Auswirkungen, die der Verlust einer E3-Ligase in diesem Organismus nach sich zieht, lässt sich folgende grundlegende Erkenntnis formulieren:
Die Ubiquitinierung spielt in P. anserina eine bedeutende Rolle zur Aufrechterhaltung zellulärer Prozesse insbesondere der mitochondrialen Homöostase und beeinflusst dadurch positiv die Entwicklung und Alterung in diesem Organismus.
Das Genom des anaeroben ε-Proteobakteriums Wolinella succinogenes codiert überraschenderweise für Enzymkomplexe, die typisch für die aerobe Atmung sind. Die entsprechenden Gene werd en unter bekannten Wachstumsbedingungen nicht
exprimiert. Darunter findet sich ein Operon ( sdhABE) für eine putative „Succinat-Dehydrogenase“, die hohe Sequenzhomol ogien zu sog. „nicht-klassischen“ archaealen Succinat-Dehydrogenasen zeigt. In der vorliegenden Arbeit sollte die „Succinat-Dehydro genase“ mit Hilfe des etablierten genetischen Systems zur Modifikation und Produktion der Chinol:Fumarat-Reduktase(QFR) homolog in W. succinogenes produziert und charakterisiert werden. Das genetische System besteht aus der QFR- Deletions-mutante ΔfrdCAB und dem Vektor pFrdcat2, der aufgrund seiner zentralen Bedeutung im Rahmen dieser Arbeit sequenziert wurde.
The fungal genus Pestalotiopsis s.l. contains approximately 300 described species and is globally distributed. The monotypic genus Pestalotia is considered the closest relative of Pestalotiopsis s.l. This study aims to investigate the diversity and systematics within Pestalotiopsis s.l. and its relation to Pestalotia. Therefore, an integrative approach is used considering molecular phylogeny methods as well as examination of morphological characters.
Recently, Pestalotiopsis s.l. was split into three genera with the addition of the newly erected Neopestalotiopsis and Pseudopestalotiopsis. The species of these genera are usually saprotrophic, phytoparasitic, or endophytic, and have been isolated from soil, air, and many kinds of anorganic material. The asexual fruiting bodies appear on infected plant material as black acervuli that release conidia. The conidia are important to examine for morphological taxon recognition. The number of conidial cells is the feature that distinguishes Pestalotiopsis s.l. spp. with five celled conidia, from Pestalotia pezizoides with six celled conidia. However, the significance of morphological characters is controversially discussed among mycologists. In recent years, 55 new species were described based on minor genetic distances and marginal or no morphological differences. Thus, the value of certain morphological characters and genetic markers need to be reconsidered.
In this study, 102 herbarium specimens of 26 described species, with an emphasis on plant pathogenic species from North America, have been morphologically examined and documented through drawings and photographs. Morphological examination was complemented with a comprehensive molecular dataset obtained from 191 cultures representing the genera Neopestalotiopsis, Pestalotia, Pestalotiopsis, Pseudopestalotiopsis, and Truncatella. One novelty of this work is that, besides the well-established markers ITS, TEF1, and ß-tubulin, the protein-coding genes MCM7 and TSR1 were successfully sequenced and included in the analyses. Phylogenies using Maximum Likelihood and Bayesian inference methods of single loci and the combined dataset were calculated. By comparison of these phylogenies, MCM7 was identified as the most powerful one in terms of phylogenetic resolution and statistical support of nodes and is proposed as an additional barcoding marker in Pestalotiopsis s.l.
In Pestalotiopsis, species delimitation was tested using the Baysian Phylogenetics and Phylogeography (BP&P) program that tests an existing species scenario against Bayesian inference methods under a multispecies coalescent model. The program supported only ten species out of the predetermined 19 species scenario. Measurements of conidia for species detected by BP&P were explored using a TukeyHSD-Test in the program R to find means that are significantly different from each other. This test revealed that combinations of morphological characters are required to distinguish between the ten species found by BP&P.
Another purpose of this work was to clarify the status of Pestalotia with regard to Pestalotiopsis s.l. Therefore, fresh epitypic material of Pestalotia pezizoides, was collected, isolated, and cultivated. The molecular analysis of a combined dataset of the gene regions ITS and LSU for species of Amphisphaeriales nested P. pezizoides in the genus Seiridium. Thus, synonymy of Pestalotia with Seiridium is proposed here. This is supported by morphology of the conidia. Further, an epitype is proposed for the type species of Pestalotiopsis, P. maculans. On the other hand, the recently proposed epitype of P. adusta is rejected here as it conflicts with the taxonomic hypothesis obtained in this study and its introduction is inconsistent with the formal requirements for epitypification. A new topotypic specimen is proposed instead. Additionally, several nomenclatural changes become necessary in many species examined. These include three new combinations and six synonyms of species of Pestalotiopsis s.l.
The conclusion of this work is that morphological data have potential as a valuable, inexpensive and easy way to recognize species. However, it is not the best method for species discovery and delimitation bearing in mind that in microfungi and many other organisms, individual plasticity and analogous structures are inadequately investigated. By phylogenetic analyses of molecular sequence data, it is possible to compare a great amount of equivalent characters and to delimit species that are morphologically cryptic. This is especially important since species of Pestalotiopsis s.l. mostly lack sexual structures that are helpful for morphological species delimitation in other groups of fungi. Thus, the Genealogical Concordance Species Concept (GCSC) finds its application in many fungal taxa. Conflicts in the genealogy between phylogenetic trees of different markers are interpreted as recombination of the genetic material within a linage. Accordingly, the change from conflict to congruence in a set of different phylogenetic trees can be seen as the species limit. It can be expected that increased application of the GCSC will lead to further approximation of described species numbers to the real number of species, especially in complicated groups like asexual microfungi.
Fragen nach der Struktur von Sprachkompetenz sind aktuell in der pädagogisch-psychologischen Diagnostik von besonderer Bedeutung. Da sprachliche Kompetenzen als wesentlicher Bestandteil von Bildung angesehen werden, finden sie in empirischen Studien zu Schülerleistungen immer stärkere Beachtung. Neben der Feststellung von Ausprägungen der sprachlichen Kompetenzen wird die Differenzierbarkeit von Teilbereichen der Sprachkompetenz betrachtet, wenn spezifische sprachliche Phänomene getrennt beobachtet und beschrieben werden sollen. Die vorliegende Arbeit nähert sich der Frage nach der Struktur von Sprachkompetenz aus einer psychologisch-diagnostischen Perspektive. Auf der Grundlage von Daten einer deutschen Large-Scale-Studie und unter Bezug auf Theorien und Modellen der Psycholinguistik, der Entwicklungspsychologie und der psychologischen Diagnostik geht sie der Frage nach, welche Teilbereiche der Sprachkompetenz sich empirisch differenzieren lassen – wie sich also die Struktur von Sprachkompetenz aus Sicht der Diagnostik darstellen lässt. Darüber hinaus wird analysiert, ob sich spezifische Zusammenhänge zwischen einzelnen sprachlichen Teilbereichen empirisch auffinden lassen, die vor dem Hintergrund bekannter Theorien und Modelle der Struktur von Sprachkompetenz darzustellen und zu erklären sind. Schließlich wird untersucht, ob sich bestimmte Personengruppen hinsichtlich der strukturellen Zusammenhänge in ihrer Sprachkompetenz unterscheiden und inwiefern kognitive Grundfähigkeiten als Teil der Struktur von Sprachkompetenz zu betrachten sind. Bisher liegen nur wenige verallgemeinerbare, empirische Befunde zur Struktur der sprachlichen Kompetenzen deutscher Schülerinnen und Schüler vor. Dies ist vor allem darin begründet, dass die Durchführung vergleichender Studien über viele Jahrzehnte im deutschen Bildungssystem unüblich war und sich die Erfassung von Sprachkompetenz oft auf den Bereich der Defizitdiagnostik beschränkte. Dort, wo repräsentative Daten verfügbar sind, decken sie in der Regel nur einige wenige sprachliche Teilbereiche ab. Die vorliegende Arbeit beruht auf den Daten der umfassenden und differenzierten Erhebung von Sprachkompetenzen im Rahmen der Studie Deutsch Englisch Schülerleistungen International (DESI). DESI untersuchte im Schuljahr 2003/2004 die sprachlichen Leistungen von Schülerinnen und Schülern der neunten Jahrgangsstufe in Deutschland. Sie wurde von der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland (KMK) im Jahre 2000 in Auftrag gegeben. Entsprechend der aktuellen Forschungslage zur Dimensionalität von erst- und fremdsprachlichen Kompetenzen wurden in den DESI-Tests jeweils mehrere produktive und rezeptive Kompetenzbereiche unterschieden: Sowohl im Deutschen als auch im Englischen wurden die Kompetenzen im Lesen und Schreiben erfasst, im Englischen zusätzlich im Hören und Sprechen. In beiden Sprachen wurden zudem sprachpragmatische und grammatikalische Aspekte der Sprachbewusstheit getestet, im Deutschen wurde darüber hinaus ein schriftlicher Test zur Argumentation eingesetzt. Lexikalische und orthographische Aspekte von Sprachkompetenz wurden im Deutschen in gesonderten Tests abgebildet und im Englischen als Komponenten von Lückentexten erfasst. Zusätzlich zu den insgesamt zwölf Testverfahren ergänzten Fragebögen zu Lehr-Lern-Bedingungen, Hintergrundfaktoren und motivationalen Aspekten sowohl für Schülerinnen und Schüler als auch für Lehrpersonen, Fachkollegien, Schulleitung und Eltern die Erhebung. An der Haupterhebung von DESI nahmen 10 632 Schülerinnen und Schüler aus 219 Schulen teil, darunter 40 Schulen mit bilingualem Sachfachunterricht. Diese Daten bieten eine ideale Grundlage für die Analyse der Struktur von Sprachkompetenz bei Schülerinnen und Schülern. Die Fragestellungen der vorliegen Arbeit beschäftigen sich damit, die Struktur von Sprachkompetenz innerhalb der beiden Sprachen zu beschreiben und in ein gemeinsames Modell zu integrieren. Methodisch berücksichtigt wird dabei die hierarchische Schachtelung der Daten. Dadurch wird ein theoriegeleitetes Modell der Struktur der Sprachkompetenz empirisch abgebildet. Darauf aufbauend wird analysiert, wie dieses Modell speziell auf die Mehrebenenstruktur der Daten anzupassen ist, ob also die Struktur von Sprachkompetenz auf Individualebene und auf Klassenebene für beide Sprachen getrennt und gemeinsam unter Beibehaltung des Modells für die Gesamtstichprobe dargestellt werden kann. In einem weiteren Schritt wird analysiert, ob das gefundene Modell der Struktur von Sprachkompetenz sich in spezifischen Untergruppen unterscheidet, hierzu gehören Mädchen und Jungen sowie Schülerinnen und Schüler mit unterschiedlichem Sprachhintergrund. Abschließend wird untersucht, welche Bedeutung den kognitiven Grundfähigkeiten im Gesamtmodell der Struktur von Sprachkompetenz zukommt.
Hintergrund: Anämie gehört zu den häufigsten Erkrankungen weltweit und stellt daher ein zentrales globales Gesundheitsproblem dar. Etwa ein Drittel aller chirurgischen Patienten weisen präoperativ eine Anämie auf. Dies wird als unabhängiger Risikofaktor für eine erhöhte Morbidität und Mortalität sowie für das vermehrte Auftreten postoperativer Komplikationen angesehen. Vor diesem Hintergrund wurde von der Weltgesundheitsorganisation (World Health Organization, WHO) ein patientenzentriertes Behandlungskonzept namens Patient Blood Management (PBM) gefordert, um unter anderem Anämien frühzeitig zu diagnostizieren und einen rationalen Einsatz von Fremdblutprodukten zu fördern. Trotz der Tatsache, dass PBM vor etwa 10 Jahren eingeführt wurde, scheint Deutschland im internationalen Vergleich eine überdurchschnittlich hohe Menge an Erythrozytenkonzentrat-(EK)Einheiten pro Kopf zu transfundieren. Die Ursachen dafür sind bislang unklar und könnten möglicherweise durch eine erhöhte Anämie- Prävalenz bei chirurgischen Patienten und dem damit verbundenen erhöhten Bedarf an Transfusionen einhergehen.
Zielsetzung: Ziel dieser Arbeit ist die multizentrische Erfassung der präoperativen Anämie-Prävalenz innerhalb des Zeitraums 2007-2019 in Deutschland.
Methoden: In dieser retrospektiven, multizentrischen Beobachtungsstudie wurden alle Patienten jeden Alters, die im Monat März der Jahre 2007, 2012, 2015, 2017 und 2019 in acht teilnehmenden Krankenhäusern operiert wurden, erfasst. Patientencharakteristika und klinische Daten wurden aus den Krankenhausinformationssystemen der teilnehmenden Krankenhäuser entnommen. Primäres Ziel war die Prävalenz der Anämie bei Krankenhausaufnahme. Sekundäre Endpunkte waren der Zusammenhang zwischen Anämie und Anzahl der transfundierten EKs, Dauer des Krankenhausaufenthalts und Sterblichkeit im Krankenhaus.
Ergebnisse: Von insgesamt 30.763 Patienten konnten 23.836 Patienten aus acht Krankenhäusern in die Analyse eingeschlossen werden. Im untersuchten Zeitraum zeigte sich eine Reduktion der präoperativen Anämie-Prävalenz erwachsener Patienten von 37% auf 32,2%. Die Zahl, der mit Erythrozytenkonzentraten -5- transfundierten Patienten, ging signifikant von 16,5 % im Jahr 2007 auf 7,8 % im Jahr 2019 zurück, wobei Patienten mit präoperativer Anämie im Vergleich zu Patienten ohne Anämie sechsmal mehr EKs erhielten. Insgesamt verkürzte sich die Krankenhausverweildauer seit 2007 deutlich, zeigte jedoch eine signifikante Verlängerung bei Vorliegen einer präoperativen Anämie. Die Sterblichkeitsrate war über die Jahre hinweg konstant, dennoch signifikant höher bei anämischen Patienten. Eine multivariate Regressionsanalyse mit festen Effekten ergab, dass präoperative Anämie und EK-Transfusion Prädiktoren für die Sterblichkeitsrate waren.
Diskussion: Die Prävalenz der präoperativen Anämie lag in unserer Studienpopulation im Jahr 2019 bei 32,2 %, was der weltweiten Prävalenz entspricht. Das Implementieren von PBM-Strategien, um präoperative Anämien frühzeitig zu identifizieren und zu therapieren sowie Blutprodukte rational einzusetzen, nimmt daher weiterhin einen großen Stellenwert ein. Diese perioperativen Maßnahmen sind für alle chirurgischen Patienten von zentraler Bedeutung, da eine präoperative Anämie den Bedarf an EK-Transfusionen erhöhen, die Liegezeit verlängern und mit einer erhöhten Sterblichkeitsrate assoziiert sein kann.
Invasive non-native species are key components of human-induced global environmen-tal change and lead to a loss of biodiversity, alterations of species interactions and changes of ecosystem services. Freshwater ecosystems in particular are strongly affect-ed by biological invasions, since they are spatially restricted environments and often already heavily impacted by anthropogenic activities. Recent human-induced species invasions are often characterized by long-distance dispersal, with many species having extended their native distribution range within a very short time frame. However, a long term view into the past shows that biological invasions are common phenomena in nature—representing the arrival of a species into a location in which it did not originally evolve—as a result of climatic changes, geotectonic activity or other natural events. Once a species arrives in a new habitat, it may experience an array of novel selection pressures resulting from abiotic and biotic environmental factors and simultaneously act as a novel selective agent on the native fauna. Consequences of species invasions are manifold. My thesis, which combines seven studies on different aspects of biological invasions, aims to explore the influence of abiotic stressors and biotic interactions during species introductions and range expansions, as well as the consequences of biological invasions on evolutionary and ecosystem processes.
The first part of my thesis examines human-induced biological invasions, dealing with basic ecological characteristics of invaded ecosystems, novel predator-prey interactions, functional consequences of species invasions and certain behavioral traits that may contribute to the invasiveness of some species. The second part of my thesis examined distribution patterns and phenotypic trait divergence in species that historically invaded new geographical areas. I investigated variation of abiotic and biotic selection factors along a stream gradient as well as ecological and evolutionary consequences of species invasions to extreme habitats. The results highlight the importance of simultaneously considering processes involved in natural invasions and during human-induced invasions to understand the success of invading species.
We often lack detailed information on the impacts of historical biological inva-sions. Also, we are currently lacking crucial knowledge about the time scales during which different mechanisms (behavioral flexibility, plastic phenotypic changes, and ge-netic adaptation) play a role during biological invasions and affect species exchange and establishment. Comparative analyses of historical, natural invasion and recent (man-made) invasions can provide insights into the relative importance of the processes governing adaptation to abiotic stressors and selection resulting from biotic interactions. Beyond their negative effects, the establishment of invasive species and the subsequent range expansion represent “natural experiments” to investigate fundamental questions in ecology and evolution. My comparison of natural and human-induced biological invasions revealed that in many cases preadaptation to altered abiotic conditions plays a key role during early stages of invasions and range expansions. Considering the evolutionary history of invasive species and the evolutionary history of the recipient native fauna might therefore help predict the consequences of biological invasions for the ecosystem under consideration and the future success of the invading species. This knowledge can also be implemented when formulating conservation strategies, including methods to mitigate and manage human-induced biological invasions.
Aim: Long noncoding RNAs (lncRNAs) belong to the interface of epigenetics and exhibit diverse functions. Their features depend on their sequence, genomic location and tertiary structure. The aim was to identify novel lncRNAs and characterise their physiological functions and mechanisms in endothelial cells. Three different approaches were performed:
The hypothesis that pseudogene-annotated lncRNA NONHSAT073641 regulates the expression of their parental gene platelet activating factor acetylhydrolase 1b regulatory subunit 1 (PAFAH1B1) was examined.
The physiological functions and in vivo relevance of most lncRNAs are still unknown, therefore a part of this work aimed to identify lncRNAs in response to a pathophysiological stimulus (high amplitude stretch) in endothelial cells.
The long intergenic noncoding RNA antisense to S1PR1 (LISPR1) gene, is located within the promotor of sphingosine-1-phosphate receptor 1 (S1PR1) and shares a part of the promotor region. This study examined additionally the hypothesis that LISPR1 controls the S1PR1 expression in endothelial cells.
Methods: The angiogenic functions of NONHSAT073641 and LISPR1 were examined with spheroid-outgrowth and scratch wound assays. Furthermore, stretch experiments were performed in order to identify differently expressed lncRNAs in human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). In addition, the in vivo relevance of both lncRNAs was examined in samples from pulmonary arterial hypertension patients. Knockdown (e.g. LNA GapmeRs), knockout (CRISPR/ Cas9) and overexpression experiments (e.g. CRISPR activation) were performed to analyse target genes. The molecular mechanism of LISPR1 was investigated with RNA and Chromatin immunoprecipitation.
Results: NONHSAT073641 and PAFAH1B1 exhibited angiogenic function in endothelial cells. It could be observed that NONHSAT073641 is not regulating the expression of PAFAH1B1. The pro-angiogenic feature of PAFAH1B1 might be attributed to the target gene matrix Gla protein (MGP). NONHSAT073641 and PAFAH1B1 were significantly induced in CTEPH samples and might be important in the development of this disease. It could be speculated that NONHSAT073641 is regulating the expression of the cell-cycle regulator BCL2L11 as has been investigated in mice.
LISPR1 is a cis-acting lncRNA which maintains S1PR1 gene transcription by intercepting the transcriptional repressor ZNF354C and enabling Polymerase II (PolII) to bind. ZNF354C regulates S1PR1 expression in HUVECs. However, the role of ZNF354C in pulmonary arterial hypertension (PAH) is unknown. LISPR1 and S1P1 receptor were both significantly depleted in COPD samples. It can be assumed that due to higher S1P production, the signalling is attenuated through reduction of the lncRNA LIPSR1 and thus the receptor S1P1.
The stretch experiments present a possible in vitro model in order to mimic the condition of endothelial cells during high blood pressure, such as in PAH. Referring to published data, it could be confirmed that stretching of endothelial cells alters the gene expression, which is on the other hand linked to cardiovascular disease. In cardiovascular disease mechanical stretch altered genes, which are participating in the vascular remodelling process. The role of differently expressed lncRNAs (TGFβ2-AS1, CTD-2033D15.2, INHBA-AS1, RP11-393I2.4, TAPT1-AS1, TPM1-AS1, CFLAR-AS1 and HIF1α-AS2) upon mechanical stretch is yet not clarified.
Conclusion: NONHSAT073641 and LISPR1 are important for the endothelial angiogenic function. Both lncRNAs were deregulated in PAH samples. The pathophysiological stimulus had an impact on the expression of different lncRNAs (e.g. TGFβ2-AS1) and pathways (e.g. TGF-β) in endothelial cells.
In the framework of this thesis the intense low energy ion beam transport was investigated. Especially, the beam transport in toroidal magnetic field configurations was discussed, as it may allow the accumulation of high intensive beams in the future. One of the specific tasks is to design an injection system that can be used for the proposed low energy accumulator ring. This thesis regarding beam transport investigations is related to the larger research fields, storage rings used in accelerator physics and non-neutral plasmas. The proposal of building a storage ring with longitudinal guiding magnetic fields was made. Due to natural transversal focussing in magnetic fields it is possible to accumulate very intense charged particle beams, a subject of interest within the physics community. A simulation code (TBT) was written to describe the particle motion in curved segments. Particle in Cell techniques were utilized to simulate a multi particle dynamics. This code allows the user to generate different particle distributions as input parameter. A possibility of reading an external data file was made available so that a measured distribution can be used to compare simulation results with measured ones. A second order cloud in cell method was used to calculate charge density and in turn to solve Poisson’s equation. The circular toroidal coordinate system was used. The drift motion and gyrating motion was proved to be consistent with analytical values. Further simulations were performed to study the self field effects on beam transport. The experiments with single toroidal segments find niche in the work. The experiments were performed to compare the simulation results and gain practical experience. The toroidal segment has similar dimensions (major axis R = 1:3 m, minor axis r = 0:1 m, arc angle 30°) as for a full scale ring design. The main difference lies in the magnetic field strength. The available segments can be operated at room temperature producing 0:6T on axis maximum magnetic field, while for the storage ring design this value is in the range of 5T. The preparatory experiments consisted of building and characterization of the ion source in a first step. Along with the momentum spectrometer and emittance scanner the beam properties were studied. Low mass ion beams He+ and mixed p, H2+, H3+ beams were analyzed. The proton beam consisting of a 48% H+ fraction was extracted regularly and used for further experiments. A moderate beam energy of 10 keV was chosen as operational energy for which 3.08 mA proton beam current was measured. In the second stage, beams were transported through a solenoid and the phase space distribution was measured as a function of the magnetic field for different beam energies. The phase-space as distributions measured in a first stage were simulated backward and then again forward transported through the solenoid. The simulated results were then compared with the measured distribution. The LINTRA transport program was used. The phase-space distribution was further simulated for transport experiments in a toroidal magnetic field. The experiments with a single toroidal segment give basic results necessary to compare the results between transport code (TBT) and measurements. The optical diagnostic provides measurements which can be well compared with the simulated results. A digital camera with a magnetic shield was used to record images in jpeg file format. A subroutine was written to analyze an image file to give the intensity distribution of a given image file. The integrated profile in vertical and horizontal direction was used to calculate the vertical drift and the beam size. The simulated values were in good agreement with the measured ones. The injection system needs most care. The transport program that was used to simulate the beam in the toroid was also used to design the injection system. The injection system with its special field configurations was designed to perform experiments with room temperature segments. The main point to tackle was to smoothly bring the charged particles generated outside the trap into the acceptance of the ring. The designed system consists of two sources, one representing a ring beam and the other one the injection beam. While simulations showed a clear way, how to inject the particle beam via a well positioned solenoid and in combination with a transverse electric field element causing an ExB drift into the main ring acceptance. After construction of these injection elements it will be very important to measure the robustness of such a system with respect to the beam stability- especially of the injection channel.
Diatoms contribute largely to the total primary production of the ecosphere and are key players in global biogeochemical cycles. Their chloroplasts are surrounded by four membranes owing to their secondary endosymbiotic origin. Their thylakoids are arranged into three parallel bands and differentiation of thylakoid membranes into grana or stroma is not observed. The fucoxanthin chlorophyll a/c binding proteins act as the light harvesting proteins and play a role in photoprotection during excess light as well. The diatom genome encodes three different families of antenna proteins. Family I are the classical light harvesting proteins called "Lhcf". Family II are the red algae related Lhca-R1/2 proteins called "Lhcr" and family III are the photoprotective LI818 related proteins called "Lhcx".
All known Fcps have a molecular weight in the range of 17-23 kDa. They are membrane proteins and have shorter loops and termini compared to LHCs of higher plants and are therefore extremely hydrophobic. This makes the isolation of single specific Fcps using routine protein purification techniques difficult.
The purification of a specific Fcp containing complex has not been achieved so far and until this is done several questions concerning light harvesting antenna systems of diatoms cannot be answered. For e.g. Which proteins interact specifically? Are various Fcps differently pigmented? Which pigments interact with each other and how? Which proteins contribute to photosystem specific antenna systems? Can pure Fcps be reconstituted into crystals like LHCII proteins? In order to answer these questions specific Fcp containing complexes have to be purified. ...
Endothelial dysfunction plays an important role in different pathological conditions, but whether endothelial cell death contributes to the development and progression of certain pathological conditions is rather unclear. Here we found that endothelial cells undergo cell death during pathologies such as LPS-induced sepsis and in models of hindlimb, renal and cardiac ischemia-reperfusion injury. Analyses of mice lacking endothelial key cell death regulators such as TAK1, RIPK3 and Caspase 8 gave us insight in the role of endothelial cell death in these pathological models. For example, increased endothelial necroptosis along with basal inflammation in lungs of TAK1ECKO mice affects susceptibility to LPS-induced sepsis and mortality, which correlated with elevated IFN-gamma and MIP-2 serum levels. Furthermore, we found that inhibition of RIPK3-mediated endothelial necroptosis could reduce the susceptibility of TAK1ECKO mice to LPS-induced sepsis and mortality. In ischemia or ischemia-reperfusion models, inhibition of RIPK3-mediated endothelial necroptosis did not reduce injury in the heart after ischemia, nor did it have any effect on organ function post-injury in the kidney or the heart. Inhibition of necroptosis also did not alter vascularization processes in hindlimb post-ischemia. Taken together, endothelial necroptosis contributes to increased sepsis severity and progression whereas inhibition of endothelial necroptosis can ameliorate susceptibility to sepsis in the absence of endothelial TAK1. Inhibition of endothelial necroptosis however does not play an important role during ischemia or ischemia-reperfusion induced organ injury.
Ziel dieser Arbeit ist es, einen Überblick über die Verhaltensweisen zoolebender Zwergschimpansen (Pan paniscus Schwarz 1929) zu geben. Dabei nimmt die Beschreibung des Sozialverhaltens eine zentrale Stellung ein. Dieser Aspekt ist von besonderem Interesse, weil die Zwergschimpansen oder Bonobos durch eine regelmäßige Überflutung großer Teile ihres Lebensraumes zu einer stärker arborealen Lebensweise gezwungen sind (s. HOFW 1975) als die zweite Schiopansenart, Pan troglodytes. Das läßt neben morphologischen auch ethologische Anpassungen an ein Baumleben erwarten, und zwar sowohl in Bereichen wie Lokomotion etc.. als auch in Bezug auf das Sozialverhalten. Gerade auf diesem Gebiet aber ist unser ohnehin bruchstückhaftes Wissen über die Ethologie des Bonobo besonders gering....
In zahlreichen Studien konnte ein tumorwachstumshemmender Effekt der überwiegend in Fischöl vorkommenden Omega-3-Fettsäuren, insbesondere der Eikosapentaensäure (EPA), belegt werden. In den bisher vorliegenden Studien wurde überwiegend der Effekt freier Fettsäuren auf das Wachstum von Tumorzellen untersucht. Ziel dieser Studie war es deshalb, den Effekt einer Fettemulsion mit komplexer Triglyzeridstruktur, die als solche auch am Patienten im Rahmen einer parenteralen Ernährung Anwendung findet, auf das Wachstum der Pankreaskarzinomzelllinie Mia-Paca-2 und der Kolonkarzinomzelllinie Caco-2 zu untersuchen, und die zugrundeliegenden Mechanismen für die erhobenen Effekte zu evaluieren. • Die in der vorliegenden Studie eingesetzte Fischölemulsion hemmte die Proliferation sowohl der Pankreaskarzinomzelllinie Mia-Paca-2 als auch der Kolonkarzinomzelllinie Caco-2 dosis- und zeitabhängig. Dieser Effekt war auf eine Zunahme der Apoptoseinduktion und eine Blockierung der Zellen in der S- und G2/M-Phase des Zellzyklus zurückzuführen. Tumorzellen sind in der Lage, durch Expression von Wachstumsfaktoren ihr Zellwachstum selbständig zu stimulieren. Eine bedeutende Rolle scheint in diesem Zusammenhang der epidermale Wachstumsfaktor (EGF) zu spielen. Bei zahlreichen Tumoren kann eine Überexpression des membranständigen EGF-Rezeptors nachgewiesen werden. Es gibt Hinweise, dass die Modifikation der Lipidkomposition zellulärer Membranen durch ein verändertes Angebot an mehrfach ungesättigten Fettsäuren mit einer Änderung der Aktivität von Membranrezeptoren einhergeht. In weiterführenden Experimenten wurde deshalb der Einfluß von EGF auf das Wachstum der mit der Omega-3-fettsäurereichen Fischölemulsion vorbehandelten Pankreaskarzinomzelllinie Mia-Paca-2 untersucht. • Eine Präinkubation der Mia-Paca-2 Zellen mit der Omega-3-fettsäurereichen Fischölemulsion führte zu einer Umkehrung des wachstumsfördernden Effektes von EGF. Eine entscheidende Determinante in der Entwicklung und dem Wachstum von Tumoren ist deren Sensitivität gegenüber chemotherapeutischer Behandlung. Das Auftreten von chemotherapieresistenten Tumorzellen ist häufig limitierender Faktor für eine erfolgreiche zytostatische Therapie. In einem weiteren Versuchsansatz sollte deshalb der Fragestellung nachgegangen werden, ob eine Verbesserung der Wirksamkeit gängiger Chemotherapeutika in der Antitumortherapie von Pankreas- und Kolonkarzinomen nach kombinierter Behandlung mit der Fischölmulsion zu erwarten ist. • Der Einsatz der Fischölemulsion in Kombination mit Gemcitabin und 5-FU bei Mia-Paca-2 Zellen bzw. Caco-2 Zellen führte zu einem additiven wachstumshemmenden Effekt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit belegen, dass Omega-3-fettsäurereiche Lipidemulsionen eine sinnvolle adjuvante therapeutische Maßnahme in der Behandlung des Pankreas- und Kolonkarzinoms darstellen können.
In this thesis, we characterized megasynthases such as fatty acid synthases (FASs) and polyketide synthases. The obtained insights into structure and function were used to engineer such systems to produce new-to-nature compounds.
The in vitro characterization of megasynthases requires reproducible access to these enzymes in high quality. Therefore, we established purification strategies for the yeast FAS and the methylsalicylic acid synthase (MSAS) from Saccharopolyspora erythraea (SerMSAS) and applied the latter one on MSAS from Penicillium patulum (PenPaMSAS) and on 6-deoxyerythronolide B synthase (DEBS) module 6. With the purified samples, we were able to obtain initial structural data for SerMSAS and solve the complete structure of the yeast FAS (PDB: 6TA1). On the example of the yeast FAS, we could show that the sample can suffer from adsorption to the water-air interface during the grid preparation for electron microscopy and presented how the use of graphene-based grids can overcome this problem. The combined structural and functional analysis of the yeast FAS showed that the structural domains trimerization module and dimerization module 2 are not essential for the assembly of the whole system. Therefore, they can potentially be used for domain exchange approaches. The in-depth functional analysis of SerMSAS revealed that not SerMSAS itself releases the product, but a 3-oxoacyl-(acyl-carrier protein) synthase like enzyme within the gene cluster transfers 6-methyl salicylic acid from SerMSAS to another carrier protein for subsequent modifications. In contrast, we showed that PenPaMSAS can release its product by hydrolysis and that non-native substrates can be incorporated although at significantly slower turnover rates compared to the native starter substrate. Our further investigation demonstrated that the substrate specificity of the acyltransferase (AT) is a critical factor for the incorporation of non-native substrates.
With the insight from the functional and structural characterization, we engineered megasynthases for the biosynthesis of natural product derivatives. We targeted the AT of PenPaMSAS for active site mutagenesis and discovered a mutant which can transfer non-native substrates significantly faster (~200-300%). Additionally, the malonyl/acetyl transferase (MAT) of the mammalian FAS was used as a promising target for protein engineering because of its previously reported properties including polyspecificity, fast transfer kinetics, robustness, and plasticity. We showed that the MAT can transfer fluorinated substrates and accept the acyl carrier protein of DEBS module 6. By exchanging the substrate specific AT of DEBS with the polyspecific MAT of the mammalian FAS, we demonstrated an efficient DEBS/FAS hybrid and an optimal truncation site for the applied ATs. In contrast to the wild type system, the DEBS/FAS enzyme was able to synthesize demethylated and fluorinated derivatives. The production and purification of a fluoro-methyl-disubstituted polyketide was of particular interest, as it has a high potential for the generation of new drugs and shows the potential of protein engineering. Furthermore, the incorporation of the disubstituted substrate had important implication in the mechanistic details of the ketosynthase-mediated C-C bond formation.
Das System der Hochschulzulassung war bis 2004 nicht im Stande sicherzustellen, dass die Eignungsprofile von Studienbewerbern in optimaler Weise mit den Anforderungen der jeweiligen Studiengänge abgeglichen wurden. Diesen Einwänden entgegenkommend wurde 2004 das Hochschulrahmengesetz novelliert. Die aus diesem Anlass vereinbarten Zielvereinbarungen zwischen dem Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst und der J.W. Goethe-Universität beschreiben Maßnahmen, die durch eine bessere Auswahl, Beratung und Betreuung der Studierenden in einem Studiengang eine Verbesserung der Studiensituation und des Studienerfolgs anstreben. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist, optimale Lösungen für die Beratung von Studienplatzbewerbern und für die Studierendenauswahl für den Diplomstudiengang Psychologie der J.W. Goethe-Universität zu entwickeln. Eingangs wird ein vergleichender Überblick über unterschiedliche Operationalisierungen des Studienerfolgs sowie über diverse Methoden der Studierendenauswahl und ihre Kombination zu einem Zulassungsverfahren gegeben. In einer breit angelegten Anforderungsanalyse (mittels einer Expertenbefragung, einer differenzierten Analyse der Abiturzeugnisse, einer Studie zur inkrementellen Validität psychologischer Tests sowie einer Befragung anhand eines speziell hierfür konzipierten Fragebogens) wurden studiengangspezifische Prädiktoren des Studienerfolgs extrahiert: Neben kognitiven Merkmalen waren es diverse Aspekte der studienbezogenen Leistungsorientierung, Lerntechniken und Interesse an Inhalten des Psychologiestudiums. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wurden mehrere Skalen konzipiert und ein webbasierter Selbst-Test (Online-Self-Assessment) erstellt. Im Verfahren können unterschiedliche Aufgaben bearbeitet werden, die sich in Form eines Realistic Study Preview an den konkreten Anforderungen des Studiengangs Psychologie der J.W. Goethe-Universität orientieren. Nach der Aufgabenbearbeitung erhalten Teilnehmer ein Ergebnisprofil und damit eine Rückmeldung bezüglich des anvisierten Studiums. Das Tool wurde an einer studentischen Stichprobe erprobt. Erste Validierungs- und Evaluationsergebnisse werden ausführlich berichtet. Sie legen nahe, die Skalen zur Erfassung der kognitiven Merkmale und der studienbezogenen Leistungsorientierung beizubehalten resp. zu erweitern und auf die Erhebung der Lerntechniken und des Interesses an Inhalten des Psychologiestudiums in der aktuellen Form zu verzichten. Vorschläge zur Optimierung des Beratungstools werden unterbreitet. Abschließend werden, vor dem Hintergrund der durchgeführten Studien, Empfehlungen für die Gestaltung der Zulassungsprozedur für den Diplomstudiengang Psychologie der J.W. Goethe-Universität gegeben.
Patients harboring mutations in the gene DEPDC5 often display variations of neurological diseases including epilepsy, autism spectrum disorders (ASD) and other neuro-architectural alterations. DEPDC5 protein has been identified as an amino acid sensor responsible for negatively regulating the mechanistic target of rapamycin (mTOR), a central regulator in cell growth and cell homeostasis. Often, mutations of the DEPDC5 protein result in mTOR hyperactivity leading to abnormal neuronal phenotypes and the generation of excitatory/inhibitory imbalances in animal models. Complete knockout (KO) of DEPDC5 results in death shortly after birth, while inhibition of mTOR activity recovers postnatal death (Marsan et al. 2016). However, heterozygous DEPDC5-KOs in animals have been variable in their disease phenotypes during adulthood indicating developmental differences between subspecies and early development mechanisms which could be impactful on the outcome of the diseases.
To understand the mechanisms underlying DEPDC5 mutations during early development, a novel primary human neural progenitor cell line extracted from fetal tissue was characterized during proliferation and differentiation. CRISPR-Cas9 induced mutations of the DEPDC5 gene resulted in hyperphosphorylation of mTOR signaling processes and rapid expansion of the neuronal population during differentiation. Analysis of transcriptome data identified deregulation amongst p53 signaling, ribosome biogenesis, nucleotide and lipid synthesis as well as protein degradation pathways due to loss of DEPDC5. Disease gene datasets identified a correlation between Tuberous Sclerosis mutations as being more closely associated with DEPDC5 mutations while also finding overlap with some ASD and epilepsy genes. By using the mTOR inhibitor rapamycin, a substantial amount of the deregulated gene network was recovered while also reversing rapid neuronal differentiation caused by loss of DEPDC5. Though we saw increased dendritic arborization and subsequent decreases in dendrite lengths and soma sizes, rapamycin failed to recover these effects suggesting mTOR independent processes produced by DEPDC5-KO. This study provides new insights on the relationship between mutations in DEPDC5 and the functional, genomic and deregulatory networks it intertwines in humans and highlights that the DEPDC5 associated pathomechanisms are not fully related to mTOR hyperactivation, but include independent processes. This also sheds light on the question why rapamycin treatment only partially restores DEPDC5 related phenotypes and gives insight on treatments for DEPDC5 patients.
Alzheimer’s disease (AD) is a common, age associated neurodegenerative disease that manifests as progressive dementia and is characterized by accumulation of the amyloid beta (Aβ) peptide which is a processing product of a transmembrane protein termed Alzheimer Amyloid Precursor Protein (APP). The Aβ peptide is generated by a sequential proteolytic processing of APP by two distinct proteases that are termed β- and γ-secretase. The β-secretase, also called BACE-1 or memapsin 2, belongs to the family of aspartyl proteases. BACE-1 evidently cleaves APP in an acidic endosomal compartment after endocytosis of APP, thereby facilitating Aβ peptide generation.
Sorting of transmembrane proteins is generally controlled by sorting signals in the cytoplasmic domains of the cargo proteins. The short cytoplasmic tail of BACE-1 with 23 amino acids contains a sorting signal of the acidic cluster, di-leucine (ACDL) type. The two Leu residues in this determinant are important for the clathrin mediated endocytosis of BACE-1, whereas the acidic residues together with the Leu are required for the endosomal sorting and recycling of BACE-1 back to the plasma membrane. The ACDL motif binds to the members of the GGA (Golgi-localized γ ear-containg ARF- binding proteins) family (GGA1-GGA3) that are involved in the sorting of BACE-1.
One of the major aims of this study was to address the role of flotillins in the intracellular sorting of BACE-1. This study shows that flotillin-1 directly binds to the di-leucine motif in the cytoplasmic tail of BACE-1, whereas flotillin-2 only shows an association mediated by flotillin-1. Flotillin-1 competes with GGA2 for the binding to BACE-1 tail, and thus influences the endosomal sorting of BACE-1. Importantly, depletion of flotillins results in an altered localization of the wildtype BACE-1, whereas the plasma membrane resident Leu to Ala (LLAA) mutant is not affected. Flotillin knockdown results in an accumulation of BACE-1, implicating reduced degradation and enhanced stability of this protease. Thus, flotillins appear to be important for the cellular targeting of BACE-1 and also influence the amyloidogenic processing of APP, as demonstrated by an increase in the amyloidogenic C-99 processing fragments.
When flotillin depleted cells were subjected to apoptotic stresses including Aβ25-35 synthetic peptide (inducer of the extrinsic apoptosis pathway) or several chemotherapeutic agents (staurosporine, brefeldin A, doxorubicin, carboplatin and paclitaxel: intrinsic apoptosis pathway) and cytotoxicity was determined, various apoptotic markers were activated in flotillin depleted cells. Caspase-3 and GGA3 are well accepted apoptosis markers and an enhanced caspase-3 cleavage was detected upon STS induced apoptosis in SH-SY5Y, HeLa, and HaCaT cell lines and increased GGA3 cleavage was observed in MCF7 cell line.
One of the major reasons for the apoptotic sensitivity in the absence of flotillins was a PI3K/Akt signaling defect. Neuroblastoma cells depleted of flotillins showed diminished levels of total Akt, phospho-Akt and phospho-ERK upon STS induced apoptosis. Since PI3K/Akt was the primary survival pathway affected upon STS induced apoptosis, ectopic expression of Akt in neuroblastoma cell line reduced caspase-3 cleavage and retarded apoptosis.
The direct downstream target of Akt is FOXO3a, whose localization was investigated in flotillin depleted cells. A major proportion of FOXO3a was localized in the nucleus of flotillin knockdown cells, implicating that FOXOs are active in these cells and subsequently trigger the transcription of death genes. Strikingly, an essential anti-apoptotic molecule and a major cancer target, Mcl-1, was inherently downregulated in flotillin knockdown cells. Mcl-1 is a chief member of the Bcl-2 family as it plays a pivotal role in cell survival and it is a critical protein in cancer therapeutics as suppression of Mcl-1 protein can curtail the survival and growth of tumorous cells.
Neuroblastoma cells were rescued from undergoing permanent damage due to STS induced apoptosis by overexpression of anti-apoptotic Bcl-2. Phorbol esters are well known PKC activators, and pre-treatment of neuroblastoma cells with phorbol esters along with staurosporine reduced caspase-3 cleavage.
These results demonstrate that absence of flotillins can sensitize cellular systems to apoptosis induction. The two main characteristics of cancer cells include resistance to apoptosis and unresponsiveness to chemotherapeutic agents. It is a well established fact that impaired apoptosis is central to tumour development. This study implicates that the downregulation of flotillin function can trigger cellular susceptibility and enhances apoptosis in response to conventional chemotherapeutic agents. Therefore, flotillins can serve as vital regulators in providing a more rational approach in molecular-targeted therapies for receding cancer growth and survival.
De Gryphius à Hallmann, le Trauerspiel, comme forme théâtrale, vit et meurt. Il se crée d’abord en réaction à la crise de légitimité qui affecte le souverain. Si Carolus Stuardus aboutit à une figuration christologique de la royauté, que celle-ci soit étayée ou non par les sources, si Gryphius réaffirme avec force l’identité sacrée du représentant, de manière fort sanglante, la réconciliation du corpus mysticum et du corpus realum, c’est bien que la théorie des Deux Corps du Roi est alors concrètement remise en cause. On sait, grâce à Kantorowicz, qu’elle l’est dans le contexte de la situation politique anglaise, mais on en avait négligé la réalité en Allemagne. Il faut donc soutenir que le Trauerspiel élabore, dans un premier temps, son mode de représentation sur ce point aveugle qu’est l’identité double et quasi schizophrène du monarque – ce que nous avons appelé le double bind –, laquelle entraîne forcément une série de contradictions soumises au regard critique du spectateur. Devant ses yeux, le drame du martyr performe l’emblème qui constitue la souveraineté, rapproche le rex, l’individu royal, du sacerdos, son identité christomimétique qui est menacée la sécularisation de l’absolutisme. L’exemple le plus éclatant en est donné par Carolus Stuardus de Gryphius. Nous avons que, dans les faits, la Révolution anglaise cherche incontestablement à disjoindre les termes de l’allégorie de la double corporalité, à opérer un détournement de celle-ci au profit d’un pouvoir qui n’est plus fondé par un pacte emblématique transcendant qui faisait de Dieu le seul garant du fonctionnement de la souveraineté sacrée. Les Trauerspiele sont donc, avant tout, une réponse aux crises qui remettent en cause l’ordre des choses dans le domaine du politique et le sépare de la théologie. La tragédie baroque silésienne n’est pas une invention, une simple création littéraire tout droit sortie de l’imaginaire de ses auteurs, elle figure une idée du théâtre mettant en relation l’esthétique et la question de la souveraineté, dans la mesure où l’une et l’autre ont partie liée dans l’ordre de la représentation. Dans ce sens, il est possible de comprendre la notion d’origine (Ursprung) telle que l’emploie Benjamin dans le Trauerspielbuch. Il s’agissait donc de le montrer dans un travail propédeutique à la lecture des pièces, travail qui se concentrait sur la question de l’emblème avant d’examiner la transformation du Trauerspiel en genre encadré par des règles implicites. La première partie de notre mémoire a donc contribué à mettre en place les outils d’analyse (« Du texte théorique à la théorie de la représentation »). Tout d’abord spectacle de sang et rituel expiatoire visant à sauver la théologie politique en réunissant de façon violente les Deux Corps du Roi, le Trauerspiel finit en effet par se pacifier en construisant son esthétique sur une série de codes aisément reconnaissables. Nous en arrivions à l’échec du modèle gryphien qui faisait l’objet du premier chapitre de la seconde partie consacrée à l’analyse dramaturgique (« Le sauvetage emblématique précaire du théologico-politique »). Nous y décrivions l’accord tacite conclu au moment de la représentation entre l’auteur, les acteurs et les spectateurs, analogue au pacte emblématique contracté par le souverain médiéval et ses sujets, qui finissait alors par se transformer en simple convention. Les termes du contrat deviennent les topoï qui forment la loi du genre. Aussi, l’emblématique autrefois liée à la vision du monde médiévale se transforme-t-elle en ornement baroque qui sert toutes les causes politiques et derrière lequel se dissimulent les enjeux de pouvoir. La coupure épistémique disjoint le théologique du politique, fait éclater le miroir de la représentation comme l’a montré la lecture spéculaire de Shakespeare. Une fois le règne des analogies terminé, chacun est libre de manipuler les images, qu’il soit poète ou homme de pouvoir, personnage ou spectateur. Nous avions montré cette transformation au deuxième chapitre de l’analyse dramaturgique intitulé « L’élargissement de la perspective politique et scénique ». Partant de constat, l’on pouvait comprendre pourquoi le prince recouvre du voile de l’État ses ambitions d’omnipotence en leur donnant la forme d’un absolutisme tempéré, tandis que le courtisan manipule les emblèmes dans un univers de faux-semblants afin de s’attirer la bienveillance du monarque et de son entourage. Alors que chez Gryphius la performance emblématique tenait à la fois de l’esthétique du théâtre, de son système de représentation, et de son message idéologique, elle se transforme, peu à peu, au cours de l’histoire du Trauerspiel, en numéro d’acteur et en divertissement visuel...